Os principais objetivos deste trabalho foram analisar o desempenho de sistema combinado (escala piloto), constituído por reator anaeróbio de leito expandido (Ralex) seguido por sistema de lodos ativados, utilizado no tratamento de esgoto sanitário, correlacionar as características da microbiota do sistema de lodos ativados com os resultados físico-químicos e determinar a cinética de consumo de substrato no sistema de lodos ativados. O desempenho do sistema combinado quanto à remoção de DQO total e DQO filtrada foi de 82% e 80%, respectivamente. No sistema combinado, a remoção de nitrogênio total foi de 65% e a remoção de fósforo foi de 35%. A população de protozoários foi bem diversificada, sendo condizente com as características operacionais do sistema de lodos ativados. Arqueas metanogênicas foram capazes de sobreviver no tanque de aeração, porém em número reduzido. O modelo cinético que melhor representou a degradação de DQO filtrada, no sistema de lodos ativados, foi o de primeira ordem com residual. A constante aparente específica média foi de 0,05L/gSSV.dia. Nas condições estudadas, não ficou evidenciado o efeito da temperatura na cinética, provavelmente devido à resistência de transferência de massa. / The major objectives of this study were: (i) to evaluate the performance of a combined system (pilot scale) treating wastewater, composed by an expanded bed anaerobic reactor and an activated sludge system; (ii) to correlate microorganisms characteristics of the activated sludge system with the physical-chemical results; and (iii) to determinate the substrate consumption kinetics of the activated sludge system. The performance of the combined system in terms of total and filtrated COD was 82% and 80% respectively. Total nitrogen removal was 65% and total phosphorous removal was 35%, in the combined system. Protozoa populations were well diversified, according to operational characteristics of activated sludge. Methanogenics archeas survived into aeration tank, but in a reduced number. First order with residual kinetic model represented the filtered COD degradation, in the activated sludge system. The mean apparent specific constant was 0,05L/gVSS.day. In this study, the effect of temperature on kinetics was not evident, probably due to mass transfer resistance.

O reator anaeróbio de leito fixo tem demonstrado viabilidade para produzir hidrogênio a partir de águas residuárias. No entanto, a liberação do biogás não tem sido contínua devido à diminuição constante da carga orgânica volumétrica específica (COVe) causada pelo acúmulo de biomassa no leito ao longo do tempo. A redução da COVe junto com o envelhecimento da biomassa tem sugerido o estabelecimento de microorganismos consumidores dos constituintes do biogás (H2/CO2) responsáveis por cessar a produção de hidrogênio. Neste trabalho, cinco estratégias foram propostas visando a produção de hidrogênio por longo prazo operacional e com estabilidade, mediante a fixação da COVe, as quais incluíram a alteração da estruturação do leito, inverter o escoamento, realizar descartes periódicos de biomassa e variar a carga orgânica volumétrica aplicada (COV) por meio da variação do tempo de detenção hidráulica (TDH) e da concentração do substrato. Os resultados demonstraram que a manutenção da COVe em um valor adequado permite a produção contínua de hidrogênio. A ordenação do leito, utilizando polietileno de baixa densidade e espuma, e o escoamento descendente favoreceram a diminuição do acúmulo de biomassa e junto com os descartes de biomassa foi possível manter a COVe em um valor estável próximo de 5 g sacarose g-1 SSV d-1. A produção volumétrica de hidrogênio (PVH) foi contínua com valor médio de 0,6 L H2 L-1 d-1 e rendimento (YH2) próximo a 0,5 mol H2 mol-1 sc. Por outro lado, o escoamento ascendente e os descartes de biomassa em reator de leito empacotado e ordenado atingiram uma PVH média de 2,2 ± 0,2 e 3,13 ± 0,07 L H2 L-1 d-1 quando a COVe foi mantida em 2,6 e 4,4 g sacarose g-1 SSV d-1, respectivamente. Por último a variação da COV permitiu manter a COVe entre 3,8 e 6,2 g sacarose g-1 SSV d-1, atingindo um YH2 médio de 2 mol H2 mol-1 sc e um incremento da PHV de 2,4 a 8,9 L H2 L-1 d-1 durante 60 dias consecutivos. Ainda que com resultados satisfatórios referentes à manutenção por longo período operacional e estabilidade na produção de hidrogênio, a supersaturação deste gás no meio líquido, devido a limitações de transferência de massa, foi a principal causa de perdas de hidrogênio neste tipo de reator. / Fixed-bed, anaerobic reactor has been shown to be feasible for hydrogen production from wastewater. However, biogas release has not been continuous due to the continuous specific organic load (SOL) decrease, which in turn is caused by biomass accumulation in the bed, through the time. SOL reduction and biomass ageing have indicated the establishment of the microorganisms that consumes the biogas constituents (H2/CO2) as the main cause for ceasing hydrogen production. In this work, five strategies were proposed aiming at obtaining longterm, stable hydrogen production by using SOL maintenance, modifications of the bed structure, flow inversion, periodic biomass discards and diverse organic load rates (OLR), as a function of the hydraulic retention time (HRT) and of the substrate concentration. Results demonstrated that by maintaining the SOL at proper values, continuous hydrogen production can be accomplished. On one hand, structuring the bed by using low-density polyethylene and foam, together with a down-flow and biomass discards were shown to diminish biomass accumulation, which led to keep a stable SOL value close to 5 g sucrose g-1 VSS d-1. Volumetric hydrogen production (VHP) was continuous with an average value of 0.6 L H2 L-1 d-1 and a yield (YH2) close to 0.5 mol H2 mol-1 sc. On the other hand, up-flow with biomass discharges, when implemented structured-bed and packed-bed reactors reached average VHP values of 2.2 ± 0.2 and 3.13 ± 0.07 L H2 L-1 d-1 as SOL was maintained between 2.6 and 4.4 g sucrose g-1 VSS d-1, respectively. Eventually, SOL was kept between 3.8 e 6.2 g sucrose g-1 VSS d-1 by varying the OLR, thus reaching an average YH2 value of 2 mol H2 mol-1 sc and a VHP increase from 2.4 to 8.9 L H2 L-1 d-1, along sixty consecutive days. As a consequence of mass-transfer limitations, oversaturation of hydrogen at the liquid medium was found as the main factor that causes hydrogen losses concerning fixed-bed reactors, even though the proposed strategies did indeed demonstrate long-term and stable hydrogen production.

A utilização da tecnologia anaeróbia para tratamento de águas residuárias contendo sulfato foi considerada inadequada até o final da década de 1980, principalmente pela geração de odor desagradável, potencial corrosivo e pela instabilidade causada aos organismos envolvidos no processo de degradação de matéria orgânica. Entretanto, a remoção simultânea e estável de matéria orgânica e sulfato observado em reatores anaeróbios tem incentivado estudos para compreensão e controle do processo. No entanto, ainda existem lacunas sobre a interação das rotas metabólicas para remoção de matéria orgânica e sulfato combinadamente. Diante dessa problemática este estudo teve como objetivo avaliar a remoção de matéria orgânica e redução de sulfato presentes em água residuária sintética pelas vias metanogênica e sulfetogênica combinadas em um reator anaeróbio horizontal de leito fixo com biomassa imobilizada, operado por longo período de tempo, utilizando o etanol como doador de elétrons. Seis fases distintas com diferentes concentrações de sulfato e valor fixo de concentração de matéria orgânica foram adotadas, diminuindo gradativamente a relação DQO/sulfato. O desempenho do reator foi acompanhado por análises físico química do afluente e efluente. A cada troca de fase procedeu-se perfil de concentrações de DQO, sulfato e sulfeto ao longo do reator. Os resultados apontaram que as variações da concentração de sulfato e da relação DQO/sulfato impostas, acarretaram diferenças no desempenho do reator. A degradação da matéria orgânica e remoção de sulfato foram mais eficientes (95,7% e 93,6%, respectivamente) quando a relação DQO/sulfato esteve entre 3 e 1,8. A alta eficiência do reator na remoção de DQO e redução sulfato foram associadas ao sintrofismo e sinergia dos organismos envolvidos na degradação simultânea de DQO e sulfato. A avaliação de relações DQO/sulfato variando de 0,75 a 12,5, ou seja, abaixo e acima das estequiometricamente, evidenciou que as relações de 12,5 e 7,5 favoreceram a metanogênese, enquanto para relações iguais ou menores que 1,0, a sulfetogênese foi uma via importante para remoção de matéria orgânica, durante a redução do sulfato a sulfeto. Durante as fases com DQO/sulfato menor que 1,0, a sulfetogênese foi mantida com eficiência acima de 40%. / Recently (15 - 10 years ago) the simultaneous and stable organic matter removal and biological sulphate reduction from sulphate-rich wastewater in anaerobic reactors has been observed, encouraging studies for understanding and process control. There are gaps on the knowledge of reactors treating wastewater with different COD/sulphate ratio, combining organic matter removal and biological sulphate reduction. This study aimed to evaluate the simultaneous organic matter removal and biological sulphate reduction present in synthetic wastewater by methanogenic and sulphidogenic combined pathways in a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass reactor, operated for a long-term, using the ethanol as electron donor. Six distinct stages were used, with fixed organic matter concentration and different sulphate concentration, gradually decreasing COD/sulphate ratio. The stages 1 and 2 were stages of adaptation to sulphidogenic and the stages 3, 4, 5 and 6 were operation reactor stages. The reactor performance was observed by physical and chemical assays of influent and effluent parameters like pH, sulphate, COD and total alkalinity, sulphide and organic volatile acids only in the effluent. In addition the biological MPN technique was used for the inoculum and final stage for the reactor operation to estimate the number of organisms cells involved in the degradation of the compounds. Profile concentrations of COD, sulphate and sulphide along the reactor were taken. The results has been indicated that imposed variations sulphate concentration and the COD/sulphate ratio, results in difference reactor performance. The organic matter removal by methanogenic and sulphidogenic combined pathways (associated biological sulphate reduction) was efficient (95.7% e 93.6%, respectively) when COD/sulphate ratio was between 3 and 1.8. These high efficiencies obtained for sulphate reduction and organic matter removal at different COD/sulphate ratios were attributed to the intense syntrophism and synergy between to organisms involved in the organic matter removal and biological sulphate reduction. The analyses of the COD/sulphate ratio from 0.75-12.5, below and above the stoichiometrically determined for the degradation of the organic matter in a sulphidogenic pathway, pointed that highest removal efficiency of sulphate was obtained when the COD/sulphate ratio was close to 3. During the stage with COD/sulphate ratio less than 1.0, the sulphidogenisis was maintained with efficiency above 40%.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:09:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3492986 bytes, checksum: cb918a3cba1ca29e84bfc06dbb5b6d70 (MD5) Previous issue date: 2014-03-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The efficiency of removal of the biochemical oxygen demand (BOD5), chemical oxygen demand (COD), total suspended solids (TSS) and volatile suspended solid (SSV) were studied in two anaerobic reactors which received semi-settled effluent (flow limited around 3.2 times the average flow) of a septic tank, one being adhered growth (R1, with bed of gravel Nº. 4) and the other dispersed growth (R3 without support material for microbial growth). This system was installed in the University Residence at UFPB in João Pessoa-PB. The treated sewage came from two bathrooms that catered to a theoretical population of 4 inhabitants. Eleven samples of the effluent from the septic tank and the effluent from the reactors 1 and 3 were performed in the period between 28/02/2013 and 10/12/2013. The temperature and pH of the reactors were presented in the range 24.5 to 28.1 ° C and 7.3 to 8.1, respectively. Those values are from the anaerobic treatment of household sewage. The BOD5 removal efficiencies (32.8 and 27.1% in R1 and R3, respectively), COD (43.4 and 33.0% in R1 and R3, respectively), SST (56.2 and 48.0% in R1 and R3, respectively) and VSS (54.7 and 46.2% in R1 and R3, respectively) were high. It demonstrates a good applicability of these low-cost housing units which are devoid of collective sewage system in the reduction of pollution load released in water bodies systems. An analysis of variance showed no significant difference of 5% between the average of the corresponding parameters of the two reactors, suggesting that reactor that receives discharges from the attenuation peaks, there is no need of support means, which may represent a reduction in costs involved. / Estudou-se a eficiência de remoção de demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), demanda química de oxigênio (DQO), sólidos suspensos totais (SST) e sólidos suspensos voláteis (SSV) em dois reatores anaeróbios que recebiam efluentes semi-regularizados (vazão limitada a algo em torno de 3,2 vezes a vazão média) de um tanque séptico, sendo um deles de crescimento aderido (R1, com leito de brita n°4) e o outro de crescimento disperso (R3, sem material suporte para crescimento microbiano). Este sistema foi instalado na Residência Universitária da UFPB, em João Pessoa-PB. O esgoto a ser tratado era proveniente de dois banheiros que atendiam a uma população teórica de 4 habitantes. Foram realizadas 11 coletas do efluente do tanque séptico e dos efluentes dos reatores 1 e 3, no período compreendido entre 28/02/2013 e 10/12/2013. A temperatura e o pH nos reatores se apresentaram na faixa 24,5 - 28,1 °C e 7,3 - 8,1, respectivamente, valores estes, propícios ao tratamento anaeróbio de esgotos domiciliares. As eficiências de remoção de DBO5 (32,8 e 27,1%, em R1 e R3, respectivamente), DQO (43,4 e 33,0%, em R1 e R3, respectivamente), SST (56,2 e 48,0%, em R1 e R3, respectivamente) e SSV (54,7 e 46,2%, em R1 e R3, respectivamente) foram elevadas. Isto demonstra a aplicabilidade desses sistemas de baixo custo a unidades habitacionais desprovidas de sistema coletivo de esgotamento sanitário, na redução da carga poluidora lançada em corpos aquáticos. Um teste de análise de variância demonstrou não haver diferenças significativas ao nível de 5% entre as médias dos parâmetros correspondentes nos dois reatores, sugerindo que, para reatores que recebam vazões com atenuação dos picos, não há necessidade do meio suporte, podendo representar diminuição nos custos envolvidos.

Os principais objetivos deste trabalho foram analisar o desempenho de sistema combinado (escala piloto), constituído por reator anaeróbio de leito expandido (Ralex) seguido por sistema de lodos ativados, utilizado no tratamento de esgoto sanitário, correlacionar as características da microbiota do sistema de lodos ativados com os resultados físico-químicos e determinar a cinética de consumo de substrato no sistema de lodos ativados. O desempenho do sistema combinado quanto à remoção de DQO total e DQO filtrada foi de 82% e 80%, respectivamente. No sistema combinado, a remoção de nitrogênio total foi de 65% e a remoção de fósforo foi de 35%. A população de protozoários foi bem diversificada, sendo condizente com as características operacionais do sistema de lodos ativados. Arqueas metanogênicas foram capazes de sobreviver no tanque de aeração, porém em número reduzido. O modelo cinético que melhor representou a degradação de DQO filtrada, no sistema de lodos ativados, foi o de primeira ordem com residual. A constante aparente específica média foi de 0,05L/gSSV.dia. Nas condições estudadas, não ficou evidenciado o efeito da temperatura na cinética, provavelmente devido à resistência de transferência de massa. / The major objectives of this study were: (i) to evaluate the performance of a combined system (pilot scale) treating wastewater, composed by an expanded bed anaerobic reactor and an activated sludge system; (ii) to correlate microorganisms characteristics of the activated sludge system with the physical-chemical results; and (iii) to determinate the substrate consumption kinetics of the activated sludge system. The performance of the combined system in terms of total and filtrated COD was 82% and 80% respectively. Total nitrogen removal was 65% and total phosphorous removal was 35%, in the combined system. Protozoa populations were well diversified, according to operational characteristics of activated sludge. Methanogenics archeas survived into aeration tank, but in a reduced number. First order with residual kinetic model represented the filtered COD degradation, in the activated sludge system. The mean apparent specific constant was 0,05L/gVSS.day. In this study, the effect of temperature on kinetics was not evident, probably due to mass transfer resistance.

Este trabalho compreende o estudo do desempenho de sistema piloto de floto-filtração, aplicado ao pós-tratamento de efluente de reator anaeróbio, sob diferentes taxas de aplicação superficial, quantidade de ar fornecida ao processo e leitos filtrantes. O trabalho foi dividido em duas fases: ensaios preliminares (fase 1) e ensaios com o floto-filtro (fase 2), sem utilização de leito filtrante (etapa 1 da fase 2) e com utilização do leito filtrante (etapa 2 da fase 2). A fase 1, realizada com unidade de flotação por ar dissolvido em escala de bancada, apresentou resultados satisfatórios em termos de redução de turbidez, cor e Abs254nm para dosagens de cloreto férrico entre 40 a 80 mg/L na maior parte dos ensaios. Os dados desta fase serviram principalmente para a determinação e adoção dos melhores parâmetros operacionais a serem utilizados na fase seguinte. Na etapa 1 da fase 2, o sistema foi analisado sob a ótica da qualidade da água produzida em condições variáveis de dosagem de cloreto férrico, tempo e gradiente de floculação, taxa de recirculação e taxa de aplicação superficial. Para as amostras coletadas foram analisadas as variáveis turbidez, temperatura, condutividade, DQO, SST, pH, cor, Abs254nm, metais, OD, \'P-PO IND.4\'POT.3-\', NTK e \'N-NH IND.4\'POT.+\'. Foram obtidas eficiências globais de 88 a 97% de redução na turbidez (residual < 20 uT), 84 a 98% de SST (residual < 25 mg/L), 87 a 94% de \'DQO IND.B\' (residual < 60 mg/L), 78 a 92% de \'DQO IND.F\' (residual < 40 mg/L), 85 a 96% de \'P-PO IND.4\'POT.3-\' (residual < 2 mg/L) e menor que 30% para NTK e \'N-NH IND.4\'POT.-\'. Na etapa 2 da fase 2, além das análises supracitadas, foram analisadas as variáveis DBO, coliformes totais e fecais, sulfatos, dureza, alcalinidade, ácidos voláteis e turbidez ao longo do leito filtrante além da medida de perda de carga no decorrer da carreira de filtração. Foram monitorados a perda de carga ao longo do leito filtrante, carreira de filtração. Nesta fase, a instalação piloto de floto-filtração foi avaliada mediante a variação da taxa de aplicação superficial e do leito filtrante. Os resultados foram positivos com efluente final apresentando turbidez média abaixo de 2 uT e duração média da carreira filtração de 24 horas. Foram obtidas eficiências globais de 96 a 99% de redução na turbidez (residual < 7 uT), 96 a 99% de SST (residual < 6 mg/L) , 93 a 96% de \'DQO IND.B\' (residual < 40 mg/L), 89 a 97% de \'DQO IND.F\' (residual < 34 mg/L), 93 a 98% de \'P-PO IND.4\' POT.3-\' (residual < 0,3 mg/L), menor que 30% para NTK e \'N-NH IND.4\' POT.-\', 96 a 98% de cor (residual < 50 uC) e 80 a 82% de Abs254nm (residual < 0,198). Desta forma, em virtude dos bons resultados apresentados, pôde-se constatar que a floto-filtração é uma alternativa atraente no pós-tratamento de efluente de reator anaeróbio. / This works assesses the performance of a floto-filtration pilot system, applied to the post-treatment of an anaerobic reactor effluent, under different superficial application rates, amount of air supplied to the process and filter beds. The work was divided in two phases: preliminary essays (phase 1), essays with the floto-filter without using filter bed (step 1 of phase 2) and essays with the floto-filter using filter beds (step 2 of phase 2). Phase 1, carried out with bench scale dissolved air flotation unit, presented satisfactory results regarding turbidity removal, color and Abs254nm for ferric chloride dosages between 40 - 80 mg/L in most of the essays. The data acquired from this phase were mainly used to determine and adopt the best operational parameters to be employed in the following phase. In step 1 of phase 2, the system was analyzed concerning the quality of the water produced in favorable conditions for ferric chloride dosages, time and flocculation gradient, recirculation gradient and superficial application rate. The following variables were analyzed from the collected samples: turbidity, temperature, conductivity, COD, TSS, pH, color, Abs254nm, metais, OD, \'P-PO IND.4\'POT.3-\', NTK and \'N-NH IND.4\'POT.+\'. Global efficiencies of 88 to 97% for turbidity removal (residual < 20 uT), 84 to 98% for TSS (residual 25 mg/L), 87 to 94% for COD (residual < 60 mg/L), 78 to 92% for CODF (residual < 40 mg/L), 85 to 96% \'P-PO IND.4\'POT.3-\' (residual < 2 mg/L) and less than 30% for NTK and \'N-NH IND.4\'POT.+\' were obtained. In step 2 of phase 2, besides the aforementioned analyses, BOD, total and fecal coliforms, sulphates, hardness, alkalinity, volatile acids and turbidity throughout the filter in addition to the measure of headloss during the filter run. In this phase, the floto-filtration pilot plant was assessed varying the superficial application and filter bed rate. The results were positive with the final effluent presenting mean turbidity below 2 uT and mean filter run time of 24 hours. Global efficiencies of 96 to 99% for turbidity removal (residual < 7 uT), 96 to 99% for TSS (residual < 6 mg/L), 93 to 96% for \'COD IND.B\' (residual < 40 mg/L), 89 to 97% for \'COD IND.F\' (residual < 34 mg/L), 93 to 98% for \'P-PO IND.4\'POT.3-\' (residual < 0,3 mg/L), less than 30% for NTK and \'N-NH IND.4\'POT.-\', 96 to 98% for color (residual < 50 uC) and 80 to 82% for Abs254nm (resisual < 0,198). Thus, due to the good results that were presented, it can be said that floto-filtration is an attractive alternative for the post-treatment of an anaerobic reactor effluent.

O reator anaeróbio de leito fixo tem demonstrado viabilidade para produzir hidrogênio a partir de águas residuárias. No entanto, a liberação do biogás não tem sido contínua devido à diminuição constante da carga orgânica volumétrica específica (COVe) causada pelo acúmulo de biomassa no leito ao longo do tempo. A redução da COVe junto com o envelhecimento da biomassa tem sugerido o estabelecimento de microorganismos consumidores dos constituintes do biogás (H2/CO2) responsáveis por cessar a produção de hidrogênio. Neste trabalho, cinco estratégias foram propostas visando a produção de hidrogênio por longo prazo operacional e com estabilidade, mediante a fixação da COVe, as quais incluíram a alteração da estruturação do leito, inverter o escoamento, realizar descartes periódicos de biomassa e variar a carga orgânica volumétrica aplicada (COV) por meio da variação do tempo de detenção hidráulica (TDH) e da concentração do substrato. Os resultados demonstraram que a manutenção da COVe em um valor adequado permite a produção contínua de hidrogênio. A ordenação do leito, utilizando polietileno de baixa densidade e espuma, e o escoamento descendente favoreceram a diminuição do acúmulo de biomassa e junto com os descartes de biomassa foi possível manter a COVe em um valor estável próximo de 5 g sacarose g-1 SSV d-1. A produção volumétrica de hidrogênio (PVH) foi contínua com valor médio de 0,6 L H2 L-1 d-1 e rendimento (YH2) próximo a 0,5 mol H2 mol-1 sc. Por outro lado, o escoamento ascendente e os descartes de biomassa em reator de leito empacotado e ordenado atingiram uma PVH média de 2,2 ± 0,2 e 3,13 ± 0,07 L H2 L-1 d-1 quando a COVe foi mantida em 2,6 e 4,4 g sacarose g-1 SSV d-1, respectivamente. Por último a variação da COV permitiu manter a COVe entre 3,8 e 6,2 g sacarose g-1 SSV d-1, atingindo um YH2 médio de 2 mol H2 mol-1 sc e um incremento da PHV de 2,4 a 8,9 L H2 L-1 d-1 durante 60 dias consecutivos. Ainda que com resultados satisfatórios referentes à manutenção por longo período operacional e estabilidade na produção de hidrogênio, a supersaturação deste gás no meio líquido, devido a limitações de transferência de massa, foi a principal causa de perdas de hidrogênio neste tipo de reator. / Fixed-bed, anaerobic reactor has been shown to be feasible for hydrogen production from wastewater. However, biogas release has not been continuous due to the continuous specific organic load (SOL) decrease, which in turn is caused by biomass accumulation in the bed, through the time. SOL reduction and biomass ageing have indicated the establishment of the microorganisms that consumes the biogas constituents (H2/CO2) as the main cause for ceasing hydrogen production. In this work, five strategies were proposed aiming at obtaining longterm, stable hydrogen production by using SOL maintenance, modifications of the bed structure, flow inversion, periodic biomass discards and diverse organic load rates (OLR), as a function of the hydraulic retention time (HRT) and of the substrate concentration. Results demonstrated that by maintaining the SOL at proper values, continuous hydrogen production can be accomplished. On one hand, structuring the bed by using low-density polyethylene and foam, together with a down-flow and biomass discards were shown to diminish biomass accumulation, which led to keep a stable SOL value close to 5 g sucrose g-1 VSS d-1. Volumetric hydrogen production (VHP) was continuous with an average value of 0.6 L H2 L-1 d-1 and a yield (YH2) close to 0.5 mol H2 mol-1 sc. On the other hand, up-flow with biomass discharges, when implemented structured-bed and packed-bed reactors reached average VHP values of 2.2 ± 0.2 and 3.13 ± 0.07 L H2 L-1 d-1 as SOL was maintained between 2.6 and 4.4 g sucrose g-1 VSS d-1, respectively. Eventually, SOL was kept between 3.8 e 6.2 g sucrose g-1 VSS d-1 by varying the OLR, thus reaching an average YH2 value of 2 mol H2 mol-1 sc and a VHP increase from 2.4 to 8.9 L H2 L-1 d-1, along sixty consecutive days. As a consequence of mass-transfer limitations, oversaturation of hydrogen at the liquid medium was found as the main factor that causes hydrogen losses concerning fixed-bed reactors, even though the proposed strategies did indeed demonstrate long-term and stable hydrogen production.

No presente trabalho foi utilizado um sistema de tratamento seqüencial de esgoto sanitário constituído de um reator anaeróbio de leito expandido (Ralex), com vazão de 10 m3/h, seguido de unidade piloto de flotação por ar dissolvido de alta taxa (FADAT) contendo placas paralelas em seu interior, com vazão de 5,58 m3/h. Para tempo de floculação de 20 min, foram estudados, como coagulantes, dosagens de cloreto férrico de 50 mg/L e 70 mg/L, taxas de aplicação superficial de 21 m/h e 42 m/h, gradiente médio de velocidade de floculação de 60 s-1, 80 s-1 e 100 s-1 e frações de recirculação de 8%, 13% e 18%. Dentre o conjunto de condições operacionais da unidade piloto FADAT estudada, foi considerado o mais vantajoso: taxa de aplicação superficial no flotador de 21 m/h, dosagem de cloreto férrico de 70 mg/L, gradiente médio de velocidade de floculação de 80 s-1 e 8,1 g de ar/m3 de efluente. Nessas condições foram obtidas as seguintes remoções: 84% de turbidez (residual entre 6,3 e 62 uT), 73% de DQO (residual entre 20 e 156 mgO2/L), 75% de fósforo (residual entre 0,5 e 1,9 mgP/L) e 67% de SST (residual entre 8 e 80 mg/L de SST). Os resultados demonstraram que o emprego da unidade FADAT como pós-tratamento de efluente de reator anaeróbio proporciona economia de energia, tendo em vista requererem de 75 a 50% da quantidade de ar exigida pelos sistemas de flotação convencional. / In this wok a sewage sequential treatment consisting of an expanded bed anaerobic reactor (EBAR) with 10 m3/h flow was used, folowed by a high rate DAF containing parallel plates in its interior, with 58 m3/h. For a floculation time of 20 minutes, were studied chemical additives, ferric chlorode dosages of 50 mg/L and 70 mg/L, overflow rates of 21 m/h and 42 m/h, velocity gradients of 60 s-1, 80 s-1 e 100 s-1 and reciculation rate between 8%, 13% and 18%. Among the group of operational conditions of the pilot unit studied high rate DAF the most advantageous was considered: overflow rates of 21 m/h in the high rate DAF of 21 m/h, ferric chlorode dosages of 70 mg/L, velocity gradients of 60 s-1, and air requirements of 8,1 g of air/m3 of wastewater. In those conditions they were obtained the following removals: 84% of turbidez (residual between 6,3 and 62 UT), 73% of DQO (residual\' between 20 and 156 mgO2/L), 75% of phosphorus (residual between 0,5 and 1,9 mgP/L) and 67% of SST (residual between 8 and 80 mg/L of SST). The results demonstrated that the employment of the unit high rate DAF as post-treatment of the anaerobic eflluents provides economy of energy, tends in view they request of 75 to 50% of the amount of air demanded by the systems of conventional flotation.

O reator anaeróbio em batelada seqüencial é constituído por um frasco de vidro cilíndrico de volume total de cinco litros, envolvido por uma camisa de vidro, por onde escoa a água aquecida, permitindo a operação em temperatura controlada. A biomassa encontra-se imobilizada em partículas cúbicas de espuma de poliuretano (densidade aparente de 23 kg/\'M POT.3\', as quais estão colocadas em um cesto adaptado dentro do frasco cilíndrico. A mistura é promovida por três impelidores de 3,0 cm de diâmetro, distanciados 4,0 cm um do outro, situados ao longo do eixo vertical no centro do reator. O desempenho dessa nova configuração de reator anaeróbio foi avaliado sob diferentes condições os efeitos de transferência de massa nas fases sólida e líquida. Todos os ensaios foram efetuados à temperatura de 30 ± 1 grau Celsius. Cada batelada compreende três etapas: alimentação, reação e descarga. Para avaliar os efeitos da transferência de massa na fase sólida foram feitos quatro ensaios utilizando-se partículas cúbicas de espumas de poliuretano com tamanhos de 0,5 cm; 1,0 cm; 2,0 cm e 3,0 cm de lado, com impelidor tipo hélice e intensidade de agitação de 500 rpm, determinada através de um ensaio preliminar. Para avaliar os efeitos da transferência de massa nas fases sólida e líquida foram feitos experimentos com quatro tipos de impelidores: hélice, turbina plana, turbina inclinada e turbina curva, com intensidades de agitação na faixa de 100 rpm a 1100 rpm. Também foram realizados ensaios hidrodinâmicos para verificar o tempo de mistura e ensaio para verificar a condição de anaerobiose no sistema. A água residuária utilizada em todos os ensaios foi sintética com concentração de 530 ± 37 mg DQO/L. Em todas as condições estudadas o reator apresentou boa eficiência de remoção da matéria orgânica, em torno de 87%. A concentração efluente de ácidos voláteis totais manteve-se em 13 ± 9 mg HAc/L, alcalinidade a bicarbonato de 223 ± 14 mg Ca\'CO IND.3\'/L e pH entre 6,7 e 7,2. A transferência de massa na fase sólida não foi a etapa limitante na conversão da matéria orgânica, quando partículas de 0,5 cm a 2,0 cm de aresta foram usadas no reator anaeróbio em batelada seqüencial. A resistência à transferência de massa na fase sólida somente influenciou a taxa global de reação, quando foram usados tamanhos de partículas cúbicas de 3,0 cm de aresta. A resistência à transferência de massa na fase líquida não foi somente afetada pela intensidade de agitação, mas também pela eficiência da mistura obtida por cada tipo de impelidor. A mistura do líquido dentro do reator obtida pelo impelidor turbina plana foi a mais eficiente. O uso deste tipo de impelidor resultou em menores consumos de energia e ótimo desempenho do reator com baixas taxas de agitação. Os resultados deste estudo permitiram concluir que esta nova configuração não permite a manutenção de condição de anaerobiose estrita no meio, principalmente quando altas intensidades de agitação foram aplicadas e as limitações da eficiência do processo, neste sistema, estão relacionadas principalmente as resistências à transferência de massa do que restrições cinéticas bioquímicas. / The bench-scale anaerobic sequencing batch reactor consisted of a cylindrical glass flask with a total capacity of 5 liters. The reactor was surrounded by a water jacket that allowed the operation to proceed at a constant temperature throughout the experiment. The biomass was immobilized in 5-mm cubic particles of polyurethane foam (apparent density of 23 kg/\'M POT.3\') placed in a basket inside the cylindrical flask. The mixing was provided by three mechanical impellers with diameters of 3 cm, placed 4 cm apart along a vertical axis, at the center of the reactor. All experiments were conducted at the temperature of 30 Celsius degrees. Each batch consisted of three steps: feed, react and liquid withdrawal. The performance of this new reactor configuration was evaluated under different conditions of solid and liquid-phase mass transfer. In order to evaluate the effects of the solid-phase mass transfer, four experiments were carried out with cubical polyurethane foam particles of 0.5 cm, 1.0 cm, 2.0, cm and 3.0 cm side, and with propeller impellers rotating at 500 rpm, achieved by preliminary experiment. The effects of the liquid-phase mass transfer were evaluated through four experiments with four types of impellers: propeller, flat-blade, pitched-blade and curved-blade turbines, at agitation rates from 100 rpm and 1100 rpm. A hydrodynamic test was also carried out in order to verify the mixing time, energy consumption and occurrence of strict anaerobic activity in system. A low-strength synthetic substrate was used in all the experiments with a mean chemical oxygen demand (COD) of 530 ± 37 mg DQO/L. The influence of the solid and liquid-phase mass transfer on the reactor\'s performance was assessed by measuring COD temporal profiles along batch cycles. In all conditions studied the reactor achieved good efficiency, with mean removal of organic matter (COD) of 87%. The effluent mean TVA concentration was 13 ± 9 mg HAc/L, bicarbonate alkalinity was 223 ± 14 mg Ca\'CO IND.3\'/L and the pH values ranged from 6,7 e 7,2. The solid-phase mass transfer was not the limiting step in the organic matter conversion when 0.5 to 2.0-cm side bioparticles were used in the anaerobic sequencing batch reactor. Solid-phase mass transfer resistance only influenced the overall reaction rate when 3.0-cm cubic bioparticles were used. The liquid-phase mass transfer resistance was affected both by agitation and by efficiency of mixture provided by each type of impeller. Among the impellers assayed, the flat-blade one was the most efficient in providing the required mixing conditions. The use of this type impeller resulted in small energy consumption and excellent performance of the reactor with low agitation rate (N = 300 rpm). The results of this study also indicated that this new configuration did not provide conditions for the establishment of strict anaerobic conditions, mainly when high agitation rates were used. Anaerobic process efficiency limitations in this system were mainly related to mass transfer resistances rather than biochemical kinetic restrictions.

Nesse trabalho avaliaram-se quatro hipóteses sobre a remoção do alquilbenzeno linear sulfonado (LAS) em reator EGSB (expanded granular sludge bed) alimentado ora com água residuária de lavanderia comercial, ora como meio sintético acrescido de LAS Padrão, com e sem suplementação de Fe(III) afluente. Para tanto, em todas as hipóteses utilizou-se reator EGSB (1,4 L) com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 36h, condição mesofílica (30ºC) e carga de LAS específica aplicada (CLEA) variando de 1,0 - 2,7 mgLAS.gSTV-1.d-1. DGGE e sequenciamento massivo do gene rRNA 16S (Plataforma 454-Pirosequenciamento e Ion Torrent) foram utilizados para caracterização microbiana. Em relação à Hipótese A avaliou-se o efeito da adaptação prévia da biomassa na remoção do LAS em água residuária. Para tanto, o EGSB-BA (biomassa adaptada) teve uma etapa prévia com LAS padrão e meio sintético (Etapa I), seguida da Etapa II com água residuária; e o EGSB-BNA (biomassa não adaptada) teve etapa única e alimentação diretamente com água residuária. Para a Hipótese B avaliou-se o efeito da suplementação com meio sintético na remoção de LAS em água residuária. Para tanto, o EGSB-Ag.Lav foi alimentado apenas com água residuária e bicarbonato de sódio e duas CLE (Etapa II - 1,0 e Etapa III - 2,7 mg LAS.gSTV-1.d-1). Em relação às Hipóteses C e D, avaliou-se o efeito da suplementação de Fe(III) na remoção de LAS Padrão em meio sintético e LAS em água residuária, respectivamente. A Hipótese A foi refutada uma vez que as remoções de LAS em EGSB-BA-Etapa II (76%) e EGSB-BNA-Etapa I (78%) foram similares (ambas com água residuária). A remoção de LAS foi maior quando foi adicionada água residuária (EGSB-BA-Etapa II-76%) do que com LAS Padrão (EGSB-BA-Etapa I-63%). A Hipótese B foi aceita, uma vez que a alimentação do EGSB apenas com água residuária de lavanderia (CLE 1,0 mg LAS.gSTV-1.d-1) mais bicarbonato de sódio resultou em remoções do surfactante de 93%, ou seja, 15-17% maior que nos reatores suplementados com meio sintético (EGSB-BA Etapa II e EGSB-BNA Etapa I). Na Etapa III verificou-se diminuição da remoção em 30%. A Hipótese C foi aceita uma vez que se notou 20% de aumento na remoção de LAS quando comparado com reator não suplementado com Fe(III) (EGSB-Fe - 84,3% e EGSB-BA Etapa I - 63,5%). A Hipótese D foi refutada, uma vez que embora tenha sido obtida alta remoção de LAS (91,2%), esta não foi acompanhada pela redução férrica. Por meio do DGGE (domínio Bactéria) notou-se estratificação microbiana ao longo do reator na Etapa III (Hipótese B), provavelmente, em função do tamanho do grânulo que variou ao longo do reator. Por meio do sequenciamento massivo identificou-se bactérias semelhantes à Geobacter na amostra proveniente do reator EGSBFe da Hipótese C (17% da abundância relativa), portanto, as condições impostas favoreceram esse gênero. Fato este não observado para o reator EGSB-Fe-Ag.Lav. da Hipótese D. A comparação da análise filogenética das bactérias para os diferentes reatores permitiu identificar gêneros em comum relacionados com a degradação de LAS, a saber: Desulfobulbus, Geobacter, Syntrophorhabdus, Sporomusa, Comamonas, Holophaga, Mycobacterium, Pseudomonas, Stenotrophomonas e Synergistes. / This study evaluated four hypotheses about the removal of linear alkylbenzene sulfonate (LAS) in EGSB reactor (expanded granular sludge bed) fed sometimes with commercial laundry wastewater, sometimes with synthetic medium more Standard LAS, with and without Fe(III) influent supplementation. Therefore, in all hypotheses were used an EGSB reactor (1.4 L) with a hydraulic retention time (HRT) of 36 h, mesophilic condition (30°C) and load specific LAS (CLE) ranging from 1,0 to 2,7 mgLAS.gSTV-1.d-1. DGGE and massive sequencing of 16S rRNA gene (454-pyrosequencing and Ion Torrent platform) were used for microbial characterization. Regarding the Hypothesis A, it was evaluated the effect of biomass pre-adaptation for removal of LAS in wastewater. Then, the EGSBBA (adapted biomass) had a previous step with standard LAS and synthetic medium (Phase I), followed by Stage II with wastewater; and EGSB-BNA (not adapted biomass) had single step and feeding directly with wastewater. Regarding the Hypothesis B, it was evaluated the effect of synthetic medium supplementation in the removal of LAS in wastewater. Then, the EGSB-Ag.Lav was fed only with wastewater and sodium bicarbonate with two CLE (Stage II - 1,0 e Stage III - 2,7 mg LAS.gSTV-1.d-1). Regarding the Hypothesis C and D, it was evaluated the effect of Fe(III) supplementation in the removal of standard LAS and LAS in wastewater, respectively. The Hypothesis A was refuted since the LAS removal in EGSB-BA-Stage II (76%) and EGSB-BNA-Step I (78%) were similar (both with wastewater). The LAS removal was highest when wastewater was added (EGSB-BA-Stage-II 76%) than with standard LAS (EGSB-BAStage- I 63%). The Hypothesis B was accepted, since the feed of the EGSB only with wastewater from laundry (CLE 1,0 mg LAS.gSTV-1.d-1) more sodium bicarbonate resulted in removal of 93% of surfactant, in other words, 15-17% higher than in the reactors supplemented with synthetic medium (EGSB-BA Stage II e EGSB-BNA Stage I). In the Stage III, there was a decrease by 30% of LAS removal. The Hypothesis C was accepted, since there was an increase of 20% in the removal of LAS as compared to unsupplemented reactor with Fe (III) (EGSB-Fe - 84,3% e EGSB-BA Stage I - 63,5%). The Hypothesis D was refuted since although high LAS removal was obtained (91,2%), this was not accompanied by ferric reduction. By means of DGGE (Bacteria domain) was noted a microbial stratification along the reactor in the Stage III (Hypothesis B), probably in function of granule size along the reactor. By means of massive sequencing were identified bacteria similar to Geobacter in the sample from the reactor EGSB-Fe Hypothesis C (relative abundance 17%), therefore, the conditions favored this genre. This fact was not observed in the reactor EGSB-Fe-Ag.Lav. hypothesis D. A comparison of phylogenetic analysis of bacteria for different reactors allowed to identify common genera related to LAS degradation, namely: Desulfobulbus, Geobacter, Syntrophorhabdus, Sporomusa, Comamonas, Holophaga, Mycobacterium, Pseudomonas, Stenotrophomonas and Synergistes.