O nitrogênio é o quinto elemento mais abundante em nosso sistema solar, é essencial para a síntese de ácidos nucleicos e proteínas, os dois polímeros mais importantes da vida. Apesar da importância do nitrogênio e sua abundância na atmosfera, o N2 é praticamente inerte; assim, as formas de nitrogênio inorgânico fixados mais comuns são os íons nitrato e amônio que muitas vezes limitam a produtividade primária nos ecossistemas marinhos e terrestres. Uma biosfera ativa requer a incorporação do nitrogênio em moléculas biológicas por meio da fixação de nitrogênio, um processo no qual os domínios em procarióticos Bacteria e Archaea reduzem gás nitrogênio em amônia. Porém, a maioria dos organismos não pode fixar nitrogênio, mas sim obtê-lo na forma de nitrogênio orgânico a partir do ambiente, ou a partir da redução do nitrato. O amônio é retornado para o ambiente quando os organismos morrem e isto depende da presença do oxigênio nestes locais. Na presença do oxigênio, o amônio é oxidado em nitrato, numa via conhecida como nitrificação. Na ausência de oxigênio, o nitrato é utilizado por muitos microrganismos como um receptor de elétrons, como na redução dissimilatória de nitrato a amônia (DNRA), acoplada à oxidação anaeróbica de carbono orgânico; o nitrato pode ser convertido em gás dinitrogênio pela desnitrificação, ou ainda uma via alternativa pode transformar o nitrogênio fixado em N2, realizada por um grupo de bactérias conhecido como planctomycetes, onde a oxidação do amônio é acoplada a redução de nitrato, no processo chamado anammox. Neste trabalho de tese foi realizada a avaliação do ciclo do nitrogênio, buscando entendimento de três vias de transformação deste elemento. Neste sentido, estas vias foram avaliadas quanto as suas taxas de ocorrência, com uso incubações do sedimento de manguezais e nitrogênio marcado, como também por meio da identificação de genes funcionais envolvidos nestes três processos, por meio de pirosequenciamento. O grupo Planctomycetes ainda pode ser estudado utilizando a hibridização com sonda fluorescente in situ FISH. Os resultados indicam a presença marcante de genes identificados como parte da via desnitrificação, assim como as taxas de incubação observadas para esta via foram muito expressivas quando comparadas com as taxas obtidas para o processo anammox e DNRA. Os resultados obtidos com as análises metagenômicas e com a técnica FISH sustentam os resultados obtidos com as incubações. Pode-se observar que a filogenia sugere a tendência do agrupamento com organismos planctomycetes não descritos como responsáveis pelo processo anammox. Por meio da técnica FISH pode-se confirmar a detecção destas bactérias e visualizar sua menor presença nos manguezais amostrados, quando comparadas às bactérias totais encontradas nestas amostras. / Nitrogen is the fifth most abundant element in our solar system, essential for the synthesis of nucleic acids and proteins, one of the most important polymers of life. Despite the importance of nitrogen and its overwhelming abundance in the atmosphere, N2 is practically inert, so the most commom forms of inorganic nitrogen fixed are nitrate and ammonium ions, which often limit primary productivity in marine and terrestrial ecosystems. An active biosphere requires the incorporation of nitrogen in biological molecules through nitrogen fixation, a process in which domains Archaea and Bacteria reduce nitrogen gas into ammonia. The most organisms can\'t fix nitrogen, but they can get it in inorganic nitrogen form from the environment or from the reduction of nitrate. The ammonia is returned to environment when organisms die and it depends on the presence of oxygen at these sites. In the presence of oxygen, ammonia is oxidized to nitrate, in a way known as nitrification, and in the absence of oxygen, the nitrate being used by many microbes as an electron acceptor, such as dissimilatory nitrate reduction to ammonia (DNRA), coupled to anaerobic oxidation of organic carbon. The nitrate can be converted to dinitrogen gas by denitrification, or an alternative route can turn fixed nitrogen in N2, performed by a bacteria group known as Planctomycetes, where oxidation is coupled to the ammonium nitrate reduction, in a process called anammox. In this work, with mangrove sediments from Bertioga city, State of São Paulo, the evaluation of these three pathways of nitrogen transformation was performed as their rates of occurrence, with incubations with labeled nitrogen, as well as through the identification of functional genes involved in these three cases, by pyrosequencing. The group Planctomycetes can also be studied using the hybridization probe FISH fluorescence in situ. The results show the strong presence of genes identified as part of the denitrification pathway, as well as the rates observed for incubation of this pathway were very significant when compared with the rates obtained for the process anammox and DNRA. The results obtained from the metagenomic analyze and the FISH technique support the results obtained with incubations. It can be observed that the trend suggests the phylogeny of the organisms group with Planctomycetes not described as responsible for anammox process. Through the FISH technique, it was possible to confirm the detection of these bacteria and view its reduced presence in mangrove sampled compared to total bacteria found in these samples.

Made available in DSpace on 2017-07-20T13:41:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sheilla Andrade Leick.pdf: 2263026 bytes, checksum: 91e62ea3575bb77384b927f02fb09de4 (MD5) Previous issue date: 2016-04-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / From the 90s, there was an increasing amount of resources invested in research, development and construction of wastewater treatment systems in order to reduce the amount of nutrients released into rivers. In Brazil, biological treatment systems used in part of the Effluent Treatment Plants (ETP), as Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) and activated sludge systems are effective in removing organic matter. However, they have limitations when the subject is considered the removal of nutrients such as nitrogen and phosphorus. Thus the present study was to evaluate the effectiveness of a structured bed reactor with intermittent aeration in removing organic matter and nitrogen from sewage. The hydraulic retention time (HRT) used was 12 hours, the temperature of 30 ± 1 ° C and the feed was continued. The reactor was operated for 339 days, during which were evaluated three different effluent recirculation flow, and 1Q 2Q 3Q and three different aeration times, where the reactor was aerated 1h, 2h, and 3h in 3 hours cycles, totaling 9 trials. It was in all tests performed Demand Chemical Oxygen removal (COD) and total nitrogen (TN) of at least 69.8% and 29.5%, respectively, and at most 89 , 2% and 55.5%, respectively. Statistical analysis showed no significant difference to the results of COD between tests. There was a strong positive correlation between denitrification and removal of NT, indicating that denitrification the limiting procedure. The lowest concentration of N-NH4, 3.1 mg.L-1, was achieved in Test 4, with recirculation of 2Q and aeration of 1h. In the same test the effluent COD was 40 mg.L-1. Analyzing the results we conclude that the structured bed reactor shows promise for concomitant removal of organic matter and total nitrogen. / A partir da década de 90, houve uma crescente quantidade de recursos investidos na pesquisa, elaboração e construção de sistemas de tratamento de esgotos, visando diminuir a quantidade de nutrientes lançados em corpos d’água. No Brasil, os sistemas de tratamento biológico utilizados em parte das Estações de Tratamento de Efluentes (ETE), como os Reatores Anaeróbios de Leito Fluidizado (RALF) e os sistemas de lodos ativados, são eficientes na remoção de matéria orgânica. Entretanto, deixam muito a desejar quando o quesito analisado é remoção de nutrientes, como nitrogênio e fósforo. Assim o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de um reator de leito estruturado com aeração intermitente na remoção de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada de esgoto sanitário. O reator durante toda o funcionamento foi operado com Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 12 horas, temperatura de 30 ± 1ºC, alimentação contínua e aeração intermitente. O reator foi operado durante 339 dias, período no qual foram avaliadas três diferentes vazões de recirculação (Qr) do efluente, 3Q, 2Q e 1Q, onde Q é a vazão afluente, e três diferentes tempos de aeração, de 1h, 2h, e 3h em ciclos de 3 horas, totalizando 9 ensaios. Verificou-se, em todos os ensaios realizados, remoção de Demanda Química de Oxigênio (DQO) e de Nitrogênio Total (NT) de, no mínimo, 69,8% e 29,5%, respectivamente, e de, no máximo, 89,2% e 55,5%, respectivamente. Análise estatística indicou não haver diferença significativa para os resultados de DQO entre os ensaios. Houve correlação forte e positiva entre desnitrificação e remoção de NT, indicando ser a desnitrificação a fase limitante do processo. A menor concentração de N-NH4 (3,1 mg.L-1), foi obtida no ensaio 4, com condições de recirculação de 2Q e aeração de 1h. Nesse mesmo ensaio a DQO efluente foi de 40 mg.L-1. Analisando-se os resultados obtidos é possível concluir que o reator de leito estruturado se mostra promissor para remoção concomitante de matéria orgânica e nitrogênio total.

O processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS) permite alcançar a remoção combinada de matérias carbonácea e nitrogenada em uma única unidade. O reator de leito estruturado, com biomassa imobilizada e recirculação interna, apresenta características positivas para que estes processos envolvidos ocorram, tais como propiciar a formação de biofilme e evitar a colmatação do leito. Esta configuração tem sido estudada com êxito em reatores em escala de bancada para tratamento de esgoto. Nesta pesquisa foi utilizado um reator de leito estruturado em escala piloto com a finalidade de avaliar sua implantação, eficiência e estabilidade tratando esgoto doméstico em condições reais para futura aplicação em pequenas comunidades, condomínios residenciais entre outros como sistema descentralizado. O reator foi construído em fibra de vidro, de formato cilíndrico, com diâmetro interno de aproximadamente 0,80 m e 2,0 m de altura. O volume total foi de aproximadamente 0,905 m3 e o volume útil de 0,642 m3. A operação foi realizada sob condições de aeração contínua e intermitente e os tempos de detenção hidráulica (TDH) testados foram de 48, 36 e 24 horas. A remoção de DQO manteve-se acima de 90% com TDH de 48 e 36 horas. A melhor eficiência de remoção de nitrogênio total foi de 72,4 ± 6,4%, sob TDH de 48 horas e a aeração intermitente, com 2 horas de aeração e 1 hora não aerada. A concentração de oxigênio dissolvido (OD) média de 2,8 ± 0,5 mg.L-1 na fase aerada e temperatura média de 24,7 ± 1,0 °C. Nesse mesmo período, a eficiência média de remoção de DQO foi de 94 ± 4 %. Apesar das dificuldades apresentadas no controle da aeração, as eficiências das remoções obtidas indicaram que o reator de leito estruturado e aeração intermitente (LEAI) se apresenta como uma alternativa promissora em escala plena, requerendo ajustes para construção e incremento da estabilidade da NDS. / The simultaneous nitrification and denitrification (SND) process allow achieving a combined nitrogen and carbon removal in a single unit. The structured-bed reactor, with immobilized biomass and internal recirculation, presents positive characteristics for occurrence of these involved processes, such as providing biofilm formation and prevent clogging. This configuration have been study successfully in a bench scale for sewage treatment. In this research was used a structured-bed reactor in a pilot scale in order to evaluate its implantation, efficiency and stability treating sewage in real conditions to future application in small communities, residential condominium among others, as decentralized treatment. The reactor was constructed with cylindrical glass fiber modules, with internal diameter of 0.8 m and 2.0 m height. The total volume was about 0.905 m3 and 0.642 m3 working volume. It was worked under continuous and intermittent aeration conditions and the tested hydraulic retention times (HRT) were 48, 36 e 24 hours. The maximum total nitrogen removal was 72.4 ± 6.4% ; the HRT was 48 hours with intermittent aeration, in which 2 hours in aeration and 1-hour nonaeration. An average dissolved oxygen (DO) concentration of 2.8 ± 0.5 mg.L-1 in the aerated time and an average temperature of 24.7 ± 1.0°C. In the same period, the average COD removal was 94 ± 4%. Despite of the difficulties presented in aeration control, the obtained removals indicated the structured-bed reactor subjected to recirculation and intermittent aeration (SBRRIA) can be a promising alternative in full scale, demanding adjustments to improve the reactor construction and the SND stability.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-02-05T17:21:21Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ana C Wendling.pdf: 1711610 bytes, checksum: 68dc677af063a5833bd222516d408814 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-05T17:21:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ana C Wendling.pdf: 1711610 bytes, checksum: 68dc677af063a5833bd222516d408814 (MD5) Previous issue date: 2017-05-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O consumo do oxigênio dissolvido nos corpos hídricos é um dos principais problemas resultantes da poluição nas águas por matéria orgânica. Outro ponto importante é a eutrofização, que é o crescimento excessivo das plantas devido ao excesso de nutrientes presentes nesse meio. As estações de tratamento de esgoto brasileiras costumam utilizar processos biológicos para a remoção da matéria orgânica e do nitrogênio. Nesse sentido visando a remoção simultânea da Demanda Química de Oxigênio (DQO) e de Nitrogênio Total (NT) do esgoto sanitário, o presente estudo teve como objetivo avaliar a eficiência de um reator de leito estruturado com aeração intermitente, com períodos de aeração de 60 minutos seguidos de 120 minutos sem aeração, a cada ciclo de 180 minutos. O reator foi operado com Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 8 horas, temperatura de 30 ± 1ºC, alimentação contínua e razão de recirculação igual a 2. Foram realizados 5 ensaios que se diferenciaram em a composição do afluente. Os afluentes foram compostos por uma combinação de parcelas de esgoto sanitário bruto da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) Verde e efluente de Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado (RALF) da mesma ETE. As concentrações de cada parcela no afluente foram de 0%, 25%, 50%, 75% e 100%. Como meio suporte para a fixação dos microrganismos foram utilizados 13 cilindros de espuma de poliuretano dispostos verticalmente no reator. Para avaliação da eficiência do processo, foram realizadas as análises de pH, alcalinidade, Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK), nitrogênio amoniacal (N-NH4+), nitrito (N-NO2-), nitrato (N-NO3-), Demanda Química de Oxigênio (DQO) e fósforo. A eficiência mínima de remoção de DQO obtida foi de 76% e a máxima de 95%, porém os resultados apontaram que não houve diferença estatística significativa entre os ensaios para esse parâmetro. A melhor eficiência de remoção de NT foi de 78%, com afluente composto apenas por efluente do RALF, que foi o ensaio 3. Nestas condições o efluente apresentou teores de DQO de 14 mg.L-1, de N-NH4+ de 3 mg.L-1, de N-NO3- de 2 mg.L-1 e de N-NO2- de 3 mg.L-1. Diante dos resultados foi possível concluir que o reator de leito estruturado e aeração intermitente é eficiente para a remoção simultânea da matéria orgânica carbonácea e nitrogenada com afluente contendo uma mistura do esgoto bruto e efluente de RALF nas mais diferentes proporções. / The consumption of dissolved oxygen in water bodies is one of the main problems resulting from water pollution by organic matter. Another important point is eutrophication, which is the excessive growth of plants due to the excess of nutrients present in this medium. Brazilian sewage treatment plants usually use biological processes for the removal of organic matter and nitrogen. In this sense, aiming at the simultaneous removal of Chemical Oxygen Demand (COD) and Total Nitrogen (TN) from sanitary sewage, the present study aimed to evaluate the efficiency of a structured bed reactor with intermittent aeration, with aeration periods of 60 Minutes followed by 120 minutes without aeration, with each cycle of 180 minutes. The reactor was operated with Hydraulic Detention Time (HDT) of 8 hours, temperature of 30 ± 1ºC, continuous feed and recirculation ratio equal to 2. Five trials were performed that differed in the composition of the influent. The influente were composed of a combination of raw sewage plots from the Green Sewage Treatment Station (ETE) and the Fluidized Bed Anaerobic Reactor (RALF) effluent from the same ETE. The concentrations of each plot in the affluent were 0%, 25%, 50%, 75% and 100%. As a support medium for Microorganisms were used 13 polyurethane foam cylinders arranged vertically in the reactor. In order to evaluate the efficiency of the process, pH, alkalinity, Total Kjeldahl Nitrogen (TKN), ammoniacal nitrogen (N-NH4+), nitrite (N-NO2-), nitrate (N-NO3-), Chemical Demand Oxygen (COD) and phosphorus. The minimum COD removal efficiency obtained was 76% and the maximum of 95%, but the results showed that there was no significant statistical difference between the tests for this parameter. The best effluent removal efficiency was 78%, with an effluent composed only of RALF effluent, which was test 3. Under these conditions, the effluent had COD contents of 14 mg.L-1, 3 mg N-NH4+.L-1, N-NO3- of 2 mg.L-1 and N NO2- of 3 mg.L-1. In view of the results it was possible to conclude that the structured bed reactor and intermittent aeration is efficient for the simultaneous removal of carbonaceous and nitrogenous organic matter with a influent containing a mixture of crude sewage and RALF effluent in the most different proportions.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-05-23T17:33:13Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Jenzura, Nathanna Tessari.pdf: 1299612 bytes, checksum: 393334e0cc91397299fbbc9f1ed6cb45 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-23T17:33:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Jenzura, Nathanna Tessari.pdf: 1299612 bytes, checksum: 393334e0cc91397299fbbc9f1ed6cb45 (MD5) Previous issue date: 2017-03-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O fenômeno da eutrofização é caracterizado pelo crescimento excessivo de algas devido ao excesso de nitrogênio e fósforo em corpos d’água. Combinado a esse fator, temos o fato de que as ETEs (Estação de Tratamento de Efluentes) brasileiras foram projetadas para remover a DQO (Demanda Química de Oxigênio) e não os nutrientes, com isso é necessário o tratamento terciário para atendimento à legislação. Pesquisas mostram que há a possibilidade de remover DQO e nitrogênio em um único compartimento, o que geraria economia na implantação e operação de ETEs. O objetivo dessa pesquisa foi avaliar a eficiência deum reator de leito estruturado comaeração intermitente e fluxo contínuo na remoção de nitrogênio e DQO do esgoto sanitário bruto misturado com efluente de RALF (Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado). O reator apresentava volume útil de 8,6 L.O leito estruturado era composto por 13 cilindros de espuma de poliuretano com diâmetro igual a 2,5 cm e comprimento de 63 cm, dispostos verticalmente no interior do reator. A alimentação era feita continuamente com 50% de esgoto sanitário bruto e 50% de efluente de RALF. O experimento foi feito seguindo-se planejamento fatorial 22, que resultou em sete ensaios com quatro pontos nos níveis extremos (+1 e -1) e a triplicata do ponto central. Os fatores e respectivos níveis estipulados foram TDH (Tempos de Detenção Hidráulica) de 8, 10 e 12 horas, e tempo de aeração de 60, 75 e 90 minutos, em ciclos de 180 minutos. A razão de recirculação foi igual a 2 vezes a vazão de entrada. Nestas condições foram encontrados como média de remoção de DQO de 76%e NT (nitrogênio total) de 83%. O melhor resultado de eficiência de DQO (92%) e NT (88%), foi encontrado quando o reator operou com tempo de aeração de 60 minutos e TDH de 8 horas, tendo como concentração final DQO igual a 18 mg.L-1 eNT de 4,3 mg.L-1. A superfície de resposta foi utilizada para se avaliar os efeitos dos fatores sobre as respostas encontradas, e para desenvolver um modelo matemático que possibilitasse prever a eficiência do reator em relação à nitrificação e remoção de NT. Os resultados obtidos indicaram que o reator de leito estruturado com aeração intermitente é uma alternativa viável para remoção simultânea de DQO e NT. O modelo matemático obtido mostrou ser preditivo com relação à eficiência de nitrificação e remoção de NT. Com TDH de 9 horas e aeração de 60 minutos a eficiência teórica de nitrificação e remoção de NT obtida com os modelos propostos foi de 94 e 85%, respectivamente, e os resultados experimentais obtidos foram de 89 e 81%, respectivamente, próximos aos teóricos. / The phenomenon of eutrophication is characterized by excessive growth of algae due to excess nitrogen and phosphorus in water bodies. Combined with this factor, we have the fact that the Brazilian Effluent Treatment Plants (ETP) were designed to remove COD (Chemical Oxygen Demand) and not nutrients, so it is necessary the tertiary treatment to comply with the legislation. Research shows that there is the possibility of removing COD and nitrogen in a single compartment, which would generate savings in the implementation and operation of ETP. The objective of this research was to evaluate the efficiency of a structured bed reactor with intermittent and continuous flow in the removal of nitrogen and COD from the raw sanitary sewage mixed with UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) effluent. The reactor had a useful volume of 8,6 L. The structured bed was composed of 13 cylinders of polyurethane foam with a diameter of 2,5 cm and a length of 63 cm, arranged vertically inside the reactor. The feed was continuously fed with 50% crude sanitary sewage and 50% RALF effluent. The experiment was done following a factorial design 22, which resulted in seven tests with four points at the extreme levels (+1 and -1) and the triplicate of the central point. The factors and respective stipulated levels were HRT (Hydraulic Retention Times) of 8, 10 and 12 hours, and aeration time of 60, 75 and 90 minutes in 180 minute cycles. The recirculation ratio was equal to 2 times the inlet flow rate. Under these conditions were found to be COD removal average of 76% and NT (Total Nitrogen) of 83%. The best COD (92%) and NT (88%) efficiency results were found when the reactor operated with 60 minute aeration time and 8 hour HRT, having a final COD concentration of 18 mg.L-1 and NT of 4.3 mg.L-1. The response surface was used to verify the effects of the factors on the responses and to design a mathematic model to predict NT removal and nitrification. The results obtained allow us to consider that the structured bed reactor with intermittent aeration is a viable alternative for the simultaneous removal of COD and nitrogen compounds.The mathematical model obtained was predictive, and with a HRT of 9 hours and aeration of 60 minutes, the experimental responses for TN removal and nitrification efficiency was 81% and 89%, respectively, very close to the predicted one, that was 85% and 94%.

Este trabalho apresenta uma avaliação dos parâmetros cinéticos, hidrodinâmicos e de transferência de massa de um reator radial aeróbio-anóxico de leito fixo, em escala piloto, com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano e alimentado com efluente de um reator anaeróbio horizontal de leito fixo que tratava esgoto sanitário. Os parâmetros estimados demonstraram que as resistências líquido-sólido e intraparticular afetam significativamente a velocidade global de consumo de oxigênio no sistema de leito fixo e que a agitação mecânica pode minimizar essas resistências. Os valores de (KLA), para velocidades superficiais de ar entre 0,14 e 0,95 cm.s-1, variaram na faixa de 20,8 e 58,8 h-1 para água do sistema de abastecimento público, e 16,8 a 53,0 h-1 para esgoto pré-tratado anaerobiamente. A velocidade intrínseca de consumo de oxigênio foi estimada em 19,9 mgO2.g SSV-1.h-1. A velocidade de remoção de DQO pôde ser representada pelo modelo cinético de primeira ordem com residual e a conversão de nitrogênio seguiu modelo de reações em série, de pseudo-primeira ordem, com valores das constantes cinéticas k1 e k2 iguais a 0,251 h-1 e 6,624 h-1, respectivamente. O comportamento hidrodinâmico pôde ser representado pelo modelo de 3 e 4 tanques de mistura completa em série. Foi possível promover a nitrificação e desnitrificação no reator radial aeróbio-anóxico mantido parcialmente aerado, com tempos de detenção hidráulica de 3,3 horas na zona aeróbia e 2,7 horas na zona anóxica, e com adição de etanol como fonte externa de carbono. O efluente apresentou valor médio da DQOf de 52 mg O2.l-1, e concentrações de 2 mg N.l-1, 1,24 mg N.l-1 e 3,46 mg N.l-1, respectivamente, para nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato. / The assessment of hydrodynamics, mass transfer and kinetic parameters of a pilot fixed bed reactor containing immobilized biomass in polyurethane matrices and fed with the effluent of a horizontal-flow fixed bed anaerobic reactor that treated domestic sewege is presented. For oxygen, the estimated parameters showed that the liquid-solid and intra-particles resistances significantly affected the global substrate consumption velocity. It was also found that mechanical agitation can minimize such resistances. The KLA values for superficial velocities between 0.14 and 0.95 cm.s-1 varied from 20.8 to 58.8 h-1 for tap water, and 16.8 to 53.0 h-1 for the anaerobic pre-treated effluent. The oxygen consumption intrinsic velocity was estimated in 19.9 mgO2.gSSV-1.h-1. The COD removal velocity could be represented by a first order kinetic model with residual, while nitrogen conversion followed an also a first order reactions in series model, with kinetic constants k1 and k2 of 0.25 h-1 and 6.62 h-1, respectively. The hydrodynamics behavior could be represented by the model of three to four completely mixed reactors in series. It was possible to promote nitrification and the denitrification in the radial reactor kept partially aerated and operated at hydraulics detention times of 3.3 hours and 2.7 hours in the aerobic and anoxic zones, respectively. The radial reactor effluent presented COD of 52 mg.l-1, based on filtered samples, and concentrations of 2 mg N.l-1, 1.24 mg N.l-1, and 3,46 mg N.l-1 for ammonia nitrogen, nitrite and nitrate, respectively.

Population growth and aspects related to management water resources, make it extremely important to search for simple wastewater treatment systems, low cost and simplicity operational, capable of producing effluent with potential use for compatible many purposes. In this scenario, the use of aerated reactors as post-treatment of anaerobic effluent is shown quite promising for Brazilian reality. This work contributes to the development of new biofilter system for aerobic treatment of sewage, which is being developed at the Federal University of Rio Grande do Norte. The reactor uses corrugated conduit as cut filler, providing a high void ratio, and is capable of producing effluent with turbidity UT order of 1, 2 mg / L of TSS and COD of below 40 mg / L. IT IS objective of this work to investigate the nitrogen removal capacity by simultaneous nitrification and denitrification. The work was divided into four phases, in which has been changed air flow in the filters, and during step 4, introduced a supplementary source of carbon. The system proved to be effective regarding the removal of nitrogen. In the most efficient configuration It was able to remove 56% of the influent nitrogen, and the less efficient phase removal was 40%. The principal component analysis showed that the nitrification was the most important factor for the process. It was concluded that the system is able to remove nitrogen through nitrification and simultaneous denitrification. Furthermore, it is also important to mention that during the more than three years of the experiment duration was not required removal of retained sludge. / O crescimento da populaÃÃo e aspectos relacionados ao gerenciamento de recursos hÃdricos, fazem com que seja extremamente importante a busca por sistemas de tratamento de esgoto simples, de baixo custo e simplicidade operacional, capazes de produzir efluentes com potencial de utilizaÃÃo para diversos fins compatÃveis. Neste cenÃrio, a utilizaÃÃo de reatores aerados como pÃs-tratamento de efluente anaerÃbio mostra-se bastante promissor para a realidade brasileira. Este trabalho contribui para o desenvolvimento de novo sistema de biofiltros aerÃbios para tratamento de esgotos sanitÃrios, que està sendo desenvolvido na Universidade Federal do Rio Grande do Norte. O reator utiliza eletroduto corrugado cortado como material de enchimento, proporcionando elevado Ãndice de vazios, e à capaz de produzir efluente com turbidez da ordem de 1 UT, 2 mg/L de SST e DQO abaixo de 40 mg/L. à objetivo deste trabalho investigar a capacidade de remoÃÃo de nitrogÃnio pelo processo de nitrificaÃÃo e desnitrificaÃÃo simultÃnea. O trabalho foi dividido em quatro fases, nas quais foi alterada a vazÃo de ar nos filtros, e, durante a fase 4, introduzida uma fonte suplementar de carbono. O sistema mostrou-se eficiente em relaÃÃo à remoÃÃo de nitrogÃnio. Na configuraÃÃo mais eficiente foi capaz de remover 56% do nitrogÃnio afluente, e na fase menos eficiente a remoÃÃo foi de 40%. A anÃlise de componentes principais mostrou que a nitrificaÃÃo foi o fator mais relevante para o processo. Concluiu-se que o sistema à capaz de remover nitrogÃnio pelo processo de nitrificaÃÃo e desnitrificaÃÃo simultÃnea. AlÃm disso, à importante mencionar tambÃm que durante os mais de trÃs anos de duraÃÃo do experimento nÃo foi necessÃria a remoÃÃo do lodo retido.

O processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS) permite alcançar a remoção combinada de matérias carbonácea e nitrogenada em uma única unidade. O reator de leito estruturado, com biomassa imobilizada e recirculação interna, apresenta características positivas para que estes processos envolvidos ocorram, tais como propiciar a formação de biofilme e evitar a colmatação do leito. Esta configuração tem sido estudada com êxito em reatores em escala de bancada para tratamento de esgoto. Nesta pesquisa foi utilizado um reator de leito estruturado em escala piloto com a finalidade de avaliar sua implantação, eficiência e estabilidade tratando esgoto doméstico em condições reais para futura aplicação em pequenas comunidades, condomínios residenciais entre outros como sistema descentralizado. O reator foi construído em fibra de vidro, de formato cilíndrico, com diâmetro interno de aproximadamente 0,80 m e 2,0 m de altura. O volume total foi de aproximadamente 0,905 m3 e o volume útil de 0,642 m3. A operação foi realizada sob condições de aeração contínua e intermitente e os tempos de detenção hidráulica (TDH) testados foram de 48, 36 e 24 horas. A remoção de DQO manteve-se acima de 90% com TDH de 48 e 36 horas. A melhor eficiência de remoção de nitrogênio total foi de 72,4 ± 6,4%, sob TDH de 48 horas e a aeração intermitente, com 2 horas de aeração e 1 hora não aerada. A concentração de oxigênio dissolvido (OD) média de 2,8 ± 0,5 mg.L-1 na fase aerada e temperatura média de 24,7 ± 1,0 °C. Nesse mesmo período, a eficiência média de remoção de DQO foi de 94 ± 4 %. Apesar das dificuldades apresentadas no controle da aeração, as eficiências das remoções obtidas indicaram que o reator de leito estruturado e aeração intermitente (LEAI) se apresenta como uma alternativa promissora em escala plena, requerendo ajustes para construção e incremento da estabilidade da NDS. / The simultaneous nitrification and denitrification (SND) process allow achieving a combined nitrogen and carbon removal in a single unit. The structured-bed reactor, with immobilized biomass and internal recirculation, presents positive characteristics for occurrence of these involved processes, such as providing biofilm formation and prevent clogging. This configuration have been study successfully in a bench scale for sewage treatment. In this research was used a structured-bed reactor in a pilot scale in order to evaluate its implantation, efficiency and stability treating sewage in real conditions to future application in small communities, residential condominium among others, as decentralized treatment. The reactor was constructed with cylindrical glass fiber modules, with internal diameter of 0.8 m and 2.0 m height. The total volume was about 0.905 m3 and 0.642 m3 working volume. It was worked under continuous and intermittent aeration conditions and the tested hydraulic retention times (HRT) were 48, 36 e 24 hours. The maximum total nitrogen removal was 72.4 ± 6.4% ; the HRT was 48 hours with intermittent aeration, in which 2 hours in aeration and 1-hour nonaeration. An average dissolved oxygen (DO) concentration of 2.8 ± 0.5 mg.L-1 in the aerated time and an average temperature of 24.7 ± 1.0°C. In the same period, the average COD removal was 94 ± 4%. Despite of the difficulties presented in aeration control, the obtained removals indicated the structured-bed reactor subjected to recirculation and intermittent aeration (SBRRIA) can be a promising alternative in full scale, demanding adjustments to improve the reactor construction and the SND stability.

Os sistemas combinados anaeróbio/aeróbio para tratamento de esgotos sanitários têm sido considerados alternativas viáveis do ponto de vista técnico-econômico em relação aos sistemas tradicionais. Este trabalho apresenta os resultados obtidos com uma nova configuração de reator, composto por uma unidade central - um reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) modificado de 286 L, associado a um reator radial aerado de leito fixo (RRLF) de 215 L, disposto de maneira a circundar a zona de separação sólido/líquido/gás do reator UASB. A principal modificação no reator UASB foi, portanto, a incorporação, junto à sua parede externa, do RRLF. A alimentação do RRLF com o efluente do UASB dá-se através de aberturas laterais na parede do UASB, o que permitiu eliminar as calhas de coleta e sistemas de alimentação do segundo reator. Esse sistema foi alimentado com esgoto sanitário obtido da rede coletora de esgotos do campus da USP de São Carlos. Esperava-se obter remoção considerável de matéria orgânica solúvel e particulada, bem como a remoção parcial de nitrogênio. Foram obtidas eficiências médias de remoção de matéria orgânica (expressa como demanda química de oxigênio - DQO) e de sólidos suspensos voláteis (SSV), de 80% e 89%, respectivamente. Em condições de operação estável, os valores de DQO e SSV no efluente atingiram 110 mg/L e 16 mg/L, respectivamente. Observou-se, também, que o sistema apresentou grande estabilidade operacional, tendo a taxa de carregamento orgânico volumétrica atingido valores da ordem de 4,0 Kg DQO.m-3d-1. Nessas condições, o sistema atingiu eficiências de remoção de DQO e SSV da ordem de 90%. O sistema misto ensaiado mostrou ser uma configuração promissora, pois promoveu a remoção eficiente de matéria orgânica e de sólidos suspensos. Considera-se, no entanto, a necessidade de se introduzirem modificações no projeto RRLF que permitam o estabelecimento dos processos de nitrificação e desnitrificação nesse reator, uma vez que foi obtida baixa eficiência de nitrificação e, conseqüentemente, a remoção de nitrogênio foi prejudicada. / Integrated anaerobic/aerobic systems have been considered feasible alternatives concerning technical and economic aspects for treating domestic wastewaters. This paper presents the results obtained from the operation of this new reactor configuration, made up of a central unit - an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB), with a working volume of 286 L, associated to a radial-flow aerobic immobilized-biomass (RAIB), with a working volume of 215 L. The RAIB reactor circles the solid/liquid/gas separation zone. The main modification in the UASB reactor concerns this association with the RAIB. The UASB effluent was distributed through openings along its side walls to the RAIB, allowing the elimination of collecting channels and feeding devices from the latter reactor. The objective of this work was to promote organic matter (raw and soluble) and nitrogen removal from domestic sewage. Organic matter (as COD) and volatile suspended solids removal achieved efficiencies of 80% and 89%, respectively. Under stable operational conditions, the system effluent presented COD and volatile suspended solids values of 110 mg/L and 16 mg/L, respectively. Efficiencies of 90% for COD and volatile suspended solids removal were achieved with a organic loading rate of 4,0 Kg COD.m-3.d-1. This integrated system has shown to be a valid configuration, efficiently removing organic matter and suspended solids from the domestic wastewater. However, contrarily to expectations based on the previous studies with RAIB, nitrification was poor. Therefore, modifications to the RAIB design must be considered for the establishment of nitrogen removing processes.

Os sistemas de sinalização de dois componentes são sistemas prevalentes em bactérias, permitindo a adaptação a diferentes condições ambientais. O sistema de dois componentes classicamente possui uma proteína histidina quinase, o primeiro componente, capaz de reconhecer o estímulo ambiental e fosforilar o regulador de resposta, o segundo componente. Pseudomonas aeruginosa é uma proteobactéria ubíqua, capaz de infectar hospedeiros filogeneticamente distintos. Esse patógeno oportunista apresenta um dos maiores conjuntos de sistemas de dois componentes em bactérias, que permite que ela sobreviva numa grande gama de ambientes, incluindo humanos. P. aeruginosa UCBPP-PA14 apresenta pelo menos 64 histidina quinases e 76 reguladores de resposta codificados em seu genoma. Diversos sistemas de dois componentes já foram correlacionados com a virulência, sendo o sistema GacSA o exemplo melhor caracterizado. Há poucos estudos sistemáticos sobre o envolvimendo dos reguladores de resposta na virulência de P. aeruginosa e os sinais que induzem a ativação dos reguladores de resposta precisam ser encontrados. Para identificar novos reguladores de resposta envolvidos na patogenicidade, infecções in vitro em macrófagos e in vivo em Drosophila melanogaster foram realizadas neste trabalho. Os macrófagos foram infectados com cada mutante dos reguladores de resposta ou com a linhagem selvagem, e a produção da citocina pró-inflamatória TNF-α e o clearance bacteriano foram determinados. Alternativamente, as moscas foram infectadas utilizando-se a estratégia de feeding e a sobrevivência foi verificada. Utilizando-se essas abordagens, a identificação de diversos reguladores de resposta com papel na virulência foi alcançada, além de se corfirmar o papel de reguladores de resposta já estudados. Um dos novos genes envolvidos em virulência, PA14_26570 (nomeado neste trabalho de atvR), codifica um regulador de resposta atípico com substituição no aspartato fosforilável para glutamato, o que usualmente induz um estado sempre ativo. Um mutante não polar em atvR foi construído e macrófagos infectados com a linhagem ΔatvR confirmaram um maior clearance bacteriano e maior produção de TNF-α em comparação aos macrófagos infectados com a linhagem selvagem. Para comprovar a participação de AtvR durante a patogênese, um modelo de pneumonia aguda em camundongos foi utilizado. Camundongos infectados com a linhagem ΔatvR apresentaram uma maior sobrevivência em comparação aos camundongos infectados com a linhagem selvagem. Além disso, os camundongos infectados com ΔatvR apresentaram menor carga bacteriana, aumento no recrutamento de neutrófilos ativados e aumento na produção de citocinas pró-inflamatórias (TNF-α e IFN-γ). Utilizando-se uma abordagem transcritômica (RNA-Seq), foi determindo diversos genes são regulados positivamente na linhagem superexpressando AtvR em relação à linhagem controle. Dentre esses, os clusters de respiração anaeróbia nar, nir, nor e nos estão incluídos. Esse resultado foi confirmado por qRT-PCR e análises fenotípicas, em que a linhagem ΔatvR apresentou menor crescimento e expressão da nitrato redutase durante condições de hipóxia em comparação à linhagem selvagem. Em suma, neste trabalho foi demonstrado que diversos reguladores de resposta são importantes para a virulência de P. aeruginosa em macrófagos in vitro e in vivo em Drosophila, além de caracterizar o regulador de resposta atípico AtvR, que regula a respiração anaeróbica por desnitrificação, permitindo que P. aeruginosa possa infectar e colonizar o hospedeiro com maior eficiência. / Two-component systems are widespread in bacteria, allowing the adaptation to environmental changes. A two-component system is classically composed by a sensor kinase that phosphorylates a cognate response regulator. Pseudomonas aeruginosa is a ubiquitous proteobacterium able to cause disease in several hosts. This opportunistic pathogen presents one of the largest sets of two-component systems known in bacteria, which certainly contributes to its ability to thrive in a wide range of environmental settings, including humans. P. aeruginosa UCBPP-PA14 genome codes for at least 64 sensor kinases and 76 response regulators. Some response regulators are already known to be related to virulence, with the GacSA system as the best characterized. There are no systematic studies about the involvement of P. aeruginosa response regulators in virulence. Moreover, the input signal that triggers the response regulator activation is yet to be uncovered for most systems. To find new response regulators involved in virulence, in vitro infections werecarried out using macrophages. Briefly, the macrophages were infected with each response regulator mutant or the wild-type strain, the pro-inflammatory cytokine production (TNF-α) and the bacterial clearance were evaluated. Using this approach, we identified several response regulators involved in virulence, and we also confirmed the involvement of known response regulators in this process. One of the novel virulence-related response regulators, PA14_26570 (named here as AtvR), is an atypical response regulator with a substitution in the phosphorylable aspartate to glutamate, that usually leads to an always-on state. A non-polar mutant was constructed, and macrophage infection with ΔatvR confirmed an increased bacterial clearance as well as a higher TNF-α production as compared to the wild-type strain. To ascertain the role of AtvR during the pathogenic process, an acute pneumonia model was used. Mice infected with ΔatvR showed an increased survival as compared to mice infected with the wildtype strain. In addition, ΔatvR infected mice showed reduced bacterial burden, increased neutrophil recruitment and activation, as well as increased pro-inflammatory cytokine production (TNF-α and IFN-γ). Also, using a transcriptomic approach (RNASeq), we showed that several genes were upregulated in the strain overexpressing AtvR. These genes include the anaerobic respiration clusters nar, nir, nor and nos. This result was confirmed by qRT-PCR and phenotypic analysis, in which ΔatvR showed reduced growth and nitrate reductase expression during hypoxic conditions as compared to the wild-type strain. In conclusion, we have demonstrated that several response regulators are important for P. aeruginosa virulence in vitro. In addition, we further characterized the atypical response regulator AtvR, which regulates anaerobic respiration via denitrification, allowing this bacterium to infect and colonize the host more efficiently.