Orientador: Tsunao Matsumoto / Banca: Liliane Lazzari Alberti / Banca: Marc Arpad Boncz / Resumo: A aplicação de reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) passou a ocupar uma posição de destaque, principalmente no Brasil, face às condições ambientais de temperatura favoráveis, baixo custo, simplicidade operacional e baixa produção de sólidos. Com o intuito de aprimorá-lo, este estudo aliou as características construtivas e operacionais destes reatores com as dos Reatores Anaeróbios Compartimentados (RAC), caracterizados por oferecerem a possibilidade de separação das fases que ocorrem na digestão anaeróbia e o aumento do tempo de contato entre a biomassa e o efluente. Assim, foi projetado e construído um reator vertical, contendo dois tubos concêntricos em seu interior, visando à separação das etapas acidogênica e metanogênica, a partir da cinética de crescimento dos microrganismos presentes. A pesquisa teve como objetivo principal estudar o comportamento e avaliar o desempenho do reator UASB compartimentado sob nova configuração, no período de partida e operação, tratando esgoto doméstico. O monitoramento do sistema foi dividido em duas etapas: partida e operação. Durante a partida, os valores de pH e alcalinidade mantiveram-se estáveis dentro de uma faixa adequada. Os resultados apresentados durante seu monitoramente indicaram ainda, que o inóculo utilizado promoveu condições adequadas para a partida do reator, com remoção média de DQO de 53,8%, chegando a atingir 82,8% ao final desta etapa. Na segunda etapa de monitoramento, ocorreram diversos problemas relacionados à operação do sistema, ocasionando sua paralisação durante alguns dias. Os valores de pH encontraram-se dentro da faixa adequada, contudo, a alcalinidade sofreu variações quando houve interrupção no sistema. A remoção de matéria orgânica apresentou-se estável, mesmo após tais interrupções, com eficiência média de remoção de 80% para a DQO e 78% para a DBO. Além disso, ambas chegaram a alcançar 90% na ... / Abstract: Application of UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor has come to occupy a prominent position, especially in Brazil, due to favorable climatic conditions, low cost, operational simplicity and low production solids. In order to improve it, this study combined constructional and operational features of these reactors with the Compartmented Anaerobic Reactor (CAR), characterized by offering the possibility of phase separation occurring in the anaerobic digestion and increase the contact time between the biomass and effluent. Thus a vertical reactor was designed and constructed containing two concentric tubes inside, in order to separate the acidogenic and methanogenic steps from the kinetics of growth of microrganisms present. The research aimed to study the behavior and evaluate the performance of the UASB compartmentalized reactor under new configuration during starting and operation, treating domestic wastewater. The monitoring system was divided into two stages: starting and operating. During the start-up, the values of pH and alkalinity remained stable within a proper range. The results presented during its monitoring also indicated that the inoculum used promoted conditions for starting the reactor, with average COD removal of 53,8%, reaching 82,8% at the end of this step. In the second stage of monitoring, there were several problems related to system operation, causing a stoppage for a few days. The pH values were within the appropriate range, however, the alkalinity variations experienced when there was an interruption in the system. The removal of organic matter remained stable even after such interruption, with average removal efficiency of 80% to 78% for COD and BOD. Moreover, both even reached 90% removal efficiency / Mestre

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:03:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcellaSLA_DISSERT.pdf: 2551228 bytes, checksum: 0102a63798a5e4ea6258e625c054ceb4 (MD5) Previous issue date: 2012-12-28 / The sludge generated in stabilization ponds can be designed for various purposes, among them we mention agricultural use, recovery of degraded areas and civil construction. The choice of these alternatives should be made based on qualitative and quantitative characteristics of the sludge. In this context, this study characterized the digested sludge from an anaerobic lagoon in Cidade do Natal/RN, which deals exclusively with residues of depleted septic tanks and pits. The sludge showed levels of macro and micronutrients that confirm its potential for agriculture, with 139.49 g.kg -1 organic matter, 15.40 g.kg-1 nitrogen and metal concentrations below those required by Resolution No. 375/06 of CONAMA, besides the absence of fecal coliform and less than 0.15 viable helminthes eggs/g, on average. The particle size distribution showed that most of the particles have a diameter similar to the sand, allowing the replacement of this input, for example. Analysis of the leachate and of the sludge solubilized classified as non-inert and non-hazardous according to NBR 10.004/04. The volume produced in three years of operation by the pond was 1903.50m?, equivalent to approximately 400 kg of dry sludge. Overall, the concentrations of the parameters were similar to literature, although none of them addresses sludge anaerobic pond treating sewer from septic tanks and pits.The sludgepresents technical feasibility to various types of use, however the cost of dewatering and especially with transport can derail it. It needs to be made a more thorough study of the costs to prove its economic viability / O lodo gerado em lagoas de estabiliza??o pode ser destinado para diversos fins, dentre eles citam-se o uso agr?cola, a recupera??o de ?reas degradas e a constru??o civil. A escolha dessas alternativas deve ser feita baseada nas caracter?sticas qualitativas e quantitativas do lodo. Nesse contexto, esse trabalho caracterizou o lodo digerido de uma lagoa anaer?bia na Cidade do Natal/RN, que trata exclusivamente os res?duos esgotados de tanques s?pticos e fossas. O lodo apresentou teores de macro e micronutrientes que confirmam seu potencial para a pr?tica agr?cola, com 139,49 g.kg-1 de mat?ria org?nica, 15,40 g.kg-1 de nitrog?nio e concentra??es de metais inferiores ?s exigidas pela Resolu??o n? 375/06 do CONAMA, al?m de aus?ncia de coliformes termotolerantes e menos de 0,15 ovos de helmintos vi?veis/g. em m?dia. As granulometria mostrou que a maioria das part?culas tem di?metro semelhante ao da areia, permitindo a substitui??o desse insumo, por exemplo. An?lises do lixiviado e do solubilizado classificaram o lodo como n?o inerte e n?o perigoso, de acordo com a NBR 10.004/04. O volume produzido em tr?s anos de funcionamento pela lagoa foi de 1.903,50m?, equivalente a aproximadamente400 kg de lodo seco.De forma geral, as concentra??es dos par?metros foram semelhantes ? literatura pesquisada, embora nenhuma delas aborde lodo de lagoa anaer?bia tratando res?duos esgotados de tanques s?pticos e fossas. O lodo apresenta viabilidade t?cnica para v?rios tipos de uso, por?m os custos com desaguamento e principalmente com transporte podem inviabiliz?-lo. ? necess?rio que seja feito um estudo mais aprofundado dos custos para atestar sua viabilidade econ?mica

Os sistemas de esgotos urbanos são classificados em separador absoluto, separador parcial e unitário, conforme o grau de separação que existe no recolhimento dos esgotos sanitários e das águas de drenagem pluviais. Embora a diretriz das cidades brasileiras seja a adoção do sistema separador, na prática ocorre uma importante contribuição das águas de chuvas nas vazões afluentes às estações de tratamento de esgotos como produto das interconexões existentes, clandestinas ou não, entre as redes de esgotos sanitários e pluviais. Esta pesquisa investigou os impactos causados pelos choques de carga orgânica e hidráulica provocados pela contribuição das águas pluviais no desempenho de reatores UASB e seu tempo de recuperação depois de sofrer estes choques. Três reatores de acrílico de 17 litros foram construídos no Laboratório de Saneamento Ambiental do IPH. Os reatores trataram esgoto sintético simulando a concentração de DQO de esgotos domésticos a uma temperatura de 30 ± 2 °C. Um dos reatores serviu de controle enquanto os outros dois receberam choques de carga hidráulica (aumento de vazão) e diluição de matéria orgânica, simultaneamente. A operação dos reatores foi dividida em três fases: 1°) aclimatação, 2°) choques individuais de carga hidráulica e diluição de matéria orgânica 3°) simulação de uma temporada de chuva. Os choques tiveram um efeito deletério na qualidade do efluente, ocasionando quedas na eficiência de remoção de DQO total de até quase 600% e de 200% na eficiência de remoção de DQO dissolvida nos choques mais severos. Também constatou-se perda de parte da biomassa presente nos reatores devido ao aumento excessivo na velocidade ascensional do fluxo. Esta perda tornou-se menor com o tempo devido à pressão de seleção exercida pelos sucessivos choques. O pH dentro dos reatores manteve-se sempre perto da faixa neutra, porém apresentou-se um consumo de alcalinidade que se prolongou por até três vezes o tempo de detenção hidráulica após o início dos choques, devido provavelmente ao aumento na concentração de ácidos graxos voláteis no efluente. A produção de biogás também diminuiu como conseqüência da diluição da carga orgânica afluente. Os efeitos e o tempo de recuperação após os choques dependeram da sua duração e magnitude, sendo que os choques mais severos (menor concentração de matéria orgânica afluente e TDH) causaram maior deterioração na qualidade do efluente e requereram maior tempo de recuperação.Já no que diz respeito às características físico-químicas e biológicas do lodo, verificou-se que os choques causaram diminuição no tamanho médio dos grânulos do lodo e na sua velocidade de sedimentação, provavelmente devido ao aumento das forças abrasivas v provocado pelo incremento na velocidade ascensional do fluxo. De igual modo, a atividade metanogênica específica também apresentou quedas devidas, provavelmente, à diluição da carga orgânica afluente e à diminuição do tamanho das partículas do lodo. / Sewerage systems are classified as separate, partially separated, or combined, according to the degree of separation that exists in the collection of municipal wastewater and stormwater runoff. Although the official policy of brazilian cities is for adoption of the separate system, the actual scenario shows that there are significant contributions of stormwater to the flows that are transported to the wastewater treatment plants, partly because of the inappropriate interconnections that exist between the systems. This research investigated the impacts that organic and hydraulic shock loads brought by stormwater contributions have on the efficiency of UASB reactors, as well as the recovery time after the ending of the shocks. Three 17-liters acrylic reactors were built in the Environmental Technology Laboratory at IPH. The reactors were fed with synthetic wastewater prepared to resemble the organic content of wastewater. All reactors were operated at a temperature of 30 ± 2ºC. One of the reactors was used as control while the other two received hydraulic shocks with organic matter dilution, simultaneously. Reactor’s operation was divided in three phases: 1º) star-up, 2º) single organic and hydraulic shocks, and 3º) rain season simulation, with multiple shocks.Shocks have a deleterious effect on the reactor effluent quality. In the most severe cases, drops in removal efficiencies reached up to 200% and 600% for dissolved and total DQO, respectively. Reactor biomass washout occurred due to the increasing upflow velocity. This loss was dampened by the selective pressure exerted by successive shocks. pH in the reactors remained in the neutral range, although alkalinity was consumed for as long as three detention times, probably due to an increase in the concentration of volatile fatty acids in the liquid. Dilution also caused a decrease in biogas production. Recovery time depended on the duration and intensity of the shock, with more severe shocks demanding more time for recovery. The impacts of the shocks on the treatment efficiency depended on duration, organic dilution rate and flowrate increase. Longer shocks, with higher flowrates and dilution rate resulted in the worst conditions for the reactor. Shocks loads caused a decrease in the mean size of the sludge granule, as well as in their sedimentation velocities, probably because of an increase in the abrasive forces acting on the granules brought by the upflow velocity. The specific methanogenic activity also decreased with higher dilution and smaller sized sludge granules.

Algae that are grown in wastewater treatment lagoons could be an important substrate for biofuel production; however, the low C/N ratio of algae is not conducive to anaerobic digestion of algae with economically attractive methane production rates. Increasing the C/N ratio in anaerobic, laboratory scale, batch reactors by blending algal biomass with sodium acetate resulted i increased methane production rates as the C/N ratio increased. The highest amount of methane was produced when the C/N was 21/1. When the C/N was 24/1, the biogas production rate decreased. Batch experiments were done to evaluate the effect of optimizing the C/N ratio on methane production from algae and to identify the most essential information needed to conduct research on co-digestion of algal biomass using the continuous, high-rate, up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor system. Based on the results obtained from batch reactor experiments, anaerobic co-digestion of algal biomass, obtained by continuous centrifugation from the Logan City, Utah, 5th stage wastewater treatment lagoon, and sodium acetate was conducted using laboratory scale UASB reactors with the C/N ratio in the feedstock adjusted to 21/1. Duplicate, 34 L UASB reactor systems were built of poly(methyl methacrylate). Both reactors were seeded with 11 L of anaerobic sediment from the 3rd stage lagoon. The pH of the feedstock was adjusted to the neutral range. The feedstock was initially introduced at a low organic loading rate of 0.9 g/L.d with a hydraulic retention time (HRT) of 7.2 days and then increased up to 5.4 g/L.d and a HRT of 5.5 days. These organic loading rates corresponded to an initial influent chemical oxygen demand (COD) of 6.25 g/L and increased to 27.2 g/L. Methane production increased from 270 mL/g to 349 mL/g COD biodegraded. COD removal efficiency was 80% and biogas methane composition was 90% at steady state. Algal biomass contributed 33-50% of the COD in the feed stock depending on the COD of the algae paste from centrifugation. The shortest HRT at which steady state was not affected was 5.5 days. At lower HRT all monitored parameters showed a slight decrease after the 75th day of operation.

A escassez das fontes de fósforo e o alto consumo de energia associado à produção de fertilizantes nitrogenados serão problemas que deverão ser enfrentados no futuro. A recuperação de nutrientes das águas residuárias na forma de estruvita tem sido considerada como uma alternativa para atenuar estes problemas. Na América Latina, a produção de estruvita a partir de esgoto ainda não é uma tecnologia bem conhecida e, portanto, a finalidade deste trabalho é contribuir com uma melhor compreensão dos fenômenos envolvidos. Para isso, a pesquisa foi dividida em três etapas: 1) produção de estruvita a partir de efluente de reator anaeróbio de fluxo ascendente com manto de lodo (RAFA); 2) produção de estruvita a partir de sobrenadante de digestor anaeróbio de lodo de um processo com remoção biológica de fósforo (DALRBF) e 3) influência do cálcio na estruvita produzida na etapa 2. Nas três etapas, ajustaram-se as concentrações de magnésio, a fim de obter razões fósforo:magnésio (P:Mg) pré-estabelecidas, e o pH entre 8,00 e 10,50. Os resultados da primeira etapa mostraram que não foi possível produzir estruvita no efluente do RAFA nas condições testadas. No entanto, foram observadas remoções de fósforo e de nitrogênio, devido à formação de fosfatos de cálcio e de magnésio amorfos. Os resultados da segunda etapa comprovaram a viabilidade de produção de estruvita de sobrenadante de DALRBF e mostraram que os consumos molares dos íons fosfato (PO43-), amônio (NH4+) e magnésio (Mg2+) ou as remoções destes (%) não devem ser os únicos parâmetros para avaliar a formação de estruvita, pois outros compostos cristalizam ou precipitam e reduzem a qualidade do mineral. Para um meio com condições semelhantes às testadas nesta etapa, uma razão P:Mg 1:2 e um pH igual a 9,50 asseguram a máxima recuperação de nutrientes como estruvita com concentração mínima de impurezas, facilitando seu posterior uso como fertilizante. Os resultados da terceira etapa mostraram que uma fase amorfa de fosfato de cálcio ou de magnésio se forma na superfície da estruvita. / The shortage of the phosphorus sources and high-energy consumption associated to the nitrogen fertilizers production will be problems in the future. The nutrient recovery from wastewater as struvite has been considered as an alternative to alleviate these problems. In Latin America, production of struvite from wastewater is not yet a wellknown technology and therefore the purpose of this work is to contribute to a better understanding of the phenomena involved. This research work was performed in three phases: 1) production of struvite from upflow anaerobic sludge blanket reactor effluent; 2) production of struvite from anaerobic digester supernatant of enhanced biological phosphorus removal process (ADS-EBPR) and 3) influence of calcium in the struvite produced in the phase 2. In three phases, the magnesium concentrations were adjusted to obtain the preset phosphorus:magnesium (P:Mg) ratios and the pH was adjusted between 8,00 and 10,50. The results of the first phase showed that it is not possible to produce struvite in the upflow anaerobic sludge blanket reactor effluent in the tested conditions. However, removal of nitrogen and phosphorus was observed because amorphous calcium and magnesium phosphates were produced. The results of the second phase showed that it is possible to produce struvite in the ADS-EBPR and the molar consumptions of phosphate (PO43-), ammonia (NH4+) and magnesium (Mg2+) or removals (%) should not be the only parameters to evaluate the struvite formation, because other compounds crystallize or precipitate and reduce the quality of the mineral. In the similar conditions tested in this phase, a P:Mg ratio 1:2 and pH 9,50 assure maximum nutrients recovery as struvite with minimum impurities concentration, facilitating its subsequent use as fertilizer. The results of the third phase showed that amorphous calcium or magnesium phosphates were produced on the struvite surface.

O objetivo do presente trabalho foi realizar estudos acerca da degradação anaeróbia de proteínas no tocante à cinética de consumo de substrato e às rotas metabólicas presentes no processo. Inicialmente, realizou-se um estudo comparativo da degradação de efluentes sintéticos em reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLFs) em escala de bancada. Nesse intuito, foi proposto um modelo cinética de primeira ordem de reações em série e paralelo, que permitiu a estimativa dos parâmetros cinéticos das várias etapas do processo estudado. As fontes de carbono nos efluentes sintéticos foram primeiramente compostas por compostos protéicos, tendo sido posteriormente adicionadas fontes de carboidratos e lipídeos à sua composição. Nesse intuito, utilizaram-se duas proteínas, caseína e soro albumina bovina (S.A.B.), e um hidrolisado protéico, peptona. Os resultados preditos pelo modelo cinético proposto apresentaram boa correlação com os dados experimentais e, com isso, foi possível o entendimento dos vários aspectos envolvidos na degradação de compostos protéicos em reatores que apresentam regime de escoamento predominantemente pistonado. A peptona foi mais rapidamente consumida, seguida pela caseína e finalmente pela S.A.B.. A presença de lipídeos nos efluentes sintéticos utilizados se constituiu no maior problema para o processo estudado. Análises de microscopia e biologia molecular mostraram que houve realocação da biomassa nos RAHLFs à medida que foram adicionadas fontes alternativas de carbono aos efluentes sintéticos à base de proteína. As morfologias encontradas foram comuns em todos os ensaios realizados, tendo predominado as semelhantes a Methanosaeta sp., bacilos fluorescentes e não fluorescentes, bacilos curvos e cocos não fluorescentes. Também foram visualizados três tipos de filamentos, espiroquetas e morfologias semelhantes a Methanosarcina sp. A segunda etapa do presente trabalho foi o estudo comparativo do processo de degradação de água residuária proveniente de abatedouro de aves em dois reatores um UASB e um RAHLF. O modelo cinético de primeira ordem se ajustou bem aos dados de decaimento de matéria orgânica em ambos os reatores. Dessa forma, foi possível concluir que no reator UASB, o mecanismo de adsorção do material colóide e solúvel nos grânulos parece ter regulado o processo, resultando em maior velocidade de remoção dessas frações de matéria orgânica. No RAHLF, o que parece ter regulado o processo foi a retenção de sólidos orgânicos, aumentando, dessa forma, a velocidade de remoção dessa fração de matéria orgânica. / This work reports on the anaerobic degradation of proteins from the standpoint of substrate consumption kinetics and metabolic routes. Initially, a comparative study of synthetic effluents in a bench scale horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor was carried out. For this purpose, a kinetic model of irreversible first-order series-parallel reactions with two intermediate products was proposed. This allowed the estimative the kinetic parameters of several steps of the process. The carbon source in the synthetic effluents was composed primarily of casein, peptone and bovine serum albumin (B.S.A.). Then, sources of carbohydrate and lipid were added to the composition. The proposed model fitted the experimental protein degradation data well and allowed the best comprehension of the process. Thus it was possible to understand several aspects about the degradation of the protein substrates utilized in HAIB reactors. In relation to degradation rate, it was concluded that peptone was the most rapidly consumed, followed by casein, and finally BSA. Regarding substrate composition, the major problem for the studied process was the presence of lipids in the synthetics effluents. The results obtained from the microbiological analysis showed that relocation of biomass in the HAIBs reactors happened in correlation with the addition of alternative carbon sources to synthetic protein effluents. In all assays, common morphologies were found. These werepredominantly Methanosaeta sp. - like archaeas, fluorescent bacillus (three types), non-fluorescent bacillus (6 types), curved bacillus and non-fluorescent coccus. Three types of filaments, spirochetes and Methanosarcina sp. - like archaeas were also found. In a second phase, a comparative analysis of the degradation process of wastewater from a poultry slaughterhouse was carried out in two different reactors, one up flow anaerobic sludge blacked (UASB), and one HAIB. The first order kinetic model proposed fitted the experimental organic matter degradation data well in UASB and HAIB reactors treating residual water from avian abattoirs. In the UASB reactor, the adsorption mechanism of the granules for colloid and soluble material seems to regulate the process. This results in a higher rate of removal for these fractions of organic material. However, in the HAIB reactor, what seems to be controlling the process was the retention of organic solids, which increased the removal rate for this fraction of organic material.

O presente trabalho propõe uma metodologia científica, com critérios bem definidos, para avaliar e quantificar o desempenho ambiental e a renovabilidade de processos de tratamento de esgoto, numa base única: a exergia. O desempenho ambiental é quantificado através do cálculo da eficiência exergética ambiental, definida como a razão da exergia do efeito útil do processo pela exergia total consumida dos recursos humanos e naturais, incluindo todas as entradas exergéticas. O cálculo da renovabilidade é feito por meio do índice exergético de renovabilidade definido como como a razão entre a exergia dos produtos pela soma das exergias não renováveis, a exergia destruída, a exergia de desativação e a exergia das emissões e residuos. A metodologia foi aplicada a três processos de tratamento de esgoto: dois biológicos (aeróbio e anaeróbio) e um físico-químico (TQA). O cálculo dos indicadores exergéticos foi realizado para cada um destes processos e foi observado que o processo com maiores valores de desempenho ambiental e renovabilidade, considerando o metano e o lodo do processo como efeito útil, foi o processo RAFA Lagoa Facultativa, com valores respectivamente de n<exerg,amb> (0,983) e lâmbda(7,060). A análise dos resultados mostrou que a metodologia proposta é uma ferramenta útil na avaliação e comparação do desempenho ambiental e da renovabilidade de processos de tratamento de esgoto. / This work proposes a scientific methodology, with well defined criteria, to assess and quantify the environmental performance and renewability of wastewater treatment processes on a single base: the exergy. The environmental performance was measured by calculating the environmental exergy efficiency defined as the exergy ratio of the useful effect of the process to the total exergy consumed by human and natural resources, including all the exergy inputs. The renewability calculation was done using the renewability exergy index defined as the exergy ratio of the products to the sum of the non-renewable exergy, destroyed exergy, deactivation exergy and the emissions and waste exergy. The methodology was applied to three wastewater treatment processes: biological (aerobic and anaerobic) and physicochemical (CEPT) processes. The exergy indicators were calculated for each of these processes and it was observed that the process with the higher environmental performance and renewability values, considering the methane and sludge of process as useful effect, was the Facultative Lagoon UASB process, with values, respectively, of n<env,exerg>(0.983) and lambda(7.060). The results analysis showed that the proposed methodology is a useful tool in the evaluation and comparison of environmental performance and renewability of wastewater treatment processes.

A escassez das fontes de fósforo e o alto consumo de energia associado à produção de fertilizantes nitrogenados serão problemas que deverão ser enfrentados no futuro. A recuperação de nutrientes das águas residuárias na forma de estruvita tem sido considerada como uma alternativa para atenuar estes problemas. Na América Latina, a produção de estruvita a partir de esgoto ainda não é uma tecnologia bem conhecida e, portanto, a finalidade deste trabalho é contribuir com uma melhor compreensão dos fenômenos envolvidos. Para isso, a pesquisa foi dividida em três etapas: 1) produção de estruvita a partir de efluente de reator anaeróbio de fluxo ascendente com manto de lodo (RAFA); 2) produção de estruvita a partir de sobrenadante de digestor anaeróbio de lodo de um processo com remoção biológica de fósforo (DALRBF) e 3) influência do cálcio na estruvita produzida na etapa 2. Nas três etapas, ajustaram-se as concentrações de magnésio, a fim de obter razões fósforo:magnésio (P:Mg) pré-estabelecidas, e o pH entre 8,00 e 10,50. Os resultados da primeira etapa mostraram que não foi possível produzir estruvita no efluente do RAFA nas condições testadas. No entanto, foram observadas remoções de fósforo e de nitrogênio, devido à formação de fosfatos de cálcio e de magnésio amorfos. Os resultados da segunda etapa comprovaram a viabilidade de produção de estruvita de sobrenadante de DALRBF e mostraram que os consumos molares dos íons fosfato (PO43-), amônio (NH4+) e magnésio (Mg2+) ou as remoções destes (%) não devem ser os únicos parâmetros para avaliar a formação de estruvita, pois outros compostos cristalizam ou precipitam e reduzem a qualidade do mineral. Para um meio com condições semelhantes às testadas nesta etapa, uma razão P:Mg 1:2 e um pH igual a 9,50 asseguram a máxima recuperação de nutrientes como estruvita com concentração mínima de impurezas, facilitando seu posterior uso como fertilizante. Os resultados da terceira etapa mostraram que uma fase amorfa de fosfato de cálcio ou de magnésio se forma na superfície da estruvita. / The shortage of the phosphorus sources and high-energy consumption associated to the nitrogen fertilizers production will be problems in the future. The nutrient recovery from wastewater as struvite has been considered as an alternative to alleviate these problems. In Latin America, production of struvite from wastewater is not yet a wellknown technology and therefore the purpose of this work is to contribute to a better understanding of the phenomena involved. This research work was performed in three phases: 1) production of struvite from upflow anaerobic sludge blanket reactor effluent; 2) production of struvite from anaerobic digester supernatant of enhanced biological phosphorus removal process (ADS-EBPR) and 3) influence of calcium in the struvite produced in the phase 2. In three phases, the magnesium concentrations were adjusted to obtain the preset phosphorus:magnesium (P:Mg) ratios and the pH was adjusted between 8,00 and 10,50. The results of the first phase showed that it is not possible to produce struvite in the upflow anaerobic sludge blanket reactor effluent in the tested conditions. However, removal of nitrogen and phosphorus was observed because amorphous calcium and magnesium phosphates were produced. The results of the second phase showed that it is possible to produce struvite in the ADS-EBPR and the molar consumptions of phosphate (PO43-), ammonia (NH4+) and magnesium (Mg2+) or removals (%) should not be the only parameters to evaluate the struvite formation, because other compounds crystallize or precipitate and reduce the quality of the mineral. In the similar conditions tested in this phase, a P:Mg ratio 1:2 and pH 9,50 assure maximum nutrients recovery as struvite with minimum impurities concentration, facilitating its subsequent use as fertilizer. The results of the third phase showed that amorphous calcium or magnesium phosphates were produced on the struvite surface.

O objetivo do presente trabalho foi realizar estudos acerca da degradação anaeróbia de proteínas no tocante à cinética de consumo de substrato e às rotas metabólicas presentes no processo. Inicialmente, realizou-se um estudo comparativo da degradação de efluentes sintéticos em reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLFs) em escala de bancada. Nesse intuito, foi proposto um modelo cinética de primeira ordem de reações em série e paralelo, que permitiu a estimativa dos parâmetros cinéticos das várias etapas do processo estudado. As fontes de carbono nos efluentes sintéticos foram primeiramente compostas por compostos protéicos, tendo sido posteriormente adicionadas fontes de carboidratos e lipídeos à sua composição. Nesse intuito, utilizaram-se duas proteínas, caseína e soro albumina bovina (S.A.B.), e um hidrolisado protéico, peptona. Os resultados preditos pelo modelo cinético proposto apresentaram boa correlação com os dados experimentais e, com isso, foi possível o entendimento dos vários aspectos envolvidos na degradação de compostos protéicos em reatores que apresentam regime de escoamento predominantemente pistonado. A peptona foi mais rapidamente consumida, seguida pela caseína e finalmente pela S.A.B.. A presença de lipídeos nos efluentes sintéticos utilizados se constituiu no maior problema para o processo estudado. Análises de microscopia e biologia molecular mostraram que houve realocação da biomassa nos RAHLFs à medida que foram adicionadas fontes alternativas de carbono aos efluentes sintéticos à base de proteína. As morfologias encontradas foram comuns em todos os ensaios realizados, tendo predominado as semelhantes a Methanosaeta sp., bacilos fluorescentes e não fluorescentes, bacilos curvos e cocos não fluorescentes. Também foram visualizados três tipos de filamentos, espiroquetas e morfologias semelhantes a Methanosarcina sp. A segunda etapa do presente trabalho foi o estudo comparativo do processo de degradação de água residuária proveniente de abatedouro de aves em dois reatores um UASB e um RAHLF. O modelo cinético de primeira ordem se ajustou bem aos dados de decaimento de matéria orgânica em ambos os reatores. Dessa forma, foi possível concluir que no reator UASB, o mecanismo de adsorção do material colóide e solúvel nos grânulos parece ter regulado o processo, resultando em maior velocidade de remoção dessas frações de matéria orgânica. No RAHLF, o que parece ter regulado o processo foi a retenção de sólidos orgânicos, aumentando, dessa forma, a velocidade de remoção dessa fração de matéria orgânica. / This work reports on the anaerobic degradation of proteins from the standpoint of substrate consumption kinetics and metabolic routes. Initially, a comparative study of synthetic effluents in a bench scale horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor was carried out. For this purpose, a kinetic model of irreversible first-order series-parallel reactions with two intermediate products was proposed. This allowed the estimative the kinetic parameters of several steps of the process. The carbon source in the synthetic effluents was composed primarily of casein, peptone and bovine serum albumin (B.S.A.). Then, sources of carbohydrate and lipid were added to the composition. The proposed model fitted the experimental protein degradation data well and allowed the best comprehension of the process. Thus it was possible to understand several aspects about the degradation of the protein substrates utilized in HAIB reactors. In relation to degradation rate, it was concluded that peptone was the most rapidly consumed, followed by casein, and finally BSA. Regarding substrate composition, the major problem for the studied process was the presence of lipids in the synthetics effluents. The results obtained from the microbiological analysis showed that relocation of biomass in the HAIBs reactors happened in correlation with the addition of alternative carbon sources to synthetic protein effluents. In all assays, common morphologies were found. These werepredominantly Methanosaeta sp. - like archaeas, fluorescent bacillus (three types), non-fluorescent bacillus (6 types), curved bacillus and non-fluorescent coccus. Three types of filaments, spirochetes and Methanosarcina sp. - like archaeas were also found. In a second phase, a comparative analysis of the degradation process of wastewater from a poultry slaughterhouse was carried out in two different reactors, one up flow anaerobic sludge blacked (UASB), and one HAIB. The first order kinetic model proposed fitted the experimental organic matter degradation data well in UASB and HAIB reactors treating residual water from avian abattoirs. In the UASB reactor, the adsorption mechanism of the granules for colloid and soluble material seems to regulate the process. This results in a higher rate of removal for these fractions of organic material. However, in the HAIB reactor, what seems to be controlling the process was the retention of organic solids, which increased the removal rate for this fraction of organic material.

O presente trabalho propõe uma metodologia científica, com critérios bem definidos, para avaliar e quantificar o desempenho ambiental e a renovabilidade de processos de tratamento de esgoto, numa base única: a exergia. O desempenho ambiental é quantificado através do cálculo da eficiência exergética ambiental, definida como a razão da exergia do efeito útil do processo pela exergia total consumida dos recursos humanos e naturais, incluindo todas as entradas exergéticas. O cálculo da renovabilidade é feito por meio do índice exergético de renovabilidade definido como como a razão entre a exergia dos produtos pela soma das exergias não renováveis, a exergia destruída, a exergia de desativação e a exergia das emissões e residuos. A metodologia foi aplicada a três processos de tratamento de esgoto: dois biológicos (aeróbio e anaeróbio) e um físico-químico (TQA). O cálculo dos indicadores exergéticos foi realizado para cada um destes processos e foi observado que o processo com maiores valores de desempenho ambiental e renovabilidade, considerando o metano e o lodo do processo como efeito útil, foi o processo RAFA Lagoa Facultativa, com valores respectivamente de n<exerg,amb> (0,983) e lâmbda(7,060). A análise dos resultados mostrou que a metodologia proposta é uma ferramenta útil na avaliação e comparação do desempenho ambiental e da renovabilidade de processos de tratamento de esgoto. / This work proposes a scientific methodology, with well defined criteria, to assess and quantify the environmental performance and renewability of wastewater treatment processes on a single base: the exergy. The environmental performance was measured by calculating the environmental exergy efficiency defined as the exergy ratio of the useful effect of the process to the total exergy consumed by human and natural resources, including all the exergy inputs. The renewability calculation was done using the renewability exergy index defined as the exergy ratio of the products to the sum of the non-renewable exergy, destroyed exergy, deactivation exergy and the emissions and waste exergy. The methodology was applied to three wastewater treatment processes: biological (aerobic and anaerobic) and physicochemical (CEPT) processes. The exergy indicators were calculated for each of these processes and it was observed that the process with the higher environmental performance and renewability values, considering the methane and sludge of process as useful effect, was the Facultative Lagoon UASB process, with values, respectively, of n<env,exerg>(0.983) and lambda(7.060). The results analysis showed that the proposed methodology is a useful tool in the evaluation and comparison of environmental performance and renewability of wastewater treatment processes.