Esta tese apresenta os resultados obtidos com a utilização de efluente produzido em digestor hidrolítico de lodo primário, para a remoção de nutrientes em reator em bateladas seqüenciais (RBS) tratando efluente de reator UASB. Assim, foram realizados dois estudos. O primeiro consistiu na verificação da melhor condição operacional para que se alcançasse a maior produção de ácidos graxos voláteis (AGV) em digestor hidrolítico de lodo (DHL), enquanto que, o segundo estudo, consistiu na avaliação do desempenho do RBS na remoção de nitrogênio e fósforo diante da aplicação dos AGV presentes no sobrenadante de lodo hidrolisado, do DHL. Os resultados do primeiro estudo permitiram a verificação de que a produção de AGV no DHL foi proporcional à taxa de aplicação. Foi verificado, também, que a maior produção destes ácidos se deu com a aplicação de tempos de detenção de lodo da ordem de 2 dias. Os resultados do segundo estudo permitiram a verificação de que a relação C/N igual, ou próxima a 3, se mostrou como a mais viável para o processo de desnitrificação, onde, neste caso foram observadas desnitrificações superiores a 70%. Nesta mesma condição, foram observadas remoções de fósforo da ordem de 25%. Entretanto, a utilização do sobrenadante de lodo hidrolisado, e os AGVs nele contido como fonte de carbono, ficou comprometida devido a alta concentração de nitrogênio (predominantemente sob a forma amoniacal) nele presente. O nitrogênio introduzido no RBS, pela adição de sobrenadante de lodo hidrolisado, se manteve inalterado fazendo com que o RBS acabasse por apresentar altas concentrações deste nutriente ao final do ciclo. Portanto, a aplicação deste tipo de fonte de carbono em escala plena para remoção de nutrientes, acabou ficando inviável da forma como se propôs, nesta pesquisa, que fosse realizada. / This thesis presents the results obtained with the use of effluent produced in primary sludge hydrolytic digester for nutrient removal in sequential batch reactor (SBR) treating effluents from an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. Two bench scale studies were developed. The first one consisted in verifying the best operational condition to produce volatile fatty acids (VFA) in the primary sludge hydrolytic reactor; the second one aimed to evaluate the sequential batch reactor (SBR) performances in the removal of nitrogen and phosphorus. In this operational condition, VFA from the liquid phase of the hydrolytic reactor was applied as external carbon source. The results from the first study permitted to verify that the VFA production in the HSR was proportional to the application rate (AR). The best VFA production was obtained for sludge retention time (SRT) of two days. In the second study, the best C/N ratio for the denitrification process was found to be close to 3, with denitrification efficiency higher than 70%. In this condition, phosphorus removal efficiency was approximately 25%. However, nitrogen removal was deeply affected by the high concentration of ammonium nitrogen in the liquid phase of the hydrolyzed sludge that remains unaltered in the SBR. Consequently, the use of such endogenous carbon source for denitrification needs further development in order to be applied in full-scale treatment systems.

Esta tese apresenta os resultados obtidos com a utilização de efluente produzido em digestor hidrolítico de lodo primário, para a remoção de nutrientes em reator em bateladas seqüenciais (RBS) tratando efluente de reator UASB. Assim, foram realizados dois estudos. O primeiro consistiu na verificação da melhor condição operacional para que se alcançasse a maior produção de ácidos graxos voláteis (AGV) em digestor hidrolítico de lodo (DHL), enquanto que, o segundo estudo, consistiu na avaliação do desempenho do RBS na remoção de nitrogênio e fósforo diante da aplicação dos AGV presentes no sobrenadante de lodo hidrolisado, do DHL. Os resultados do primeiro estudo permitiram a verificação de que a produção de AGV no DHL foi proporcional à taxa de aplicação. Foi verificado, também, que a maior produção destes ácidos se deu com a aplicação de tempos de detenção de lodo da ordem de 2 dias. Os resultados do segundo estudo permitiram a verificação de que a relação C/N igual, ou próxima a 3, se mostrou como a mais viável para o processo de desnitrificação, onde, neste caso foram observadas desnitrificações superiores a 70%. Nesta mesma condição, foram observadas remoções de fósforo da ordem de 25%. Entretanto, a utilização do sobrenadante de lodo hidrolisado, e os AGVs nele contido como fonte de carbono, ficou comprometida devido a alta concentração de nitrogênio (predominantemente sob a forma amoniacal) nele presente. O nitrogênio introduzido no RBS, pela adição de sobrenadante de lodo hidrolisado, se manteve inalterado fazendo com que o RBS acabasse por apresentar altas concentrações deste nutriente ao final do ciclo. Portanto, a aplicação deste tipo de fonte de carbono em escala plena para remoção de nutrientes, acabou ficando inviável da forma como se propôs, nesta pesquisa, que fosse realizada. / This thesis presents the results obtained with the use of effluent produced in primary sludge hydrolytic digester for nutrient removal in sequential batch reactor (SBR) treating effluents from an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. Two bench scale studies were developed. The first one consisted in verifying the best operational condition to produce volatile fatty acids (VFA) in the primary sludge hydrolytic reactor; the second one aimed to evaluate the sequential batch reactor (SBR) performances in the removal of nitrogen and phosphorus. In this operational condition, VFA from the liquid phase of the hydrolytic reactor was applied as external carbon source. The results from the first study permitted to verify that the VFA production in the HSR was proportional to the application rate (AR). The best VFA production was obtained for sludge retention time (SRT) of two days. In the second study, the best C/N ratio for the denitrification process was found to be close to 3, with denitrification efficiency higher than 70%. In this condition, phosphorus removal efficiency was approximately 25%. However, nitrogen removal was deeply affected by the high concentration of ammonium nitrogen in the liquid phase of the hydrolyzed sludge that remains unaltered in the SBR. Consequently, the use of such endogenous carbon source for denitrification needs further development in order to be applied in full-scale treatment systems.

A eficiência do processo de digestão anaeróbia dos resíduos sólidos orgânicos pode ser alterada com a recirculação do percolado. Considerado esse aspecto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a taxa da recirculação do percolado na eficiência do processo de digestão anaeróbia da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos. Assim, foram montados reatores de 3,45 litros preenchidos com resíduo padrão (fração orgânica de resíduos sólidos urbanos padrão) e inóculo (percolado). O valor de referência foi o teor de sólidos totais de 13%. Analisou-se o desempenho dos reatores variando taxas de recirculação (10, 30 e 50% em volume de inóculo). Foram realizados análises físico-químicas e exames microscópicos em amostras de percolado para avaliar o desempenho desses reatores. Os resultados dessas análises indicaram inibição da fase metanogênica nos reatores com maiores taxas de recirculação (30 e 50%). O reator com taxa de recirculação de 10%, comparado aos demais reatores, obteve maior eficiência na partida, com elevada produção de metano e maior percentual de degradação de sólidos. Os exames microscópicos realizados em amostras de percolado desse reator revelaram predominância de organismos de morfologia com características de Methanococcus, enquanto nos demais reatores foi observada maioria de organismos com morfologia semelhante a fungos. Concluiu-se que a taxa de recirculação de percolado influi significativamente nos biorreatores degradando a matéria orgânica, e que altas taxas de recirculação podem levar à inibição total do ecossistema existente no reator. / The performance of the anaerobic digestion process of organic solid residues can be modified by the leachate recirculation. Considering this aspect, the present paper aims to evaluate the leachate recirculation rate in the eficiency of the anaerobic digestion process of the organic fraction of urban solid residues. Thus, 3,45 liter reactors were constructed and filled with standard waste (standard organic fraction of urban solid residues) and seed (leachate), having the total solid content of 13% as a value of reference. The performance of the reactors was analyzed by varying recirculation taxes (10, 30 and 50% in volume of seed). Leachate samples from these reactors were examined through microscopic and physical-chemical analyses to evaluate theirs performance. The results of these analyses indicated an inhibition of the metanoghenic phase in the reactors with larger rates of recirculation (30 and 50%). The reactor with 10% recirculation rate obtained larger efficiency in the start, methane production and percentage of solid degradation, compared to other reactors. The microscopic examinations in the leachate samples from this reactor presented a predominance of organisms with characteristics Methanococcus morphology, whereas in the others reactors most organisms prsented a similar morphology to fungus. It was possible to conclude that the leachate recirculation rate has a significant influence on the degradaion of the organic material from bioreactors and that high recirculation rates can lead to the total inhibition of the ecosystem existig in the reactor.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Douglas _Torres.pdf: 3616129 bytes, checksum: a4f03d06a9a51441bb0fbfebd263c6b0 (MD5) Previous issue date: 2014-02-20 / Hydrogen is naturally formed in intermediate stages of anaerobic digestion and is subsequently consumed to generate products such as methane and hydrogen sulphide. So, in order to increase the energetic efficiency of gases produced in the system, it was necessary to separate hydrogen. It is essential to interrupt hydrogen consumption by methanogenic and sulphidegenic phases of anaerobic digestion process. As the effluent from cassava processing presents high concentration of sugars, there may be some possibility to favor the acidogenic digestion process, which provides better conditions to produce hydrogen gas and inhibit methanogenic archaea. Thus, this trial aims at evaluating hydrogen production from anaerobic digestion of wastewater from the cassava manufacturing process in an upflow anaerobic reactor, where bamboo was used as support medium. Four experimental runs (R1, R2, R3 and R4) were carried out in a 3.0 L plexiglass reactor, operated at 0.75 h-1 flow rate and Hydraulic Detention Time (HDT) of 4 hours. The assays were inoculated with 10% of the effective volume of an anaerobic sludge digester installed on a cassava industry at 95 °C for 15 min to eliminate microorganisms that produce methane. The cassava pH adjustment was managed to 6.0, but only at the R1 run. In R2, R3 and R4 runs, without any pH change, the values ranged from 3.74 to 4.47. The reactors showed a consumption average from total sugar superior at 80%, whose COD removals were 55.26, 15.27, 46.16 and 40.42% for R1, R2, R3 and R4, respectively. It was also observed that biogas flow decreasing provided greater biomass accumulation in the reactor. Thus, the results of HDT values were obtained by hydrodynamic essay of 3.75, 1.08, 1.83 and 2.43 for R1, R2 R3 and R4, respectively. It can also be observed that the process of hydrogen generation was associated with the metabolic route to generate butyric acid, since the increase of this product from acidogenesis resulted in higher amounts of hydrogen. It was also pointed out that the peak incidences of lactic and propionic acid concentrations in the effluent occurred simultaneously to the decreased production, which could indicate H2 consumption. The use of cassava without pH correction in R2, R3 and R4 resulted in lower productions of H2 maybe as a result of solventogenesis possibility that was recorded by the increase in butanol and ethanol production, which matched to the hydrogen flow reduction. The highest molar flow rates of H2 were observed in R1, with maximum value of 10.6mmolH2.h-1. R2 essay showed the highest percentages of hydrogen in biogas (45.37%) and maximum flow of 3.37 mmolH2.h-1, whose highest concentrations of calcium in cassava lots were used in that period. However, R3 and R4 reactors showed the highest flows (0.99 and 1.80 mmolH2.h-1). Thus, it should be highlighted the importance of correcting pH of cassava industry wastewater and monitoring alcohols and volatile fatty acids generated during this process. / O hidrogênio é naturalmente formado em etapas intermediárias da digestão anaeróbia e é posteriormente consumido para geração de produtos como o metano e o ácido sulfídrico. Para possibilitar a separação do hidrogênio, em busca do aumento da eficiência energética dos gases gerados no reator, torna-se necessária a interrupção do consumo do hidrogênio pelas fases metanogênica e sulfetogênica do processo de digestão anaeróbia. Como o efluente do processamento da mandioca apresenta elevada concentração de açúcares, pode ocorrer o favorecimento do processo de digestão acidogênica, que proporciona melhores condições para a geração do gás hidrogênio e inibição das arqueias metanogênicas. Assim, o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar a produção de hidrogênio a partir da digestão anaeróbia de efluente do processo de fabricação de fécula de mandioca (manipueira), em reator anaeróbio de leito fixo e fluxo ascendente, utilizando hastes de bambu como meio suporte. Foram realizados 4 ensaios experimentais (R1, R2, R3 e R4) em reator de plexiglass com 3,0 L de volume útil, operados com vazão de 0,75 L.h-1 e tempo de detenção hidráulica (TDH) de 4 horas. Os ensaios foram inoculados com 10% do volume útil de lodo anaeróbio de um biodigestor instalado em uma fecularia, previamente aquecido a 95 °C por 15 minutos para eliminação de microrganismos produtores de metano. O ajuste do pH da manipueira foi realizado para 6,0 somente no ensaio R1. Nos ensaios R2, R3 e R4, sem alterações do pH, os valores variaram de 3,74 a 4,47. Os reatores apresentaram média de consumo de açúcares totais superiores a 80%, com remoções de DQO de 55,26; 15,27; 46,16 e 40,42% para R1, R2, R3 e R4, respectivamente. Foi observado que a redução das vazões de biogás proporcionou maior acúmulo de biomassa no reator. Os resultados dos valores de TDH foram obtidos pelo ensaio hidrodinâmico de 3,75, 1,08, 1,83 e 2,43 para R1, R2, R3 e R4, respectivamente. Foi possível verificar que o processo de geração de hidrogênio estava associado à via metabólica de geração de ácido butírico, uma vez que o aumento deste produto da acidogênese proporcionou elevação dos valores de hidrogênio. Observou-se também que os picos de concentrações de ácido lático e propiônico no efluente ocorreram simultaneamente às reduções de produtividade e podem indicar o consumo de H2. A utilização da manipueira, sem correção de pH em R2, R3 e R4, resultou em menores produtividades de H2, possivelmente resultantes do favorecimento da solvetogênese, verificada pela elevação das produções de butanol e etanol, que coincidiram com a redução das vazões de hidrogênio. As maiores vazões molares de H2 foram observadas em R1, com valor máximo de 10,6 mmolH2.h-1. O ensaio R2 apresentou as maiores percentagens de hidrogênio no biogás (45,37%) e vazão máxima de 3,37 mmolH2.h-1, em que foram observadas as maiores concentrações de cálcio nos lotes de manipueira, utilizados naquele período. Os reatores R3 e R4 apresentaram vazões máximas de 0,99 e 1,80 mmolH2.h-1. Dessa forma, destaca-se a necessidade da correção dos valores de pH do efluente de fecularia e monitoramento dos álcoois e ácidos graxos voláteis gerados no processo.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Douglas _Torres.pdf: 3616129 bytes, checksum: a4f03d06a9a51441bb0fbfebd263c6b0 (MD5) Previous issue date: 2014-02-20 / Hydrogen is naturally formed in intermediate stages of anaerobic digestion and is subsequently consumed to generate products such as methane and hydrogen sulphide. So, in order to increase the energetic efficiency of gases produced in the system, it was necessary to separate hydrogen. It is essential to interrupt hydrogen consumption by methanogenic and sulphidegenic phases of anaerobic digestion process. As the effluent from cassava processing presents high concentration of sugars, there may be some possibility to favor the acidogenic digestion process, which provides better conditions to produce hydrogen gas and inhibit methanogenic archaea. Thus, this trial aims at evaluating hydrogen production from anaerobic digestion of wastewater from the cassava manufacturing process in an upflow anaerobic reactor, where bamboo was used as support medium. Four experimental runs (R1, R2, R3 and R4) were carried out in a 3.0 L plexiglass reactor, operated at 0.75 h-1 flow rate and Hydraulic Detention Time (HDT) of 4 hours. The assays were inoculated with 10% of the effective volume of an anaerobic sludge digester installed on a cassava industry at 95 °C for 15 min to eliminate microorganisms that produce methane. The cassava pH adjustment was managed to 6.0, but only at the R1 run. In R2, R3 and R4 runs, without any pH change, the values ranged from 3.74 to 4.47. The reactors showed a consumption average from total sugar superior at 80%, whose COD removals were 55.26, 15.27, 46.16 and 40.42% for R1, R2, R3 and R4, respectively. It was also observed that biogas flow decreasing provided greater biomass accumulation in the reactor. Thus, the results of HDT values were obtained by hydrodynamic essay of 3.75, 1.08, 1.83 and 2.43 for R1, R2 R3 and R4, respectively. It can also be observed that the process of hydrogen generation was associated with the metabolic route to generate butyric acid, since the increase of this product from acidogenesis resulted in higher amounts of hydrogen. It was also pointed out that the peak incidences of lactic and propionic acid concentrations in the effluent occurred simultaneously to the decreased production, which could indicate H2 consumption. The use of cassava without pH correction in R2, R3 and R4 resulted in lower productions of H2 maybe as a result of solventogenesis possibility that was recorded by the increase in butanol and ethanol production, which matched to the hydrogen flow reduction. The highest molar flow rates of H2 were observed in R1, with maximum value of 10.6mmolH2.h-1. R2 essay showed the highest percentages of hydrogen in biogas (45.37%) and maximum flow of 3.37 mmolH2.h-1, whose highest concentrations of calcium in cassava lots were used in that period. However, R3 and R4 reactors showed the highest flows (0.99 and 1.80 mmolH2.h-1). Thus, it should be highlighted the importance of correcting pH of cassava industry wastewater and monitoring alcohols and volatile fatty acids generated during this process. / O hidrogênio é naturalmente formado em etapas intermediárias da digestão anaeróbia e é posteriormente consumido para geração de produtos como o metano e o ácido sulfídrico. Para possibilitar a separação do hidrogênio, em busca do aumento da eficiência energética dos gases gerados no reator, torna-se necessária a interrupção do consumo do hidrogênio pelas fases metanogênica e sulfetogênica do processo de digestão anaeróbia. Como o efluente do processamento da mandioca apresenta elevada concentração de açúcares, pode ocorrer o favorecimento do processo de digestão acidogênica, que proporciona melhores condições para a geração do gás hidrogênio e inibição das arqueias metanogênicas. Assim, o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar a produção de hidrogênio a partir da digestão anaeróbia de efluente do processo de fabricação de fécula de mandioca (manipueira), em reator anaeróbio de leito fixo e fluxo ascendente, utilizando hastes de bambu como meio suporte. Foram realizados 4 ensaios experimentais (R1, R2, R3 e R4) em reator de plexiglass com 3,0 L de volume útil, operados com vazão de 0,75 L.h-1 e tempo de detenção hidráulica (TDH) de 4 horas. Os ensaios foram inoculados com 10% do volume útil de lodo anaeróbio de um biodigestor instalado em uma fecularia, previamente aquecido a 95 °C por 15 minutos para eliminação de microrganismos produtores de metano. O ajuste do pH da manipueira foi realizado para 6,0 somente no ensaio R1. Nos ensaios R2, R3 e R4, sem alterações do pH, os valores variaram de 3,74 a 4,47. Os reatores apresentaram média de consumo de açúcares totais superiores a 80%, com remoções de DQO de 55,26; 15,27; 46,16 e 40,42% para R1, R2, R3 e R4, respectivamente. Foi observado que a redução das vazões de biogás proporcionou maior acúmulo de biomassa no reator. Os resultados dos valores de TDH foram obtidos pelo ensaio hidrodinâmico de 3,75, 1,08, 1,83 e 2,43 para R1, R2, R3 e R4, respectivamente. Foi possível verificar que o processo de geração de hidrogênio estava associado à via metabólica de geração de ácido butírico, uma vez que o aumento deste produto da acidogênese proporcionou elevação dos valores de hidrogênio. Observou-se também que os picos de concentrações de ácido lático e propiônico no efluente ocorreram simultaneamente às reduções de produtividade e podem indicar o consumo de H2. A utilização da manipueira, sem correção de pH em R2, R3 e R4, resultou em menores produtividades de H2, possivelmente resultantes do favorecimento da solvetogênese, verificada pela elevação das produções de butanol e etanol, que coincidiram com a redução das vazões de hidrogênio. As maiores vazões molares de H2 foram observadas em R1, com valor máximo de 10,6 mmolH2.h-1. O ensaio R2 apresentou as maiores percentagens de hidrogênio no biogás (45,37%) e vazão máxima de 3,37 mmolH2.h-1, em que foram observadas as maiores concentrações de cálcio nos lotes de manipueira, utilizados naquele período. Os reatores R3 e R4 apresentaram vazões máximas de 0,99 e 1,80 mmolH2.h-1. Dessa forma, destaca-se a necessidade da correção dos valores de pH do efluente de fecularia e monitoramento dos álcoois e ácidos graxos voláteis gerados no processo.

A eficiência do processo de digestão anaeróbia dos resíduos sólidos orgânicos pode ser alterada com a recirculação do percolado. Considerado esse aspecto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a taxa da recirculação do percolado na eficiência do processo de digestão anaeróbia da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos. Assim, foram montados reatores de 3,45 litros preenchidos com resíduo padrão (fração orgânica de resíduos sólidos urbanos padrão) e inóculo (percolado). O valor de referência foi o teor de sólidos totais de 13%. Analisou-se o desempenho dos reatores variando taxas de recirculação (10, 30 e 50% em volume de inóculo). Foram realizados análises físico-químicas e exames microscópicos em amostras de percolado para avaliar o desempenho desses reatores. Os resultados dessas análises indicaram inibição da fase metanogênica nos reatores com maiores taxas de recirculação (30 e 50%). O reator com taxa de recirculação de 10%, comparado aos demais reatores, obteve maior eficiência na partida, com elevada produção de metano e maior percentual de degradação de sólidos. Os exames microscópicos realizados em amostras de percolado desse reator revelaram predominância de organismos de morfologia com características de Methanococcus, enquanto nos demais reatores foi observada maioria de organismos com morfologia semelhante a fungos. Concluiu-se que a taxa de recirculação de percolado influi significativamente nos biorreatores degradando a matéria orgânica, e que altas taxas de recirculação podem levar à inibição total do ecossistema existente no reator. / The performance of the anaerobic digestion process of organic solid residues can be modified by the leachate recirculation. Considering this aspect, the present paper aims to evaluate the leachate recirculation rate in the eficiency of the anaerobic digestion process of the organic fraction of urban solid residues. Thus, 3,45 liter reactors were constructed and filled with standard waste (standard organic fraction of urban solid residues) and seed (leachate), having the total solid content of 13% as a value of reference. The performance of the reactors was analyzed by varying recirculation taxes (10, 30 and 50% in volume of seed). Leachate samples from these reactors were examined through microscopic and physical-chemical analyses to evaluate theirs performance. The results of these analyses indicated an inhibition of the metanoghenic phase in the reactors with larger rates of recirculation (30 and 50%). The reactor with 10% recirculation rate obtained larger efficiency in the start, methane production and percentage of solid degradation, compared to other reactors. The microscopic examinations in the leachate samples from this reactor presented a predominance of organisms with characteristics Methanococcus morphology, whereas in the others reactors most organisms prsented a similar morphology to fungus. It was possible to conclude that the leachate recirculation rate has a significant influence on the degradaion of the organic material from bioreactors and that high recirculation rates can lead to the total inhibition of the ecosystem existig in the reactor.