Esta dissertação apresenta a metodologia para o Projeto de Engenharia de Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente com Manta de Lodo para tratamento de esgoto sanitário. A metodologia desenvolvida apresenta os parâmetros de cálculo e os condicionamentos técnicos físicos envolvidos no projeto e construção da unidade de tratamento. O trabalho contém uma proposta de protocolo para o projeto, construção e operação do Reator UASB. / This disquisition presents a methodology for the Project of Anaerobic Reactors Engineering of Sludge Blanket for sanitary sewage treatment. The methodology developed presents the calculus parameters and physic technical involved in the project and construction in the treatment unit. The work contains a protocol propose for the project, construction and operation of UASB Reactor.

Esta dissertação apresenta a metodologia para o Projeto de Engenharia de Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente com Manta de Lodo para tratamento de esgoto sanitário. A metodologia desenvolvida apresenta os parâmetros de cálculo e os condicionamentos técnicos físicos envolvidos no projeto e construção da unidade de tratamento. O trabalho contém uma proposta de protocolo para o projeto, construção e operação do Reator UASB. / This disquisition presents a methodology for the Project of Anaerobic Reactors Engineering of Sludge Blanket for sanitary sewage treatment. The methodology developed presents the calculus parameters and physic technical involved in the project and construction in the treatment unit. The work contains a protocol propose for the project, construction and operation of UASB Reactor.

O tratamento de esgotos municipais através de reatores do tipo \"Up-flow Anaerobic Slugde Blanket\" - UASB, já são utilizados há vários anos em alguns estados do Brasil. Seu rendimento no tratamento está na faixa de 65 a 75% de remoção de carga orgânica medida em DBO, necessitando portanto de um pós - tratamento, por exemplo AERÓBIO, como Filtros Biológicos Percoladores, Filtros Biológicos submersos Aerados, Lodos Ativados etc. Devido a evolução da legislação e dos sistemas de tratamento no nível terciário, ou seja, remoção de nutrientes, estes pós - tratamentos se fazem ainda mais necessários para remoção de nitrogênio amoniacal por exemplo, com remoção completa usando de nitrificação e denitrificação ou simplesmente atingindo o estágio de nitrificação, pois o nitrogênio amoniacal é tóxico para uma boa parcela da vida aquática, peixes principalmente, enquanto o nitrogênio na forma do íon nitrato ou nitrito é considerado menos tóxico. Já existe na literatura algumas descrições de como dimensionar tais unidades de pós - tratamento, todavia, os parâmetros usados são teóricos e baseados nos já existentes para esgotos sanitários tipicamente domésticos, não havendo ainda uma fonte de dados experimentais para tais parâmetros. O intuito deste trabalho foi o de obter dados mais reais para projeto de pós - tratamento de efluentes de reatores UASB, usando o equacionamento e os métodos apresentados por Ekama, Dold e Marais (1986), baseado num sistema piloto de Lodos Ativados, em escala de laboratório, alimentado com efluente de um reator UASB instalado no campus da USP, mais precisamente no Centro Tecnológico de Hidráulica (CTH) da Escola Politécnica. Este reator trata o esgoto gerado no restaurante comunitário e apartamentos de moradia dos alunos (CRUSP), da Universidade. Como todos os sistemas biológicos aeróbios de tratamento se baseiam nas mesmas frações, os dados aqui obtidos são úteis para qualquer outro pós - tratamento aeróbio destes efluentes. As frações obtidas foram: fup = 0,15, frb ~0 e fus= 0,2. / The treatment of municipal wastewaters through \"Up-flow Anaerobic with Sludge Blanket\" - UASB reactors -, are already used for many years in some states of Brazil. It\'s output in the treatment is in the range of 65% to 75% of organic load remove in BOD, needing so an after-treatment, for example the AEROBIC, like Percolator Biologic Filters, aerated submerse Biological Filters, Activated Sludge etc. Due to the evolution of legislation and treatment systems in the tertiary level, that means, nutrients remove, these after-treatments are even more necessary to the removal of ammonia nitrogen for example, with complete removal using nitrification and denitrification or simply achieving the nitrification stage, because the ammonia is toxic to a great part of aquatic life, mostly fishes, while the nitrogen in the form of ions nitrate or nitrite is considered less toxic. There are already in the literature some descriptions of how to dimension those units of after-treatment, however, the parameters used are theoretical and based on the pre-existent to sanitary wastewater typically domestic, not having yet a source of experimental data for those parameters. The objective of this paper is to get real data to project the after- treatment of effluents of UASB reactors, using the equation and the methods presented by Ekama, Dold e Marais (1986), based in a pilot system of Activated Sludge, in laboratory level, fed with effluent of an UASB reactor installed on the campus of USP, more precisely in the Hydraulic Technological Center (CTH). This reactor treats the wastewater generated in the communitary restaurant and apartments where the University students live (CRUSP). Like all the aerobic biologic systems of treatment base themselves in the same fractions, the collected data here are really useful to any other aerobic after-treatment of these effluents. The fractions obtained were: fup = 0,15, frb ~0 and fus= 0,2.

O tratamento de esgotos municipais através de reatores do tipo \"Up-flow Anaerobic Slugde Blanket\" - UASB, já são utilizados há vários anos em alguns estados do Brasil. Seu rendimento no tratamento está na faixa de 65 a 75% de remoção de carga orgânica medida em DBO, necessitando portanto de um pós - tratamento, por exemplo AERÓBIO, como Filtros Biológicos Percoladores, Filtros Biológicos submersos Aerados, Lodos Ativados etc. Devido a evolução da legislação e dos sistemas de tratamento no nível terciário, ou seja, remoção de nutrientes, estes pós - tratamentos se fazem ainda mais necessários para remoção de nitrogênio amoniacal por exemplo, com remoção completa usando de nitrificação e denitrificação ou simplesmente atingindo o estágio de nitrificação, pois o nitrogênio amoniacal é tóxico para uma boa parcela da vida aquática, peixes principalmente, enquanto o nitrogênio na forma do íon nitrato ou nitrito é considerado menos tóxico. Já existe na literatura algumas descrições de como dimensionar tais unidades de pós - tratamento, todavia, os parâmetros usados são teóricos e baseados nos já existentes para esgotos sanitários tipicamente domésticos, não havendo ainda uma fonte de dados experimentais para tais parâmetros. O intuito deste trabalho foi o de obter dados mais reais para projeto de pós - tratamento de efluentes de reatores UASB, usando o equacionamento e os métodos apresentados por Ekama, Dold e Marais (1986), baseado num sistema piloto de Lodos Ativados, em escala de laboratório, alimentado com efluente de um reator UASB instalado no campus da USP, mais precisamente no Centro Tecnológico de Hidráulica (CTH) da Escola Politécnica. Este reator trata o esgoto gerado no restaurante comunitário e apartamentos de moradia dos alunos (CRUSP), da Universidade. Como todos os sistemas biológicos aeróbios de tratamento se baseiam nas mesmas frações, os dados aqui obtidos são úteis para qualquer outro pós - tratamento aeróbio destes efluentes. As frações obtidas foram: fup = 0,15, frb ~0 e fus= 0,2. / The treatment of municipal wastewaters through \"Up-flow Anaerobic with Sludge Blanket\" - UASB reactors -, are already used for many years in some states of Brazil. It\'s output in the treatment is in the range of 65% to 75% of organic load remove in BOD, needing so an after-treatment, for example the AEROBIC, like Percolator Biologic Filters, aerated submerse Biological Filters, Activated Sludge etc. Due to the evolution of legislation and treatment systems in the tertiary level, that means, nutrients remove, these after-treatments are even more necessary to the removal of ammonia nitrogen for example, with complete removal using nitrification and denitrification or simply achieving the nitrification stage, because the ammonia is toxic to a great part of aquatic life, mostly fishes, while the nitrogen in the form of ions nitrate or nitrite is considered less toxic. There are already in the literature some descriptions of how to dimension those units of after-treatment, however, the parameters used are theoretical and based on the pre-existent to sanitary wastewater typically domestic, not having yet a source of experimental data for those parameters. The objective of this paper is to get real data to project the after- treatment of effluents of UASB reactors, using the equation and the methods presented by Ekama, Dold e Marais (1986), based in a pilot system of Activated Sludge, in laboratory level, fed with effluent of an UASB reactor installed on the campus of USP, more precisely in the Hydraulic Technological Center (CTH). This reactor treats the wastewater generated in the communitary restaurant and apartments where the University students live (CRUSP). Like all the aerobic biologic systems of treatment base themselves in the same fractions, the collected data here are really useful to any other aerobic after-treatment of these effluents. The fractions obtained were: fup = 0,15, frb ~0 and fus= 0,2.

O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e também o primeiro do mundo na produção de açúcar e etanol, o biocombustível mais utilizado como alternativa energética no país (BRASIL, 2017). No entanto, esse processo produtivo precisa considerar os subprodutos gerados, principalmente a vinhaça, que se não tratada e disposta corretamente podem causar problemas ambientais sérios. Sendo um efluente com alta carga orgânica, a vinhaça concentra potencial substancial para geração de bioenergia como o metano. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da concentração de sulfato, advindo da utilização de ácido sulfúrico para manutenção da pureza das cepas fermentativas e incorporado à vinhaça, na produção de metano. Para tanto, testes em batelada foram feitos com relações DQO/Sulfato diferentes. As respostas obtidas no planejamento experimental fatorial 22 com ponto central, utilizando a demanda química de oxigênio (DQO) e sulfato como os fatores, foram a produção de metano, a eficiência de remoção de matéria orgânica e a eficiência de remoção de sulfato ao longo dos ciclos de operação. As faixas estudadas foram de 4,6 a 2,0 gDQO.L-1 e 0,3 a 2,3 gSO4-2.L-1. Dessa forma, para o intervalo de concentrações testadas, a quantidade de matéria orgânica foi o fator mais importante para a produção de metano, e foi constatado que o sulfato possuiu efeito negativo em sua produção. Para a eficiência de remoção de matéria orgânica, a interação dos fatores foi a mais significativa, mostrando que a participação das bactérias redutoras de sulfato foi positiva, aumentando a eficiência de remoção. Com relação à eficiência de remoção do sulfato, apenas a concentração de sulfato foi significativa para a remoção do mesmo, quanto maior a concentração menor foi a eficiência de remoção observada. A maior produção de metano ocorreu na condição 4,6 gDQO.L-1 e 0,3 gSO4-2.L-1, DQO/SO42- de 12,5, em que a eficiência de remoção de matéria orgânica foi de 80% e a de sulfato foi de 89%. A biomassa desenvolveu as rotas metanogênica e sulfetogênica, sendo a metanogênica responsável pela maior eficiência de remoção (85% do total). Sequenciamento Illumina MiSeq 16S rRNA foi feito no inóculo utilizado nos experimentos, indicando a presença abundante das bactérias capazes de produzir acetato (54,75%), dentre elas o gênero Desulfofaba (Bactéria Redutora de Sulfato Oxidativa Incompleta, 7,08%), mostrando uma predisposição da rota metanogênica pela via do acetato ser a predominante. / Brazil is the world\'s largest producer of sugarcane and the world\'s leading producer of sugar and ethanol, the most used biofuel as an energy alternative in the country (BRASIL, 2017). However, this productive process needs to consider the by-products generated, especially the vinasse, which if not treated and disposed properly can cause serious environmental problems. Being an effluent with high organic load, vinasse concentrates potential for bioenergy generation as methane. The objective of this work was to evaluate the influence of the sulfate concentration, resulting from the use of sulfuric acid to maintain purity of fermentative strains and incorporated into vinasse, in the production of methane. For that, batch tests were done with different COD/SO42- ratios. The responses obtained in the 22 design of experiment with central point, using the chemical oxygen demand (COD) and sulfate, as the factors were the methane production, the organic matter removal efficiency and the sulfate removal efficiency along the cycles of operation. The ranges studied were 4.6 to 2.0 gDQO.L-1 and 0.3 to 2.3 gSO42-.L-1. Therefore, for the range of concentrations tested, the amount of organic matter was the most important factor for the production of methane, and it was verified that the sulfate had a negative effect on its production. For the removal efficiency of organic matter, the interaction of the factors was the most significant, showing that the participation of the sulfate reducing bacteria was positive, increasing the removal efficiency. Regarding the sulfate removal efficiency, only the sulfate concentration was significant for the removal of itself, the higher the concentration the lower the observed removal efficiency. The highest methane production occurred in the condition 4.6 gDQO.L-1 and 0.3 gSO4-2.L-1, COD/SO42- of 12.5, where the removal efficiency of organic matter was 80% and sulfate was 89%. The biomass developed the methanogenic and sulfetogenic routes, being the methanogenic responsible for the greater removal efficiency (85% of the total). Sequencing Illumina MiSeq 16S rRNA was done in the inoculum used in the experiments, indicating the abundant presence of bacteria capable of producing acetate (54.75%), among them the genus Desulfofaba (Incomplete Oxidative Sulfate Reducing Bacteria, 7.08%), showing a predisposition of the methanogenic route through the acetate route is the predominant one.

A contaminação ambiental por antibióticos e antimicrobianos quimioterápicos despertou o interesse da comunidade científica devido à possibilidade do desenvolvimento de resistência bacteriana e de efeitos ecotóxicos sobre organismos não-alvo. As águas residuárias contaminadas representam a principal fonte de dispersão desses fármacos para o meio ambiente. Enquanto as tecnologias anaeróbias têm sido crescentemente aplicadas para o tratamento de águas residuárias de origem agroindustrial, frequentemente contaminadas com antimicrobianos, pouco se sabe sobre as transformações que esses micropoluentes podem sofrer durante o tratamento. O objetivo do presente trabalho foi a investigação da degradação do antimicrobiano veterinário sulfametazina (SMZ) durante o tratamento anaeróbio de água residuária de suinocultura. Para tanto, foram conduzidas três fases experimentais. Na primeira fase, ensaios em batelada foram realizados com o intuito de avaliar a contribuição da biodegradação anaeróbia e de outros fenômenos na remoção de SMZ da fase líquida. A segunda fase envolveu a operação de três reatores anaeróbios contínuos em escala de bancada alimentados com água residuária sintética contaminada com SMZ, um reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF), um reator anaeróbio de mistura e biomassa imobilizada (RAMBI) e um reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB). Avaliou-se o efeito da variação da DQO total afluente e do TDH na eficiência de remoção de SMZ. Na terceira fase, o RAHLF foi alimentado com água residuária de suinocultura real présedimentada e acrescida de SMZ. Os resultados obtidos durante a primeira fase permitiram o desenvolvimento de um modelo matemático de dois compartimentos que apontou a fase aquosa como o compartimento biodisponível para a degradação de SMZ. Não foram observadas diferenças expressivas de desempenho dos reatores anaeróbios na remoção de SMZ para as condições experimentais ensaiadas na segunda fase. As condições operacionais que permitiram máxima remoção de SMZ foram TDH de 24 h e DQO total afluente de 3000 mg O2.L-1, que resultaram em eficiências médias de remoção de SMZ de 74%, 71% e 70% para os reatores RAHLF, RAMBI e UASB, respectivamente. Observou-se que a biodegradação anaeróbia de SMZ é favorecida pelo aumento da velocidade de degradação de matéria orgânica, como esperado para uma transformação cometabólica. Embora a degradação de SMZ tenha sido interrompida durante a alimentação do RAHLF com água residuária de suinocultura, os resultados obtidos mostraram que a biodegradação de SMZ pode acontecer em reatores anaeróbios e pode ser favorecida por meio do controle de parâmetros de operação adequados, demonstrando o potencial de aplicação dessa tecnologia no abatimento de emissões desse fármaco. / Environmental contamination by antibiotics and antimicrobial chemotherapeutics has drawn the attention of the scientific community because of the possibility of bacterial resistance development and toxic effects on non-target organisms. Contaminated wastewaters are the main sources of antimicrobial dispersion to the environment. While anaerobic technologies have been increasingly applied to the treatment of agricultural wastewaters, which are often contaminated with antimicrobials, little is known about the changes that these micropollutants can undergo during treatment. The objective of this study was to investigate the degradation of the veterinary antimicrobial sulfamethazine (SMZ) during the anaerobic treatment of swine wastewater. Three experimental phases were performed. In the first phase, batch tests were performed in order to evaluate the contribution of anaerobic biodegradation and other phenomena to the overall removal of SMZ from the liquid phase. The second phase involved the operation of three continuous, bench-scale anaerobic reactors fed with SMZ-contaminated synthetic wastewater: a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor, an anaerobic stirred reactor with immobilized biomass (ASRIB) and an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. The effect of varying the total influent COD and the HRT on SMZ removal efficiency was evaluated. In the third phase, the HAIB was fed with real presedimented swine wastewater contaminated with SMZ. The results obtained during the first phase allowed the development of a two-compartment mathematical model which established the aqueous phase as the bioavailable compartment for SMZ degradation. No significant differences in SMZ removal performance between the three reactors were observed in the second phase. The maximum removal of SMZ was observed for a HRT of 24 h and total influent COD of 3000 mg O2.L-1, which resulted in average SMZ removal efficiencies of 74%, 71% and 70% for the HAIB, ASRIB and UASB reactors, respectively. It was observed that the anaerobic biodegradation SMZ is favored by increasing the organic matter degradation rate, as expected for cometabolic transformations. Although SMZ degradation ceased when the HAIB was fed with swine wastewater, the experimental results showed that the biodegradation of SMZ occurs in anaerobic reactors and can be enhanced by controlling appropriate operating parameters, demonstrating the potential of this technology for the abatement of SMZ emission.

Primeiramente, esse trabalho pretende esclarecer a importância de pesquisas em modelagem, simulação e controle nos processos de tratamento de efluentes e apontar o atraso do Brasil nesta área de pesquisa comparado ao avanço das iniciativas internacionais. O trabalho apresenta o problema específico da modelagem dos processos anaeróbios e propõe uma nova ferramenta de simulação de regime permanente para esses sistemas, desde digestores de lodo a reatores UASB. O simulador se baseia no ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), modelo proposto pela IWA em 2002, e está implementado em C++. A intenção é disponibilizar livremente um software de simulação com o diferencial de uma metodologia e interface gráfica amigável, capaz de trazer para o dia-a-dia do profissional da área toda a sofisticação de uma modelagem mais completa, tanto do ponto de vista microbiológico como físico-químico. A metodologia proposta se mostrou muito eficiente para a obtenção da condição de regime permanente, fazendo com que a caracterização do afluente se tornasse a etapa limitante do processo de simulação. O método desenvolvido é tão eficaz que permite que sejam realizadas simulações com afluentes e reatores hipotéticos, tornando possível estudos desvinculados da necessidade de análises laboratoriais complexas ou fora do comum. / First, this work intends to show the importance of research in modeling, simulation and control of wastewater treatment processes, and to point the delay of our country (Brazil) in this subject, compared to the advance of the international initiatives. This work presents the specific problem of modeling the anaerobic digestion and proposes a new tool to simulate the steady state condition in anaerobic reactors. The simulator is based on the ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), developed by IWA in 2002, and is implemented in C++. The intention is to give free access to a new simulation software with the advantages of better methodology and friendly graphical interface. This tool should be able to bring to the professionals all the sophistication of a more complete modelling in the microbiological and physical-chemical point of view. The developed methodology revealed itself to be very efficient for the attainment of the steady state condition. Consequently, it makes the characterization of the influent the critic stage of the simulation process. The developed method is so efficient that allows simulation studies to be carried out using hypothetical influents and reactors. Thus, it brings independence for simulation studies with no need of complex or unusual laboratorial analyses.

Em reatores biológicos anaeróbios adequadamente projetados, 'SO IND.4'POT.2-' pode ser reduzido a sulfeto pelas bactérias redutoras de sulfato (BRS), o qual, posteriormente, pode ser oxidado a enxofre elementar, em presença de baixas concentrações de oxigênio dissolvido ('< OU =' 0,1 mg/L). Na presente tese, o processo de biodessulfatação foi estudado em reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais, com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano (PU) e em carvão vegetal (CV), previamente selecionados por testes de adesão microbiana em reatores diferenciais. Posteriormente, avaliou-se o efeito de etanol sobre o desempenho do processo de biodessulfatação. As principais rotas de utilização de substratos orgânicos pelos microrganismos foram identificadas por meio de modelação cinética. A comunidade microbiana foi avaliada por hibridação in situ com fluorescência (FISH). Após o processo de biodessulfatação, avaliou-se o processo de oxidação parcial do sulfeto, em reator aeróbio operado em bateladas seqüenciais, com biomassa imobilizada em PU. Concluiu-se por FISH que as características intrínsecas dos materiais suportes influenciam o equilíbrio microbiano. A relação DQO/['SO IND.4'POT.2-'] igual a 1,3 representou a melhor condição para o processo de biodessulfatação, com PU e com CV como materiais suporte, com eficiência média em redução de sulfato igual a 96%. A adição de etanol melhorou o processo de redução de sulfato. Sulfeto gerado no processo de biodessulfatação foi oxidado parcialmente a enxofre elementar, com eficiência de remoção de 80% no reator aeróbio / In anaerobic biological systems for wastewater treatment well-designed sulphate can be reduced to sulfide by sulphate-reducing bacteria (SRB), and it can be subsequently oxidized to elemental sulphur, under low dissolved oxygen concentration ('< OU =' 0.1 mg/L). The present thesis evaluates the microbial sulphate reduction process in anaerobic sequencing batch biofilm reactors with immobilized biomass in polyurethane foam (PU) and vegetable coal (CV). Such support materials were previously selected by microbial adhesion tests executed in differential reactors. Afterwards, the effect of ethanol addition on the performance of sulphate reduction process was assessed. The main metabolic pathways of organic substrate utilization by microorganisms were identified by kinectic modelation. The microbial community was evaluated by fluorescence in situ hybridization (FISH). The partial sulfide oxidation process was also evaluated in aerobic sequencing batch reactor containing biomass immobilized in PU matrices. It was concluded by FISH that characteristics of the support materials has influence on the microbial equilibrium. The COD/['SO IND.4'POT.2-'] ratio equal to 1.3 provided the best condition for microbial sulphate reduction process in both reactors with mean efficience of 96%. The ethanol addition improved the sulphate reducing process. The sulfide generated was partialy oxidized to elemental sulphur in the aerobic reactor with removal efficience of 80%

A contaminação ambiental por antibióticos e antimicrobianos quimioterápicos despertou o interesse da comunidade científica devido à possibilidade do desenvolvimento de resistência bacteriana e de efeitos ecotóxicos sobre organismos não-alvo. As águas residuárias contaminadas representam a principal fonte de dispersão desses fármacos para o meio ambiente. Enquanto as tecnologias anaeróbias têm sido crescentemente aplicadas para o tratamento de águas residuárias de origem agroindustrial, frequentemente contaminadas com antimicrobianos, pouco se sabe sobre as transformações que esses micropoluentes podem sofrer durante o tratamento. O objetivo do presente trabalho foi a investigação da degradação do antimicrobiano veterinário sulfametazina (SMZ) durante o tratamento anaeróbio de água residuária de suinocultura. Para tanto, foram conduzidas três fases experimentais. Na primeira fase, ensaios em batelada foram realizados com o intuito de avaliar a contribuição da biodegradação anaeróbia e de outros fenômenos na remoção de SMZ da fase líquida. A segunda fase envolveu a operação de três reatores anaeróbios contínuos em escala de bancada alimentados com água residuária sintética contaminada com SMZ, um reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF), um reator anaeróbio de mistura e biomassa imobilizada (RAMBI) e um reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB). Avaliou-se o efeito da variação da DQO total afluente e do TDH na eficiência de remoção de SMZ. Na terceira fase, o RAHLF foi alimentado com água residuária de suinocultura real présedimentada e acrescida de SMZ. Os resultados obtidos durante a primeira fase permitiram o desenvolvimento de um modelo matemático de dois compartimentos que apontou a fase aquosa como o compartimento biodisponível para a degradação de SMZ. Não foram observadas diferenças expressivas de desempenho dos reatores anaeróbios na remoção de SMZ para as condições experimentais ensaiadas na segunda fase. As condições operacionais que permitiram máxima remoção de SMZ foram TDH de 24 h e DQO total afluente de 3000 mg O2.L-1, que resultaram em eficiências médias de remoção de SMZ de 74%, 71% e 70% para os reatores RAHLF, RAMBI e UASB, respectivamente. Observou-se que a biodegradação anaeróbia de SMZ é favorecida pelo aumento da velocidade de degradação de matéria orgânica, como esperado para uma transformação cometabólica. Embora a degradação de SMZ tenha sido interrompida durante a alimentação do RAHLF com água residuária de suinocultura, os resultados obtidos mostraram que a biodegradação de SMZ pode acontecer em reatores anaeróbios e pode ser favorecida por meio do controle de parâmetros de operação adequados, demonstrando o potencial de aplicação dessa tecnologia no abatimento de emissões desse fármaco. / Environmental contamination by antibiotics and antimicrobial chemotherapeutics has drawn the attention of the scientific community because of the possibility of bacterial resistance development and toxic effects on non-target organisms. Contaminated wastewaters are the main sources of antimicrobial dispersion to the environment. While anaerobic technologies have been increasingly applied to the treatment of agricultural wastewaters, which are often contaminated with antimicrobials, little is known about the changes that these micropollutants can undergo during treatment. The objective of this study was to investigate the degradation of the veterinary antimicrobial sulfamethazine (SMZ) during the anaerobic treatment of swine wastewater. Three experimental phases were performed. In the first phase, batch tests were performed in order to evaluate the contribution of anaerobic biodegradation and other phenomena to the overall removal of SMZ from the liquid phase. The second phase involved the operation of three continuous, bench-scale anaerobic reactors fed with SMZ-contaminated synthetic wastewater: a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor, an anaerobic stirred reactor with immobilized biomass (ASRIB) and an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. The effect of varying the total influent COD and the HRT on SMZ removal efficiency was evaluated. In the third phase, the HAIB was fed with real presedimented swine wastewater contaminated with SMZ. The results obtained during the first phase allowed the development of a two-compartment mathematical model which established the aqueous phase as the bioavailable compartment for SMZ degradation. No significant differences in SMZ removal performance between the three reactors were observed in the second phase. The maximum removal of SMZ was observed for a HRT of 24 h and total influent COD of 3000 mg O2.L-1, which resulted in average SMZ removal efficiencies of 74%, 71% and 70% for the HAIB, ASRIB and UASB reactors, respectively. It was observed that the anaerobic biodegradation SMZ is favored by increasing the organic matter degradation rate, as expected for cometabolic transformations. Although SMZ degradation ceased when the HAIB was fed with swine wastewater, the experimental results showed that the biodegradation of SMZ occurs in anaerobic reactors and can be enhanced by controlling appropriate operating parameters, demonstrating the potential of this technology for the abatement of SMZ emission.

Primeiramente, esse trabalho pretende esclarecer a importância de pesquisas em modelagem, simulação e controle nos processos de tratamento de efluentes e apontar o atraso do Brasil nesta área de pesquisa comparado ao avanço das iniciativas internacionais. O trabalho apresenta o problema específico da modelagem dos processos anaeróbios e propõe uma nova ferramenta de simulação de regime permanente para esses sistemas, desde digestores de lodo a reatores UASB. O simulador se baseia no ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), modelo proposto pela IWA em 2002, e está implementado em C++. A intenção é disponibilizar livremente um software de simulação com o diferencial de uma metodologia e interface gráfica amigável, capaz de trazer para o dia-a-dia do profissional da área toda a sofisticação de uma modelagem mais completa, tanto do ponto de vista microbiológico como físico-químico. A metodologia proposta se mostrou muito eficiente para a obtenção da condição de regime permanente, fazendo com que a caracterização do afluente se tornasse a etapa limitante do processo de simulação. O método desenvolvido é tão eficaz que permite que sejam realizadas simulações com afluentes e reatores hipotéticos, tornando possível estudos desvinculados da necessidade de análises laboratoriais complexas ou fora do comum. / First, this work intends to show the importance of research in modeling, simulation and control of wastewater treatment processes, and to point the delay of our country (Brazil) in this subject, compared to the advance of the international initiatives. This work presents the specific problem of modeling the anaerobic digestion and proposes a new tool to simulate the steady state condition in anaerobic reactors. The simulator is based on the ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), developed by IWA in 2002, and is implemented in C++. The intention is to give free access to a new simulation software with the advantages of better methodology and friendly graphical interface. This tool should be able to bring to the professionals all the sophistication of a more complete modelling in the microbiological and physical-chemical point of view. The developed methodology revealed itself to be very efficient for the attainment of the steady state condition. Consequently, it makes the characterization of the influent the critic stage of the simulation process. The developed method is so efficient that allows simulation studies to be carried out using hypothetical influents and reactors. Thus, it brings independence for simulation studies with no need of complex or unusual laboratorial analyses.