Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-08-31T14:28:05Z No. of bitstreams: 1 Tese Renato Ribeiro-FINAL (FINAL)_BGQ.pdf: 2538261 bytes, checksum: 368478fea67bb3f88e3e4eebf8a854cd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-31T14:28:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Renato Ribeiro-FINAL (FINAL)_BGQ.pdf: 2538261 bytes, checksum: 368478fea67bb3f88e3e4eebf8a854cd (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / O óxido nitroso (N2O) possui um potencial de aquecimento global 310 vezes superior ao do dióxido de carbono (CO2). Além disso, o N2O é a principal fonte de óxido nítrico (NO) na estratosfera, sendo indiretamente responsável pelo consumo do ozônio (O3) estratosférico. Os resíduos de origem humana representam uma das fontes de N2O, e estima-se que sistemas de tratamento de esgotos podem contribuir com cerca de 10% do total das emissões antrópicas. Nas estações de tratamento de esgotos (ETEs), as emissões de N2O ocorrem naturalmente devido às transformações microbiológicas dos compostos de nitrogênio (N) através dos processos de nitrificação e desnitrificação. Entretanto, não existe um único mecanismo de emissão de N2O provenientes de ETEs, e suas vias de produção são dependentes do projeto da planta e também relacionadas às diferentes condições dos principais parâmetros operacionais, tais como carga orgânica afluente, concentração de oxigênio dissolvido (OD), taxa de aeração e idade do lodo, dentre outros. O objetivo principal da presente tese foi determinar a relação das diferentes condições operacionais, tais como variabilidade na carga orgânica afluente, diferentes idades do lodo e taxas de aeração, limitação das concentrações de OD e choques de carga orgânica e de N amoniacal, nas emissões de N2O provenientes de diferentes sistemas de tratamento de esgotos por lodos ativados (convencional e aeração prolongada) operados com remoção biológica de N (RBN) e não-RBN, em escalas de bancada e real. Três experimentos realizados in situ em uma ETE de lodos ativados convencional, mostraram a influência da carga de NT afluente, especialmente NH4 +, e da taxa de aeração na emissão de N2O do tanque de aeração. O excesso de aeração intensifica o processo físico de transferência do N2O do meio líquido para a atmosfera e, portanto, deve ser evitado. O monitoramento contínuo das emissões de N2O dos tanques de aeração de três ETEs com sistemas de lodos ativados e operadas com RBN e não-RBN mostraram que as altas emissões de N2O representam condições de excesso de aeração ou uma perda da conversão de NH4 + a NO3 -, com acúmulo de NO2 -. Uma preocupação adicional é o lançamento de lixiviados de aterros sanitários em sistemas de tratamento de esgotos. Condições de estresse, tais como choque de carga de N amoniacal, podem causar uma limitação nas concentrações de OD, acúmulo de NO2 - e, consequentemente, maiores emissões de N2O. Assim, as medições contínuas de N2O podem fornecer informações importantes sobre a adequação da taxa de aeração e da perda de eficiência da nitrificação completa. Sistemas de tratamento de esgotos que não operam com RBN respondem por maiores emissões de N2O quando comparados com aqueles que removem N. Entretanto, um dos maiores desafios das ETEs com RBN é o controle adequado dos parâmetros operacionais responsáveis pelos processos de nitrificação e desnitrificação completos. Diferentes condições experimentais realizadas em um sistema de lodos ativados, em escala de bancada, mostraram que idades do lodo reduzidas (5 dias) combinadas com baixas concentrações de OD (0,5 mg L-1) resultaram em menores eficiências de oxidação de NTK e, consequentemente, em uma insignificante taxa de acúmulo de NO2 -. Nesta condição, a nitrificação foi dificultada pela oxidação da matéria orgânica, com a maior parcela do N removida pela incorporação ao lodo excedente. Por outro lado, idades do lodo mais elevadas (10 dias) combinadas com o aumento da concentração de OD (1,0 mg L-1) resultaram no acúmulo de NO2 - e no aumento da eficiência de oxidação de NTK, o que representa uma condição ideal para oxidação da matéria orgânica e nitrificação. Nesta condição a maior parcela do N foi transferida para a atmosfera. Parte do N transferido para a atmosfera pode ser atribuído ao N2O, que variou de 0,3 a 5,6% da carga de NT afluente, com o maior valor associado a nitrificação parcial. Portanto, o controle adequado das concentrações de OD é um fator chave para evitar o acúmulo de NO2 -, e consequentemente, elevadas emissões de N2O. / Nitrous oxide (N2O) has a global warming potential 310 times greater than carbon dioxide (CO2). Moreover, N2O is the major source of nitric oxide (NO) in the stratosphere which implies that it is indirectly responsible for the consumption of stratospheric ozone (O3). Human waste is a source of N2O and it is estimated that wastewater treatment systems are thought to contribute with about 10% of total anthropogenic N2O emissions. In wastewater treatment plants (WWTPs), N2O emissions occur naturally due to the microbial transformations of nitrogen (N) compounds by the nitrification and denitrification processes. However, there is no single N2O emission mechanism from WWTPs and the pathways related to its production are dependent on the WWTP design and closely related to operating parameters, such as organic matter and total N (TN) loads, dissolved oxygen (DO) concentration, aeration rate and sludge retention time (SRT), among others. The main goal of the present doctoral thesis was to determine the relationship of different operating conditions, such as variable organic loading, different SRTs and air flow rates, limited DO concentrations and organic (and NH4 +) shock loading on N2O emissions in different activated sludge systems (conventional and extended aeration) operated with biological N removal (BNR) and non-BNR, in the laboratory and in full-scale processing. Three in situ experiments, conducted in a conventional activated sludge WWTP, showed the influence of the TN loading rate, especially NH4 +, and the aeration flow rate on the emission rate of N2O from the aeration tank. Excessive air flow intensified N2O transfer from the liquor to the atmosphere by air stripping, and therefore should be avoided. The continuous measurements of N2O emissions from the aeration tanks of three activated sludge WWTPs operated with BNR and non-BNR showed that high N2O emissions denote over-aeration conditions or a loss of NH4 + conversion to NO3 -, with accumulation of NO2 - concentrations. An additional concern is the observed propensity of WWTPs to receive landfill leachates in their wastewater systems. Stress conditions, such as NH4 + shock loading, can cause limited DO conditions, NO2 - accumulation and, consequently, higher N2O emissions. Thus, continuous measurements of N2O emissions can provide information on aeration adequacy and the efficiency of complete nitrification. Non-BNR WWTPs are subject to high N2O emissions, in contrast to BNR WWTP with controlled nitrification and denitrification processes. However, one of the major challenges for WWTPs with BNR is the adequate control of operating parameters responsible for complete nitrification and denitrification processes. Different experimental conditions performed in a lab-scale activated sludge system showed that short SRT (5 days) combined with very low DO levels (0.5 mg L-1) were responsible for lower TKN oxidation efficiencies and, consequently, negligible NO2 - accumulation rates. These results suggest that nitrification efficiency was hampered by the oxidation of organic matter, with a large part of TN removed by sludge waste process. As the SRT increased (from 5 to 10 days) and DO was set to 1.0 mg L-1, TKN oxidation rates and NO2 - accumulation reached their maxima, which are thought to be the optimal conditions for both organic matter oxidation and partial nitrification. Under these conditions, gas transfer to the atmosphere became the preferential route for TN removal instead of incorporation to the sludge waste. Part of the N transferred to the atmosphere is attributed to N2O, which varied from 0.3 to 5.6% of the influent TN load, with the highest value associated with partial nitrification. Therefore, the adequate control of DO concentrations is a key factor to avoid NO2 - accumulation and consequently high N2O emissions.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-09-18T16:28:16Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Renato Ribeiro (Mestrado em Geoquímica Ambient.pdf: 1758942 bytes, checksum: 2ab97e8d9839edbd110b4bfbbc94fdc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-18T16:28:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Renato Ribeiro (Mestrado em Geoquímica Ambient.pdf: 1758942 bytes, checksum: 2ab97e8d9839edbd110b4bfbbc94fdc9 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / O óxido nitroso (N2O) é um dos principais gases do efeito estufa e a principal fonte de óxido nítrico na estratosfera, contribuindo de forma indireta para o consumo do ozônio estratosférico. O tratamento de esgotos é uma fonte antrópica de N2O, cuja contribuição é quantitativamente considerada de menor relevância, entretanto, pouco se sabe sobre a real contribuição dessas emissões em virtude da grande variabilidade reportada nos fatores de emissão (FEs), balizados na carga de nitrogênio total (NT) afluente, tanto oriundo de estudos realizados em escala real quanto laboratorial. As diretrizes de 2006 do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas para inventários nacionais de gases do efeito estufa propõem como FE 3,2 (2-8) g N2O pessoa-1 ano-1 para o caso de Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) com processos de nitrificação e desnitrificação controlados. O objetivo do presente estudo foi avaliar a relação entre alguns parâmetros operacionais, tais como concentração de NT afluente à ETE (especialmente NH4+), demanda química de oxigênio (DQO) e concentração de oxigênio dissolvido (OD), com as emissões de N2O do tanque de aeração de uma ETE localizada na região metropolitana do Rio de Janeiro. O processo de tratamento de esgotos empregado é o sistema de lodos ativados convencional com aeração realizada de forma diferenciada por zonas. As emissões de N2O foram determinadas mensalmente, sempre na parte da manhã, no período de janeiro a junho de 2010 ao longo das seis zonas dos quatro tanques de aeração que a ETE possui em funcionamento. A média das emissões de N2O determinada durante o período de estudo foi 1,11 kg N dia-1, o que corresponde a 0,02% da carga de NT afluente. As emissões de N2O foram menores no período de verão do que no inverno e positivamente correlacionadas (r = 0,90; n = 6; P < 0,01) com as concentrações de NH4+ afluente à ETE. Em relação às concentrações de DQO e OD, as maiores emissões de N2O ocorreram em regiões de baixas concentrações de DQO e concentrações de OD superiores a 2,0 mg L-1, sendo a maior emissão média de N2O determinada em OD próximo a 3,0 mg L-1. A redução da carga orgânica ao longo das zonas e o aumento gradual da concentração de OD contribuem de forma direta para as maiores emissões de N2O, em razão da maior disponibilidade de OD para ambas as reações de oxidação da matéria orgânica e nitrificação e, consequentemente, maior produção e emissão de N2O. As eficiências de remoção de demanda bioquímica de oxigênio (DBO), DQO e NT foram 97%, 93% e 80%, respectivamente. O FE médio, balizado na população atendida, foi 2,5 vezes menor do que o proposto pelas diretrizes de 2006 do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas para inventários de emissões de N2O em ETEs com processos de nitrificação e desnitrificação controlados. Portanto, os resultados sugerem que o processo de lodos ativados convencional empregado na ETE de estudo é bastante eficiente na remoção da carga orgânica e NT e, além disso, no que tange as menores emissões de N2O quando comparado a outros sistemas empregados nas ETEs estudadas no Brasil e em estudos desenvolvidos no exterior. Sugere-se que tal eficiência esteja relacionada à utilização de aeração suficiente e diferenciada por zonas, que proporciona condições favoráveis aos processos microbiológicos de oxidação da matéria orgânica e aos processos de nitrificação completos, mesmo nas condições de elevadas concentrações de DBO, DQO e de NT (especialmente NH4+), como observado no período de inverno. / Nitrous oxide (N2O) is a major greenhouse gas and the main source of nitric oxide in the stratosphere, contributing indirectly to consumption of the stratospheric ozone. Wastewater treatment is an anthropogenic source of N2O, whose contribution is considered to be quantitatively of minor importance. However, little is known about the actual contribution of these emissions due to the wide variability reported in the emission factors (EFs), based on amount of N2O emitted relative to the influent total nitrogen (TN) load, both from full-scale and laboratory-scale studies. The 2006 guidelines of the Intergovernmental Panel on Climate Change for national inventories of greenhouse gases as proposed EF 3.2 (2-8) g N2O person-1 yr-1 for the case of advanced centralized wastewater treatment plants (WWTPs) with controlled nitrification and denitrification steps. The aim of this study was to evaluate the relationship between some operational parameters, such as TN concentration (especially NH4+), chemical oxygen demand (COD) and dissolved oxygen (DO) concentrations, on N2O emissions from the aeration tank of a WWTP located in the metropolitan region of Rio de Janeiro, Southeast Brazil. The wastewater treatment employed is conventional activated sludge process with a differentiated aeration system. The entire aeration system consists of four adjacent aeration tanks with six zones each. N2O emissions were measured monthly in the period from January to June 2010, always in the morning, over the six zones of the four aeration tanks. The average N2O emission was 1.11 kg N day-1 corresponding to 0.02% of the influent TN load. N2O emissions were lower in summer than winter and were positively related (r = 0.90; n = 6; P < 0.01) with influent NH4+ concentrations. Regarding the COD and DO concentrations, the highest N2O emissions occurred in regions of low concentrations of COD and DO concentrations above 2.0 mg L-1, with the highest average emission of N2O in DO concentration close to 3.0 mg L-1. The reduction of the organic load along the zones and gradually increase the DO concentration, contributes directly to higher N2O emissions, due to the greater availability of DO for both the oxidation of organic matter and nitrification, and consequently higher production and emission of N2O. The removal efficiencies of biological oxygen demand (BOD), COD and TN were 97%, 93% and 80%, respectively. The average EF calculated from population served was 2.5 lower than that proposed by the IPCC for N2O emission inventories in WWTPs with controlled processes of nitrification and denitrification. Therefore, the results suggest that the process employed in the WWTP study is very efficient in removing the organic load and TN, and in addition, with smaller N2O emissions when compared to other systems studied in Brazil and those available in literature. It is suggested that this efficiency is related to the use of aeration sufficiently to promote conditions favorable for the microbial oxidation of organic matter and complete nitrification, even under conditions of high BOD, COD and TN concentrations (especially NH4+), as observed during winter.

Esta pesquisa teve por objetivo a produção de elementos para a avaliação da viabilidade de se agregar novas tecnologias a uma estação de tratamento de esgoto sanitário pelo processo de lodo ativado com aeração prolongada em escala real. O estudo foi desenvolvido na ETE Limoeiro da SABESP, localizada no Município de Presidente Prudente/SP. Foi estudado a remoção biológica de nitrogênio via nitrificação e desnitrificação simultânea (NDS), controlando-se a idade do lodo e o sistema de fornecimento de ar por meio de sensores de concentração de oxigênio dissolvido de luminescência (LDO), amônia e nitrato, e de potencial de óxido-redução instalados nos tanques de aeração. No controle do processo foi avaliado a emissão de óxido nitroso e determinado os parâmetros cinéticos da nitrificação e desnitrificação, por meio de testes respirométricos. Foi utilizado a técnica de biologia molecular de FISH para identificação das bactérias nitritantes, nitratantes e desnitrificantes envolvidas no processo da NDS. Em termos de remoção de matéria orgânica, a qualidade do efluente final foi compatível aos processos de lodos ativados tradicionais com OD na faixa de 2,0 mgO2/L, com eficiências entre 85 a 95% de DQO e DBO. Os resultados demostraram que a nitrificação do esgoto ocorreu de forma eficiente, resultando concentrações de amônia no efluente final menores que 3,8 mgNNH3/ L. Os resultados de concentração de nitrato no efluente final do processo de lodos ativados demonstram a expressiva eficiência do processo de desnitrificação, resultando em concentrações de nitrato no efluente final menores que 2,5 mgNNO3/ L. A otimização do sistema de aeração resultou em uma economia média de 34% com o gasto de energia elétrica para aeração do sistema. Conclui-se que o processo de lodos ativados com nitrificação e desnitrificação simultânea de fluxo contínuo é uma alternativa promissora de tratamento, a ser considerada tano nos estudos de concepção para implantação de novas estações como na adaptação de processos de lodos ativados já existentes. / This research aimed at the production of elements for assessing the feasibility of adding new technologies to a sewage treatment plant for sludge process with extended aeration activated in real scale. The study was developed in ETE Limoeiro SABESP, located in the Municipality of President Prudente / SP. Biological nitrogen removal by biological nitrification and simultaneous denitrification was studied (NDS), controlling the sludge age and the system supply air through oxygen concentration sensors dissolved luminescence (LDO), ammonia and nitrates, and the redox potential installed in the aeration tanks. In process control, the emission of nitrous oxide was evaluated and determined the kinetic parameters of nitrification and denitrification, by molecular biology techniques FISH was the identification nitritantes bacteria and denitrifying nitratantes involved in the process of NDS. In terms of removal of organic matter, the effluent quality is compatible to traditional activated sludge processes, with efficiencies from 85 to 95% of COD and BOD. The results showed that the sewer nitrification took place efficiently, resulting in ammonia concentrations in the final effluent smaller than 3.8 NH3 mgN / L. The nitrate concentration results in the final effluent from the activated sludge process demonstrate the significant efficiency of denitrification process, resulting in nitrate concentration in the final effluent smaller than 2.5 mgNNO3 / l. Optimization of the aeration system resulted in an average savings of 34% with the electricity spent aeration system. We conclude that the activated sludge process with nitrification and denitrification simultaneous streaming is a promising alternative treatment to be considered thane in design studies for implementation of new stations as the adaptation of sludge processes already activated.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-03-03T12:40:27Z No. of bitstreams: 2 PDF - Lincoln Soares Mota.pdf: 2256154 bytes, checksum: fefc535e26fd0e60e8d3a07ab15ace28 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-03T12:40:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 PDF - Lincoln Soares Mota.pdf: 2256154 bytes, checksum: fefc535e26fd0e60e8d3a07ab15ace28 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-06-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Biological treatment has proven, over the years, a viable alternative for treating wastewater. In the period of over a century that apply biological systems they have developed several processes that made it possible to diversify the goal of treatment, as well as greater efficiency and lower cost. The system displays versatility is probably the activated sludge system. This dissertation addresses the construction and activated sludge systems operation, sequencing batch system (RBS), to obtain the best operating conditions favoring the removal of organic matter and nitrogen from municipal wastewater. The essence of this work is a comparison between two types of systems, with simultaneous nitrification and denitrification and another with distinct zones for nitrification and denitrification. It was also emphasized the influence of automation in these reactors for the operation of treatment systems with minimal human intervention. As conclusion the system with simultaneous nitrification and denitrification is effective for nitrogen removal when operated with a concentration of dissolved oxygen between 0.2 mg / L and 0.3 mg / L. The spreadsheet models developed for systems proved to be an important tool for designing RBS reactors for nitrogen removal. Control of mixed liquor recirculation flow in the system with separate zones is of paramount importance to maintain stable operation of the system and with the proper treatment capacity. Comparing the two configurations studied reactors it is noted that both have the potential to favorably nitrogen removal, but the system with simultaneous nitrification and denitrification had better removal capacity. / O tratamento biológico vem se mostrando, ao longo dos anos, uma alternativa viável para o tratamento de águas residuárias. No período de mais de um século que se aplicam sistemas biológicos, se desenvolveram vários processos que possibilitaram uma diversificação do objetivo do tratamento, além de maior eficiência e menor custo. O sistema que exibe maior versatilidade é, provavelmente, o sistema de lodos ativados. O presente trabalho de dissertação aborda a construção e operação de sistemas de lodo ativado, em regime de bateladas sequenciais (RBS), para obtenção das melhores condições operacionais que favoreçam a remoção de material orgânico e nitrogênio de águas residuárias municipais. A essência do trabalho é uma comparação entre dois tipos de sistemas, um com nitrificação e desnitrificação simultâneas e outro com zonas distintas para nitrificação e desnitrificação. Também foi dada ênfase à influência da automatização nestes reatores para operação dos sistemas de tratamento com a mínima intervenção humana. Como conclusão tem-se que o sistema com nitrificação e desnitrificação simultâneas é eficiente para remoção de nitrogênio quando operado com concentração de oxigênio dissolvido entre 0,2 mg/L e 0,3 mg/L. As planilhas modelos desenvolvidas para os sistemas mostraram ser uma ferramenta importante para projetar reatores RBS para remoção de nitrogênio. O controle da vazão de recirculação de licor misto no sistema com zonas separadas é de fundamental importância para manter a operação do sistema de forma estável e com a capacidade de tratamento adequada. Comparando as duas configurações de reatores estudadas verifica-se que ambos possuem potencial de tratamento favorável para remoção de nitrogênio, mas o sistema com nitrificação e desnitrificação simultâneas apresentou melhor capacidade de remoção.

Recentemente foi desenvolvido na Europa o processo conhecido por Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (NDS), em que o lodo ativado opera com tempo de retenção de sólidos suficientemente altos para que a nitrificação ocorra mesmo com baixa concentração de oxigênio dissolvido nos tanques de aeração, situação em que é possível a manutenção de condições anóxicas no interior dos flocos e a ocorrência da desnitrificação. Em países de clima tropical, muitas estações de tratamento de esgoto foram construídas ou estão sendo projetadas para operarem sob as condições da variante do processo de lodo ativado conhecida por aeração prolongada, reconhecidamente eficiente na remoção de matéria orgânica e na nitrificação do esgoto. Tais estações podem ser adaptadas para estas novas condições, de forma a se obter o benefício técnico da desnitrificação e o ganho econômico relativo à redução no consumo de energia elétrica para aeração. Este estudo avaliou as condições de remoção de nitrogênio via NDS em um sistema de lodo ativado com aeração prolongada alimentada em fluxo contínuo com diferentes idades do lodo 40, 30 e 20 dias, tratando esgoto sanitário. O processo de tratamento permaneceu estável durante todo o período de observação. Os resultados experimentais demonstram que é possível manter baixas concentrações de OD no tanque de aeração em uma faixa relativamente estreita (0,3-0,8 mg.L-1), e, consequentemente desenvolver os processos de nitrificação e desnitrificação sob as mesmas condições (NDS) com alta eficiência e estabilidade. A remoção de DQO e DBO foi acima de 90 por cento . Os valores de crescimento específico máximo (m20) das bactérias autotróficas nitritantes e nitratantes, resultaram muito próximos aos descritos na literatura, sendo para a idade do lodo de 20 dias os valores de 0,68 d-1 para as bactérias nitritantes e de 0,62 d-1 para as bactérias nitratantes. Os valores das taxas de utilização máxima de amônia foram maiores do que as obtidas com o nitrito e, pode-se observar que o acúmulo de nitrato devido à diminuição da amônia foi mais rápido do que o com nitrito. Desse modo, conclui-se que a nitrificação foi governada pelas bactérias autotróficas nitritantes. A taxa de utilização de nitrato foi maior tendo como substrato material rapidamente biodegradável. Confirmando que a disponibilidade de carbono tem papel fundamental nas taxas de desnitrificação no processo de NDS / It was developed in Europe the process known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) in activated sludge that operates with a SRT, high enough for nitrification to occur, even with low concentration of dissolved oxygen in the aeration tanks. Such situation in the tanks is possible to maintain anoxic conditions inside the flocs and to have the occurrence of denitrification. In countries with tropical climate, many sewage treatment plants have been built or are being designed to operate under the conditions of the variant of the activated sludge process known as extended aeration, admittedly effective in removing organic matter and nitrification of the sewage. Such plants may be adapted to these new conditions in order to obtain the technical benefit of denitrification and economic gain on the reduction in energy consumption for aeration. This study aimed at assessing the conditions of nitrogen removal by SND in a system of extended aeration activated sludge in a continuous flow, with different SRT of 40, 30 and 20 days, treating sewage. The process of treatment remained stable throughout the observation period. The experimental results show that it is possible to maintain low DO concentrations in the aeration tank in a relatively narrow range (0.3 to 0.8 mg.L-1), and hence develop the processes of nitrification and denitrification under the same conditions (NDS) with high efficiency and stability. The BOD and COD removal was above 90 per cent . The values of maximum specific growth (m20) of bacteria autotrophic nitrites and nitrates, are the result very similar to those described in the literature, for the sludge age of 20 days the values of 0.68 d-1 for nitrites bacterium and 0,62 d-1 for nitrates bacterium. The values of the maximum utilization rates of ammonia were higher than those obtained with the nitrite and can be observed that the accumulation of nitrate of ammonia due to the decrease was faster than with nitrite. This way, it was concluded that nitrification was ruled by autotrophic nitrites. The utilization rate of nitrate was higher as substrate material readily biodegradable. Confirming that the availability of carbon performs a fundamental role in the denitrification rates in the process of SND

No presente trabalho foi estudada a utilização do ozônio como auxiliar no pós-tratamento de reatores anaeróbios por reatores de lodos ativados. Foi estudada a influência da ozonização no aumento da biodegradabilidade da matéria orgânica recalcitrante de efluente anaeróbio antes de ser submetido ao tratamento aeróbio. A pesquisa foi dividida em três etapas. Na primeira e segunda etapas foram utilizados quatro amostras, uma bruta e três ozonizadas com dosagens de 5, 10 e 15 mg O3/L. As amostras da primeira e segunda etapa tiveram tempos de ozonização de 30 e 50 minutos, respectivamente. Os reatores de lodos ativados tiveram tempo de retenção celular de 10 dias e tempo de detenção hidráulica de 24 horas. Na terceira etapa foram utilizadas três amostras, uma bruta e duas ozonizadas cuja dosagem de ozônio foi de 15 mg/L, valor que obteve melhores resultados nas etapas anteriores. Os tempos de ozonização de cada amostra foram de 30 e 50 minutos. Nesta fase, o reator de lodos ativados teve tempo de retenção celular de 10 dias e tempo de detenção hidráulica de 12 horas. Entretanto, amostras ozonizadas submetidas a pós-tratamento em reator de lodos ativados, apresentaram aumento da biodegradabilidade quando expostas a maiores tempos de ozonização. A alimentação do reator de lodos ativados com amostras ozonizadas trouxe benefícios ao seu desempenho. / On this research was studied the utilization of ozone as auxiliary on the post-treatment of anaerobics reactors by activated sludges reactors. It was studied the influence of ozonization of anaerobic effluent before being submitted to an aerobic treatment on the increase of the biodegradability of recalcitrant organic matter. The research was divided in three stages. In the first and second stage was used four samples, one brute and three ozonizades with doses of 5, 10 and 15 mg O3/L. The samples used on first and second stages had being ozonization times of 30 and 50 minutes, respectively. The activated sludges reactors had time of cellular retention of 10 days and hydraulic time of detention of 24 hours. On the third stage were used three samples, one brute and two ozonizades whose doses of ozone was of 15 mg/L, this value achieved the best results in the previous stages. The ozonizations times of each sample were of 30 and 50 minutes. On this stage the activated sludges reactors had time of cellular retention of 10 days and hydraulic time of detention of 12 hours. It was observed that ozonizades samples submitted to post-treatment in activated sludges reactors presented increase of the biodegradability when exposed at largest times of ozonization. The feeding of activated sludges reactors with ozonizades samples benefit its perfomance.

Este estudo visou avaliar as implicações do uso da lise celular sobre a produção de lodos e acumulação de nutrientes no efluente do sistema combinado de tratamento (anaeróbio/aeróbio) de despejo sintético simulando esgoto sanitário. O sistema operado era constituído de reator UASB (V = 10,5 l), reator aeróbio (V = 4,4 l) e sedimentador (V = 2,7 l), operando com tempo de detenção hidráulica de 8,0 h, 3,5 h e 2,7 h respectivamente. Durante a fase de controle, acompanhou-se as características de funcionamento do processo sem o emprego da lise celular no lodo de excesso e posteriormente fez-se uso de equipamento de ultra-som para promover a lise do lodo, com retorno posterior do lodo lisado à entrada do reator UASB. Verificou-se que a eficiência média global de remoção de DQO do sistema foi de 90% em ambas as fases considerando DQO efluente filtrada. A conversão de nitrogênio amoniacal a nitrato foi pequena no tanque de aeração e a remoção de fósforo foi insignificante no processo de tratamento, no entanto não ocorreu alteração na qualidade do efluente do sistema em função do retorno do material lisado. Na escala estudada foi freqüente o aparecimento de bulking (controlado pela aplicação de hipoclorito de sódio no sedimentador), fato esse que dificultou a operação do sistema de tratamento e interferiu na manutenção do tempo de retenção celular. Os resultados obtidos da simulação realizada por meio do software GPS-X 4.0, para reator em escala real empregando a lise celular, mostraram acréscimo na concentração de fósforo total no efluente de 30% após 5 anos de operação / The aim of this research is to value the use of cell lyses over the sludge production and effluent nutrient accumulation from a combined treatment system (anaerobic/aerobic) from a synthetic sanitary wastewater. The parts of this system where one UASB reactor (V = 10,5 l), one aeration tank (V = 4,4 l) and one sedimentation tank (V = 2,7 l), hydraulic detention times of 8,0 h, 3,5 h e 2,7 h, respectively. During the control period, the characteristics of the system working without the use of cell lyses were recorded. After this phase, ultrasound equipment was used to cause the sludge lyses and then the sludge was returned to the entrance of the UASB reactor. From these tests we could not observe changes in mean global DQO removal efficiency for the both phases and it was 90% considering filtrated effluent COD. Few ammonia-nitrogen changes into nitrate inside the aeration tank were observed. Phosphorus removal in the treatment system was insignificant, but we could notice no damage to the treatment system caused by the lyses material returned. In the reduced scale of the system bulking events were frequent. This was controlled with sodium hypochlorite at the sedimentation tank, but these events caused operation difficulties and had interfered on the cellular detention time maintenance. Results from a real scale simulation, using cell lyses, done with the GPS-X 4.0 software, show an increase in effluent total phosphorus equal to 30% after 5 years

O excesso de nutrientes como nitrogênio e fósforo em efluentes de estação de tratamento de esgoto sanitário pode provocar a eutrofização nos corpos d\'aguas receptoras. Esse processo gera efeitos negativos para a engenharia sanitária, dependendo do grau de qualidade e do uso de água requeridos. Para o abastecimento público, são exigidos métodos e processos de tratamentos avançados, quando a fonte hídrica está eutrofizada. Neste sentido, sistemas aeróbios de lodos ativados passaram a se destacar também como removedores de nutrientes por processos biológicos, após sofrerem algumas modificações operacionais. Um meio para otimizar o processo de remoção biológica do fósforo em excesso (EBPR) é promover condições ideais para o crescimento dos organismos acumuladores de fósforo. Esse trabalho teve como objetivo avaliar uma estação piloto de lodos ativados modificados, para a remoção de fósforo em excesso, utilizados no tratamento de esgoto sanitário, localizada na ETE da cidade de Tóquio - Japão. Essa estação piloto constituía-se de três sistemas de reação (1, 2 e 3), sendo que cada sistema era compartimentado e submetido às condições anaeróbia, anóxica e aeróbia. A avaliação dos três sistemas de reação, consistiu na verificação do desempenho deles com relação a DBO e fósforo e monitoramento da estrutura da comunidade microbiana, pela técnica da eletroforese em gel de gradiente desnaturante (DGGE). O desempenho em relação a DBOs (mg/L) nos três sistemas de reação, sempre foi superior a 90% e a eficiência da remoção do fósforo (%) na forma de fosfato (P-PO4 - mg/L) foi superior, em geral, a 70%, considerando os valores de entrada das alimentações e saída no último compartimento dos três sistemas de reação. Verificou-se que a estrutura da comunidade microbiana apresentou uma grande diversidade, devido aos números de bandas padrões encontradas nas amostras analisadas. Observou-se também uma grande similaridade ) da estrutura da comunidade microbiana nos sistemas estudados, possivelmente, relacionada ao mesmo afluente (esgoto sanitário) e ao mesmo tipo de recirculação interna e do lodo. As mudanças das estruturas das comunidades microbianas foram pequenas, diante das mudanças temporais e operacionais. No entanto, observou-se que o sistema foi menos eficiente (parâmetros de desempenho), frente a essas mudanças, o que pode estar mais relacionado à redução das atividades dos microrganismos do que com as estruturas microbianas. / The excess of nutrients such as nitrogen and phosphate in effluents of treatment plants for sanitary sewage can cause eutrophication in the receiving body of water. Given that process generates negative effects for the sanitary engineering depending on the degree of the quality and of the requested use of water. For the public provisioning, methods and processes of advanced treatments are demanded, when the water body is eutrophic. In this sense, aerobic systems of activated sludge have been expanded also to the processes of biological removal of nutrients after some operational modifications. By means of the optimization process of enhanced biological phosphorus removal (EBPR) will promote ideal conditions for the growth of polyphosphate accumulating organisms. This work had as its objective to evaluate a pilot station modified activated sludge, used for the treatment of sanitary sewage, but specifically for the enhanced phosphorus removal, located in the ETE of the city of Tokyo - Japan. These pilot station was constituted of three reaction systems (1, 2 and 3), and each system were composed of compartments and were submitted to anaerobic, anoxic and aerobic conditions. The evaluation of the three reaction systems, consisted of the verification of the performance of the systems with regard to BOD and phosphate which were monitored through microbial community\'s structure, for the biological phosphorus removal technique (DGGE). The performance in relation to the BODS (mg/L) in the three reaction systems was always above 90% and the efficiency of the removal of phosphorus (%) in the form of phosphate (P-PO4 - mg/L) was in general better than 70%, considering the values of influent and effluent from the last compartment of the three reaction systems. It was verified that the microbial community structure presented a great diversity, due to the standard numbers of bands found in the analyzed samples. A great similarity of the microbial community structure was observed in the studied systems, possibly being related to the same influent (domestic sewage) and to the same type of intern recirculation and of the sludge. The changes of the microbial communities structures were small, before the temporary and operational changes. However, it was observed that the system was less effiecient (performance parametrs) front to those changes, what can be more related the reduction of the activities of the microorganisms than with the microbial structures.

<p>More stringent requirements on nitrogen removal from wastewater are the motivation for this thesis. In order to improve treatment results and enhance cost-efficient operation of wastewater treatment plants, model based control strategies are presented.</p><p>A Java based simulator for activated sludge processes (JASS) is presented. The graphical user interface, educational experiences and implemented control strategies are discussed.</p><p>Controlling the addition of an external carbon source is the next topic discussed. A simple model based feedforward controller is derived and evaluated in a simulation study. The controller attenuates process disturbances quickly. Further, two feedforward controllers for adjusting the aeration volume in activated sludge processes are derived. The aim of the volume control strategies was to efficiently dampen the impact of process disturbances without using an excessively high dissolved oxygen concentration. The simulation results are promising and show that the aeration volume may be a feasible control variable.</p><p>A linearisation method for static input non-linearities is presented. The method gives essentially the same result as the existing standard method, but possesses some implementational advantages. The method is used to linearise the non-linear oxygen transfer function of an activated sludge process in an application study.</p><p>Multivariable interactions in a process model describing nitrate removal in an activated sludge process are studied using the well known RGA method as well as a relatively novel tool based on Hankel norms. The results of the analysis are compared to conclusions drawn from common process knowledge and are used to design a multivariable control strategy. It was found that process disturbances may be rejected faster using multivariable control.</p><p>Finally, the operational costs of the denitrification process are investigated and visualised graphically. Cost optimal regions are found by a numerical grid search. Procedures for controlling the denitrification process in a cost-efficient way are described.</p>

This master thesis in energy optimization was made during the autumn of 2006 at Käppala wastewater treatment plant in Lidingö, Stockholm. A preceding thesis, where all electricity consumption was mapped, showed that the aeration in the biological treatment is the single largest consumer in the plant, and it is therefore of interest to reduce this cost. The oxygen control strategy used at Käppala WWTP is working well from a nutrient removal point of view, but not from an economic one. The last aerobic zones have a very low oxygen consumption during low loading periods which give rise to enhanced dissolved oxygen concentrations with excessive costs and reduced denitrification as a result. But also during periods of normal loading unnecessary high oxygen concentration are sometimes given. By modifying the aeration control strategy three full-scale experiments have been made, with the intention to reduce the air consumption. The experiments were carried out during week 37-50 in the autumn of 2006 and showed that savings could be made. The regular oxygen control at Käppala WWTP controls the oxygen level in the aerobic compartment with two DO-setpoints; one in the first aerobic zone and one in the last. The zones in between are controlled by an airflow fractionation depending on the oxygen level in the first and last zone. In the first strategy to be evaluated, all four zones in the aerated part were individually controlled with its own setpoint. Two different setpoint combinations were tested. By using the fact that the efficiency in the oxygen transfer rate was higher at low airflows, savings of approximately 16 % were achieved. In the second strategy tested, an ammonia-feedback control combined with a DO-feedback controlled the DO-set point in the first aerobic zone. This strategy adjusted the DO- set points to the loading variations, and this gave a decreased airflow of approximately 9 %. Finally the two strategies were combined. All zones were then controlled individually with DO-set points set by an ammonium-feedback and a DO-feedback. The strategy gave savings in the airflow of approximately 18 %. In all three trials the aerated zones were more efficiently used, and the estimated savings are 550 000 SEK/year, and with a preserved nutrient removal efficiency. / Under hösten 2006 har ett examensarbete om energieffektivisering på Käppalaverket på Lidingö utförts. Ett föregående examensarbete där all elenergiförbrukning kartlades visade att blåsmaskinerna i biosteget står för den enskilt största förbrukningen i verket och det är därför av intresse att minska denna kostnad. Syrestyrningsstrategin som används på Käppalaverket fungerar mycket bra ur reningssynpunkt, men är inte optimal ur energisynpunkt. Dels luftas de första aeroba zonerna för mycket vid låg belastning vilket ger upphov till kraftigt förhöjda syrekoncentrationer i de sista aeroba zonerna med höga luftningskostnader och risk för försämrad denitrifikation, men även under normal belastning har det visat sig att onödigt höga syrekoncentrationer ibland ges. Tre fullskaliga optimeringsförsök har utförts, med syfte att minska luftförbrukningen med bibehållen reningsgrad. Försöken pågick från vecka 37 till 50 hösten 2006, och visade att det finns möjlighet att spara energi genom att modifiera syrestyrningsstrategin. Den reguljära syreregleringen i Käppalaverket styr syrehalten i den aeroba bassängen mot två syrebörvärden; ett i den första luftade zonen och ett i den sista. Luftflödet till de mellanliggande zonerna styrs av luftflödesandelar beroende på syrehalten i dessa två zoner. Den första strategin som utvärderades styrde istället samtliga zoner individuellt med egna börvärden, där två olika strukturer på de satta börvärdena användes. Genom att utnyttja en högre effektivitet i syreöverföringshastigheten vid låga luftflöden uppnåddes luftflödesbesparingar på ca 16 % i första försöket. I den andra strategin styrdes syrebörvärdet i den första luftade zonen med hjälp av två återkopplingar, en från utgående ammoniumhalt och en från syrehalten i den sista luftade zonen. Tack vare att strategin anpassade syrebörvärdena efter belastningen av syretärande ämnen erhölls luftflödesbesparingar på ca 9 %. Slutligen kombinerades de två strategierna; samtliga zoner styrdes individuellt med börvärden satta av en ammonium-återkoppling och en syre-återkoppling. Strategin medförde luftflödesbesparingar på ca 18 %. I samtliga försök utnyttjades de luftade zonerna bättre, och besparingspotentialen uträknad från 2005 års elpriser blev som mest 550 000 SEK/år, detta med en bibehållen reningsgrad.