Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Alírio Rodrigues

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T23:31:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 292949.pdf: 1769631 bytes, checksum: 77ee48ec9b1f03dff06781e40b71d03e (MD5) / A remoção de nitrogênio por processos biológicos é realizada, principalmente, através da nitrificação e desnitrificação convencionais. Porém, muitas vezes é necessária a adição de fontes externas de carbono para a eliminação completa deste nutriente, encarecendo o processo. Para reduzir custos estão sendo utilizados compostos sulfurosos, como o tiossulfato e sulfetos como doadores de elétrons para a desnitrificação autotrófica. Deste modo, este trabalho teve como principal objetivo otimizar o processo de nitrificação e desnitrificação autotrófica via tiossulfato, em reator SBR (Sequencing Batch Reactor), utilizando-se uma cultura mista de microrganismos, com aeração intermitente. Após um período de adaptação da biomassa nitrificante à condição de alimentação de 500 mgS_S2O3-2/L e 129mgN_NH4+/L sob aeração constante, iniciou-se a aeração intermitente, testando-se quatro diferentes formas de adicionar meio ao reator: em quatro, três e dois pulsos e continuamente, somando sempre 500 mL de meio nutritivo adicionados ao reator em cada ciclo. O processo de remoção de nitrogênio mostrou-se mais eficiente quando a alimentação foi dividida em 4 pulsos de 125 mL, atingindo 61% de remoção de nitrogênio. Para tentar elevar a eficiência do processo aumentou-se a relação mássica YS/N para 5,38 mgS/mgN. Desta maneira, a remoção de nitrogênio ficou próxima a 80%. Verificaram-se também duas relações estequiométricas propostas na literatura para a desnitrificação autotrófica via tiossulfato, em testes anaeróbios em batelada, as seguintes relações foram testadas: 2,86 e 3,86 mgS/mgN. Os valores de YS/N obtidos nos testes foram 3,13 e 3,33 mgS/mgN, diferentes dos propostos teoricamente, sendo necessários mais testes para definir qual estequiometria é a que melhor descreve o processo. Além disso, visando verificar a atividade aeróbia das bactérias oxidadoras de enxofre, foi medida e detectada a oxidação aeróbia de tiossulfato, a velocidade específica de consumo de oxigênio pelas BOS foi de 1,044 mgO2/L.min. Os resultados obtidos mostram que a desnitrificação autotrófica via tiossulfato é viável, porém o processo de nitrificação no mesmo reator prejudica a eficiência de remoção de nitrogênio, já que ocorre oxidação aeróbia do tiossulfato, inviabilizado sua utilização na desnitrificação. / Nitrogen removal by biological processes is mainly done through the conventional nitrification and denitrification. However, it is often necessary to add external carbon sources for the complete elimination of this nutrient, increasing the costs of the process. To reduce costs, it has being used sulfur compounds such as thiosulfate and sulfide as electron donors for autotrophic denitrification. Thus, this study aimed to optimize the autotrophic nitrification and denitrification process via thiosulfate in SBR reactor (Sequencing Batch Reactor), using a mixed culture of microorganisms, with intermittent aeration. After an adjustment period of nitrifying biomass with full aeration at the feeding condition of 500 mgS_S2O3-2 and 129mgN_NH4+, it was started the intermittent aeration, testing four different ways to add the culture medium in the reactor: in four, three and two pulses and continuously adding 500 mL of nutrient medium to the reactor in each cycle. The process of nitrogen removal was more efficient when the medium was divided into four pulses of 125 mL each, reaching 61% nitrogen removal. To try to raise the efficiency, the mass ratio was increased to YS/N to 5.38 mgS/mgN. In this way, the nitrogen removal was close to 80%. It was also tested different stoichiometric ratios for autotrophic denitrification, via thiosulfate, in anaerobic batch tests with the following stoichiometric ratios: 2.86 and 3.86 mgS/mgN. The values obtained in the tests were 3.13 and 3.33 mgS/mgN, more tests are needed to define what is most appropriate stoichiometry. Furthermore, to verify the aerobic activity of sulfur-oxidizing bacteria, it was detected and measured aerobic oxidation of thiosulfate. The specific oxygen consumption rate by the SOB was 1.044 mgO2/L.min. The results have shown that autotrophic denitrification via thiosulfate is feasible, but the process of nitrification in the same reactor reduces the efficiency of nitrogen removal, since there is aerobic oxidation of thiosulfate, preventing its use in denitrification.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-23T04:05:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337519.pdf: 1977517 bytes, checksum: 9b01581f675b3cd468e17f330b9a62cd (MD5) Previous issue date: 2015 / O objetivo deste trabalho foi avaliar a melhor condição operacional de saturação do maciço filtrante componente de wetland construído vertical (WCV), em relação ao desempenho de tratamento de esgotos sanitários. O experimento foi conduzido ao longo de 210 dias em escala laboratorial e consistiu na utilização de quatro colunas de vidro com diâmetro interno de 96 mm, preenchidas com areia grossa (d10 = 0,25 mm, d60 = 1,63 mm e U = 6,5), com altura útil de 0,55 m. Cada coluna foi operada com uma condição de saturação de fundo específica: coluna C1 (drenagem livre); coluna C2 (0,20 m de saturação); coluna C3 (0,30 m de saturação) e coluna C4 (0,40 m de saturação). As colunas foram alimentadas com esgoto sanitário de forma intermitente, três vezes por dia (9h, 13h e 17h), três dias por semana. O carregamento orgânico aplicado em todas as colunas foi fixado em 41 gDQO.m-2.d-1. Amostras do esgoto bruto e efluentes de todas as colunas foram coletadas semanalmente, e submetidas às análises físico-químicas. Também, coletaram-se amostras do maciço filtrante para realização de análises de biologia molecular empregando FISH e sequenciamento de DNA, a fim de se identificar as comunidades bacterianas presentes. Verificou-se que a composição de um maciço filtrante com 0,40 m de saturação de fundo, apresentou-se com boa potencialidade de aplicação em WCV, pois atingiu elevadas remoções de DQO (88%) e sólidos suspensos (95%), além de apresentar as menores concentrações médias de nitrogênio total no efluente final. Através dos resultados do sequenciamento de DNA, foi possível identificar 157 diferentes gêneros de bactérias, sendo que o fundo da coluna C4 apresentou a maior diversidade, com um total de 105 gêneros diferentes, com uma proporção relativa de 11,7% de bactérias nitrificantes na interface saturada/drenagem livre. O gênero desnitrificante mais abundante na interface saturada/drenagem livre da C4 foi Rhodanobacter (28,4%); já para o fundo desta coluna, o gênero mais abundante foi Denitratisoma (15,8%). A partir da realização do experimento com colunas de areia, definiu-se a altura de 0,40 m de saturação de fundo para aplicação em um WCV descendente em escala piloto. Durante um período de monitoramento de 42 dias relativos ao start-up do wetland, o mesmo apresentou remoções médias de 76% de DQO, 75% de SS, 81% de P-PO43-, 48% de NT e 27% de N-NH4+.<br> / Abstract : The objective of this study was to evaluation the best operating condition bed media?s bottom saturation level in vertical constructed wetland (VCW) concerning sanitary wastewater treatment performances. The experiment was conducted over 210 days on the laboratory scale and consisted of the use of four glass columns with internal diameter of 96 mm. They were filled with coarse sand (d10 = 0.25 mm, d60 = 1.63 mm and U = 6.5), with useful height of 0.55 m. Each column was set up with a specific bottom saturation level: column C1 (free drainage); column C2 (0.20 m of saturation height); column C3 (0.30 m of saturation height); and column C4 (0.40 m of saturation height). The columns were intermittently fed with sanitary wastewater, three times per day (9 AM, 1 PM and 5 PM), three times per week. The organic loading applied to all columns was set at 41 gCOD.m-2.d-1. Raw sewage and treated effluent from all columns were periodically sampled and then submitted to physical-chemical analysis. Also, samples of the filtering bed media were taken for molecular biological analysis using FISH and DNA sequencing to identify the bacterial communities in the columns? bed media. It was verified that bed media setup with 0.40 m of bottom saturation presented with good potential application in VCW, it reached high removal of COD (88%) and suspended solids (95%), and to present the lowest average concentrations of total nitrogen in the final effluent. From the results of DNA sequencing, it was possible to identify 157 different genera of bacteria, and that the bottom of column C4 showed the highest diversity with a total of 105 different genera, with relative proportions of 11.7% of nitrifying bacteria in saturated/free drainage interface. The most abundant denitrifying genus in saturated interface/drainage free of column C4 was Rhodanobacter (28.4%); already to the bottom of this column the most abundant genus was Denitratisoma (15.8%). From the experiment with sand columns, defined the height of 0.40 m bottom saturation for use in a pilot scale WCV. Over a period of 42 days for monitoring the start-up, the wetland showed average of 76% removal of COD, 75% of SS, 81% of P-PO43+, 48% of NT and 27% of N-NH4+.

Made available in DSpace on 2018-08-24T22:53:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_6051_.pdf: 3289506 bytes, checksum: 8212fd5a40ef15886e95dfee18286491 (MD5) Previous issue date: 2012-08-31 / Este trabalho traz uma simulação de um sistema híbrido de tratamento de esgoto sanitário, com o objetivo de elucidar a possibilidade do suprimento carbonáceo da desnitrificação a partir do metano produzido em um reator anaeróbio e, efetivamente, transferido para a massa líquida de um reator que, por conjectura, estaria atuando na remoção de nitrogênio na forma de N-NO3. Para tanto, utilizou-se o biogás produzido em um reator UASB, o qual era submetido a um processo de armazenamento e depuração com vistas a tornar sua qualidade apta aos ensaios que sucederam. Tendo sido alcançada uma qualidade satisfatória (redução de 88% de CO2 e eliminação total do H2S), partiu-se para os ensaios de transferência de massa no sentido gás-líquido, os quais tiveram por objetivo primordial avaliar o aporte de metano para a fase líquida do reator desnitrificante. Constatou-se que o aumento da taxa de aplicação de biogás acarretou no aumento dos valores do coeficiente volumétrico de transferência - KLa (12,63h-1, 18,16h-1 e 22,9h-1 para taxas de aplicação de 10,7, 15,3 e 22,4 m3/m2.h respectivamente) e da capacidade global de transferência STR (1,33g/h, 1,87g/h e 2,56g/h para taxas de aplicação de 10,7, 15,3 e 22,4 m3/m2.h respectivamente), reduzindo, no entanto, a eficiência de transferência de massa - STE (13,83%, 13,63% e 11,63% para taxas de aplicação de 10,7, 15,3 e 22,4 m3/m2.h respectivamente). Verificou-se, também, que a altura de coluna dágua (mais especificamente, a posição do ponto de amostragem na coluna do reator) tem influência na resposta dos parâmetros cinéticos de transferência. Essa influência foi relacionada à dinâmica das bolhas em ascensão, em especial à coalescência das mesmas. De posse dos dados acerca da cinética de transferência de metano, partiu-se para a etapa de inquirição do suprimento carbonáceo da desnitrificação acoplada ao uso de metano (processos ME-Ds), a qual se delineou em torno de duas questões centrais: 1) o sistema permite a captura de carbono na forma de CH4 em quantidade suficiente para o atendimento da demanda carbonácea requerida nos processos ME-Ds? 2) a taxa com que esse carbono é transferido para a fase líquida do reator é capaz de sustentar as taxas de desnitrificação almejadas?. Constatou-se que, mesmo nos casos em que se captura carbono em quantidade suficiente, as limitações relativas à cinética de transferência de massa impossibilitam a manutenção de taxas de desnitrificação em níveis tidos como satisfatórios. Sendo assim, mesmo que a desnitrificação metano dependente seja viável de ocorrer a nível de bancada, esta pesquisa permitiu concluir preliminarmente que sistemas de tratamento de esgoto sanitário baseados na tecnologia ME-D, na prática, dificilmente são capazes de se auto sustentar.

Efluentes com grandes concentrações de fenol e nitrogênio amoniacal apresentam grande potencial poluidor ao meio ambiente. Exemplo deste tipo de despejo é o da unidade de coqueria da indústria siderúrgica que apresenta em termos quantitativos os fenóis como os principais constituintes orgânicos. Constituintes inorgânicos também estão presentes neste tipo de despejo e são principalmente cianeto, tiocianato, sulfato e nitrogênio amoniacal, sendo que a concentração deste último pode atingir níveis de centenas de miligramas por litro. No Estado de São Paulo, para atendimento às legislações em vigor - Decreto Estadual 8468/76 e Resolução CONAMA 357/05 - em termos de nitrogênio amoniacal e fenóis, as fontes poluidoras devem atender aos limites de emissão de 20 mg N/L para nitrogênio amoniacal total e 0,5 mg C6H5OH/L para índice de fenóis, e além disso, devem atender a classificação do corpo d\'água. Após resultados bem sucedidos de pesquisas realizadas anteriormente no Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da EPUSP objetivando remoção de compostos fenólicos e nitrogênio amoniacal, presentes em uma água residuária sintética de coqueria, através de nitrificação/desnitrificação do afluente em sistemas de lodo ativado, idealizou-se a presente pesquisa objetivando promover a nitrificação/desnitrificação de um despejo similar contendo altas concentrações de fenol (1000 mg/L) e nitrogênio amoniacal (500 a 1000 mgN/L) em sistema piloto de lodo ativado de lodo único, com duas concepções distintas: parcial (\"P\") a nitrito (ou \"nitritação/desnitritação\") em um primeiro caso, somente com fonte interna de carbono para a desnitrificação, e total (\"T\") num segundo caso, com fontes interna e externa de carbono. Além disso, também foi objetivo comparar os resultados obtidos do sistema piloto \"P\" com um sistema em bateladas seqüenciais operado paralelamente para remoção de nitrogênio via nitrito. A pesquisa permitiu concluir que o sistema contínuo, em virtude de seu regime operacional, não foi eficiente para remoção de nitrogênio via nitrito por não favorecer a manutenção de amônia livre na fase aeróbia em concentrações inibitórias aos microrganismos oxidadores de nitrito, já que segundo os resultados satisfatórios do sistema em bateladas seqüenciais, a existência de amônia livre e o pH se mostraram os principais parâmetros que regem o acúmulo de nitrito no reator. Apesar disso, o sistema apresentou resultados satisfatórios quanto à desnitrificação com fenol como fonte de carbono sendo que, durante toda a operação do sistema, o efluente final apresentou concentrações de fenol desprezíveis. Resumindo, o sistema contínuo só se mostrou adequado para remoção de nitrogênio via nitrato, ao passo que o sistema em batelada favoreceu a remoção via nitrito. Quanto ao sistema \"T\", que visava nitrificação/desnitrificação completa com fontes interna e externa de carbono, os resultados permitiram concluir que, apesar do etanol ser utilizado com eficiência pelas bactérias heterotróficas para promover a desnitrificação, seu uso como fonte externa de carbono não foi adequado em sistema de lodo único. Isto porque os microrganismos deixaram de utilizar o fenol na desnitrificação passando a utilizar somente o etanol, provocando acúmulo de fenol e desequilíbrio do sistema. Sendo assim, concluiu-se que o uso de etanol como fonte externa de carbono para a desnitrificação só seria recomendável em reator anóxico em separado, ou seja, em sistema de dois lodos e não de lodo único, como o da presente pesquisa. / Wastewaters containing high phenol and ammonium concentrations present a great pollutant potential to the environment. An example of this kind of effluent is the discharge of coke-plants, which presents, quantitatively, the phenols as the main organic compound. Inorganic compounds are also present in these wastewaters and are mainly cyanide, thiocyanate, sulphate and ammonium, the last one being able to achieve hundreds of milligrammes per litre. In Sao Paulo State, there are two legislations to be accomplished, State Decree 8468/76 and CONAMA Resolution 357/05 that stand that the polluters must accomplish the discharge limits of 20 mg N/L to total ammonium nitrogen and 0,5 mg C6H5OH/L to phenols, as well as accomplish the waterbody classification. The present research was planned after well succeded results of former researches in EPUSP\'s Hydraulic and Sanitation Engineering Department aiming to remove phenolic compounds and ammonium from a synthetic coke-plant wastewater, by nitrification/denitrification of the influent in activated sludge plants. The main purpose of this work was to remove nitrogen of a similar wastewater containing high phenol (1000 mg/L) and ammonium (500 a 1000 mgN/L) concentrations in two activated sludge pilot plants (single sludge): a partial one (\"P\") to remove nitrite (or \"nitritation/denitritation\") in the first case, only with internal carbon source for the denitrification, and a total one (\"T\") in a second case, with internal and external carbon sources. It was also aim of this work to compare the results obtained by the Partial (\"P\") pilot system with a parallel batch sequence reactor operated to remove nitrogen via nitrite. The research concluded that the continuos system, due to its operational characteristic, was not efficient to remove nitrogen via nitrite that does not favor the maintenance of free ammonia in the oxic phase in inhibitory concentrations to the nitrite oxidizers, as according to the wellsucceeded batch system, the existance of free ammonia and the pH have been the main parameters to raise the nitrite accumulation in the reactor. Nevertheless, the system presented satisfactory results to the denitrification with phenol as carbon source and, during the whole experimental work, the final effluent just showed despicable phenol concentrations. Summing up, continuos system was just adequate to remove nitrogen via nitrate, while the batch system favored its removal via nitrite. Due to the Total (\"T\") system which aims to complete nitrification/denitrification with internal and external carbon sources, the results showed that, despite ethanol having been successfully used by the heterotrophic bacteria to denitrification, its use as external carbon source was not adequate in single sludge system, because the microorganisms do not use phenol in denitrification, just using ethanol, causing phenol accumulation and unbalance of the system. Therefore, it was concluded that the use of ethanol as external carbon source to denitrification would be recommended only in anoxic separated reactor, i.e., in a double sludge system and not in a single sludge one, as this research.

Disertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Chia-Yau Cheng

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-23T04:04:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337521.pdf: 7414124 bytes, checksum: 0aaf4be1c70017105366642a546315ab (MD5) Previous issue date: 2015 / O objetivo desta pesquisa foi avaliar o desempenho na remoção de nitrogênio em sistemas de wetlands de fluxo vertical para o tratamento de efluente doméstico bruto (Sistema Francês), com o aporte da biologia molecular para a compreensão dos processos. O estudo foi realizado na França ao longo de 16 meses. Dois filtros pilotos com superfície de 2m² cada foram testados e operados com um ciclo de alimentação intermitente (2,5 dias e carga hidráulica aplicada de 0,23 m/d) e um ciclo de repouso (4,5 dias). Uma camada de saturação foi criada no fundo do filtro a fim de propiciar condições para a desnitrificação subsequente à nitrificação. Duas profundidades de saturação foram testadas: 25 cm e 15 cm. O monitoramento incluiu parâmetros físico-químicos (SST, DQO dissolvida, N-NH4+, NTK e N-NO3-), bem como, medições contínuas (Eh, O2, °C e comportamento hidráulico). As análises estatísticas demostraram que o melhor desempenho de remoção para os parâmetros analisados ocorreu quando os filtros operaram com 25 cm de saturação (com TDH teórico de 6,66 h). Os resultados de todos os parâmetros avaliados demonstraram variações no desempenho do sistema, além de indicar que melhorias no projeto ou adição de um estágio de tratamento posterior são necessárias para que seja possível a remoção completa do nitrogênio. Levando em consideração que cada filtro piloto representa um único filtro do primeiro estágio do Sistema Francês, as eficiências de remoção (nitrificação de 57% e desnitrificação de 85%) foram consideradas satisfatórias. Em relação à verificação do perfil microbiano, três filtros em escala piloto e quatro estações em escala real foram testados. Para todos os sistemas avaliados não houve diferença estatística em relação aos diferentes pontos de coletas, demostrando uma boa e homogênea repartição do afluente na superfície dos filtros. Uma maior quantidade (n° cópias gene/g pellet) de bactérias nitrificantes foi observada no período de inverno, o que retrata um efeito temporal, visto que as bactérias nitrificantes possuem crescimento lento. Através do sequenciamento, foi observado para ambos os filtros a presença dos gêneros Nitrosonomas, Nitrosospira e Nitrospira, sendo dominantes as bactérias oxidantes de amônia (AOB). Os filtros pilotos apresentaram diferença significativa (p: 0,001) para a variável estação do ano. Todas as estações em escala real apresentaram resultados semelhantes. Dentre as profundidades testadas, a maior quantidade de AOB foi observada em 30 cm. Esse resultado demonstra que a camada de matéria orgânica depositada na superfície tem papel importante na estrutura do perfil microbiano. O ciclo de alimentação/repouso avaliado apresentou um aumento quantitativo e qualitativo na comunidade bacteriana nos dias de alimentação e decaimento nos dias de repouso, o que demonstra a dinâmica de crescimento das bactérias. Esse resultado pode indicar que um período de repouso utilizado no Sistema Francês de no máximo sete dias é suficiente para impedir que haja decaimento excessivo da comunidade bacteriana, otimizando, assim, a eficiência do tratamento.<br> / Abstract : This research aims to evaluate the performance on nitrogen removal in vertical flow wetlands systems for the treatment of raw wastewater (French system), with the contribution of molecular biology to understand the processes. This study was performed in France over 16 months. Two pilot systems with 2m² surfaces each, were tested and operated with intermittent feeding cycle (2.5 days and a 0.23 m/d applied hydraulic load) and 4.5 days resting cycle. A saturation layer was created in the in the filter background in order to provide conditions for the denitrification subsequent to nitrification. Two saturations depths were tested: 25 and 15 cm. The monitoring included physico-chemical parameters (TSS, dissolved COD, NH4+ - N, NO3- - N and TKN), as well as continuous measurements (Eh, O2, °C and hydraulic behavior). The statistical analysis demonstrated that the best removal performance for the parameters analyzed occurred when the filters operated at 25 cm saturation (with theoretical HRT of 6.66 h). The results of all evaluated parameters showed variations in system performance, they also indicate that improvements in the design or addition of a further processing stage are required so that complete removal of nitrogen is possible. Considering that each pilot filter represents a single filter of the first stage of the French system, the removal efficiencies (57% nitrification and 85% denitrification) were considered satisfactory. Regarding the verification of the microbial profile, three pilot scale filters and four real scale systems were tested. For all evaluated systems, there was no statistical difference in relation to the different collection points, demonstrating a good and homogeneous distribution of the surface of the affluent filters. A larger amount (nº gene copies/g pellet) of nitrifying bacteria was observed in the winter period, which illustrates a temporal effect, since the nitrifying bacteria have slow growth. Through sequencing, it was observed for both filters the presence of Nitrosomonas sp, Nitrosospira sp and Nitrospira sp, being dominant ammonia oxidizing bacteria (AOB). The pilots systems showed significant differences (p: 0.001) for the variable season of year. All full-scale systems showed similar results. Among the tested depths, the greater amount of AOB was observed in 30 cm. This result shows that the organic matter layer deposited on the surface, plays an important role in microbial profile structure. The evaluated feeding?resting cycles showed a quantitative and qualitative increase in the bacterial community in the feeding days and decay in the resting days, which demonstrates the growing bacteria dynamic. This result can indicate that a resting period used in the French System of up to seven days, is enough to prevent excessive decay of the bacterial community, thus optimizing the efficiency of the treatment.

Efluentes com grandes concentrações de fenol e nitrogênio amoniacal apresentam grande potencial poluidor ao meio ambiente. Exemplo deste tipo de despejo é o da unidade de coqueria da indústria siderúrgica que apresenta em termos quantitativos os fenóis como os principais constituintes orgânicos. Constituintes inorgânicos também estão presentes neste tipo de despejo e são principalmente cianeto, tiocianato, sulfato e nitrogênio amoniacal, sendo que a concentração deste último pode atingir níveis de centenas de miligramas por litro. No Estado de São Paulo, para atendimento às legislações em vigor - Decreto Estadual 8468/76 e Resolução CONAMA 357/05 - em termos de nitrogênio amoniacal e fenóis, as fontes poluidoras devem atender aos limites de emissão de 20 mg N/L para nitrogênio amoniacal total e 0,5 mg C6H5OH/L para índice de fenóis, e além disso, devem atender a classificação do corpo d\'água. Após resultados bem sucedidos de pesquisas realizadas anteriormente no Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da EPUSP objetivando remoção de compostos fenólicos e nitrogênio amoniacal, presentes em uma água residuária sintética de coqueria, através de nitrificação/desnitrificação do afluente em sistemas de lodo ativado, idealizou-se a presente pesquisa objetivando promover a nitrificação/desnitrificação de um despejo similar contendo altas concentrações de fenol (1000 mg/L) e nitrogênio amoniacal (500 a 1000 mgN/L) em sistema piloto de lodo ativado de lodo único, com duas concepções distintas: parcial (\"P\") a nitrito (ou \"nitritação/desnitritação\") em um primeiro caso, somente com fonte interna de carbono para a desnitrificação, e total (\"T\") num segundo caso, com fontes interna e externa de carbono. Além disso, também foi objetivo comparar os resultados obtidos do sistema piloto \"P\" com um sistema em bateladas seqüenciais operado paralelamente para remoção de nitrogênio via nitrito. A pesquisa permitiu concluir que o sistema contínuo, em virtude de seu regime operacional, não foi eficiente para remoção de nitrogênio via nitrito por não favorecer a manutenção de amônia livre na fase aeróbia em concentrações inibitórias aos microrganismos oxidadores de nitrito, já que segundo os resultados satisfatórios do sistema em bateladas seqüenciais, a existência de amônia livre e o pH se mostraram os principais parâmetros que regem o acúmulo de nitrito no reator. Apesar disso, o sistema apresentou resultados satisfatórios quanto à desnitrificação com fenol como fonte de carbono sendo que, durante toda a operação do sistema, o efluente final apresentou concentrações de fenol desprezíveis. Resumindo, o sistema contínuo só se mostrou adequado para remoção de nitrogênio via nitrato, ao passo que o sistema em batelada favoreceu a remoção via nitrito. Quanto ao sistema \"T\", que visava nitrificação/desnitrificação completa com fontes interna e externa de carbono, os resultados permitiram concluir que, apesar do etanol ser utilizado com eficiência pelas bactérias heterotróficas para promover a desnitrificação, seu uso como fonte externa de carbono não foi adequado em sistema de lodo único. Isto porque os microrganismos deixaram de utilizar o fenol na desnitrificação passando a utilizar somente o etanol, provocando acúmulo de fenol e desequilíbrio do sistema. Sendo assim, concluiu-se que o uso de etanol como fonte externa de carbono para a desnitrificação só seria recomendável em reator anóxico em separado, ou seja, em sistema de dois lodos e não de lodo único, como o da presente pesquisa. / Wastewaters containing high phenol and ammonium concentrations present a great pollutant potential to the environment. An example of this kind of effluent is the discharge of coke-plants, which presents, quantitatively, the phenols as the main organic compound. Inorganic compounds are also present in these wastewaters and are mainly cyanide, thiocyanate, sulphate and ammonium, the last one being able to achieve hundreds of milligrammes per litre. In Sao Paulo State, there are two legislations to be accomplished, State Decree 8468/76 and CONAMA Resolution 357/05 that stand that the polluters must accomplish the discharge limits of 20 mg N/L to total ammonium nitrogen and 0,5 mg C6H5OH/L to phenols, as well as accomplish the waterbody classification. The present research was planned after well succeded results of former researches in EPUSP\'s Hydraulic and Sanitation Engineering Department aiming to remove phenolic compounds and ammonium from a synthetic coke-plant wastewater, by nitrification/denitrification of the influent in activated sludge plants. The main purpose of this work was to remove nitrogen of a similar wastewater containing high phenol (1000 mg/L) and ammonium (500 a 1000 mgN/L) concentrations in two activated sludge pilot plants (single sludge): a partial one (\"P\") to remove nitrite (or \"nitritation/denitritation\") in the first case, only with internal carbon source for the denitrification, and a total one (\"T\") in a second case, with internal and external carbon sources. It was also aim of this work to compare the results obtained by the Partial (\"P\") pilot system with a parallel batch sequence reactor operated to remove nitrogen via nitrite. The research concluded that the continuos system, due to its operational characteristic, was not efficient to remove nitrogen via nitrite that does not favor the maintenance of free ammonia in the oxic phase in inhibitory concentrations to the nitrite oxidizers, as according to the wellsucceeded batch system, the existance of free ammonia and the pH have been the main parameters to raise the nitrite accumulation in the reactor. Nevertheless, the system presented satisfactory results to the denitrification with phenol as carbon source and, during the whole experimental work, the final effluent just showed despicable phenol concentrations. Summing up, continuos system was just adequate to remove nitrogen via nitrate, while the batch system favored its removal via nitrite. Due to the Total (\"T\") system which aims to complete nitrification/denitrification with internal and external carbon sources, the results showed that, despite ethanol having been successfully used by the heterotrophic bacteria to denitrification, its use as external carbon source was not adequate in single sludge system, because the microorganisms do not use phenol in denitrification, just using ethanol, causing phenol accumulation and unbalance of the system. Therefore, it was concluded that the use of ethanol as external carbon source to denitrification would be recommended only in anoxic separated reactor, i.e., in a double sludge system and not in a single sludge one, as this research.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:35:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2216_1.pdf: 882149 bytes, checksum: 3c08b499446a409d8a16c96820f252d3 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este trabalho avaliou a aplicação de reatores híbridos na remoção simultânea de carbono e nitrogênio. Foram utilizados dois conjuntos de reatores formados por reator anaeróbio (UASB + Filtro anaeróbio) e reator aeróbio (Lodos ativados + Biofiltro aerado submerso). O tempo de detenção hidráulica (TDH) dos reatores anaeróbios foi fixado em 8 horas enquanto um reator aeróbio operou com TDH de 8 horas e outros de 4, o experimento foi divido em duas fases com e sem recirculação. Quando operado sem recirculação os reatores anaeróbios obtiveram eficiência de DQObruta de 83% com a recirculação a eficiência diminuiu para 79%, a adição do reator aeróbio com THD de 4 horas não apresentou melhoria significativa na remoção de matéria orgânica, o reator aeróbio com TDH de 8 horas melhorou em 6 pontos percentuais a eficiência em ambas as fases. Com relação à nitrificação os reatores aeróbios apresentaram comportamento semelhante após a formação da biomassa, a alcalinidade presente no efluente foi suficiente para auxiliar a nitrificação. Na fase 2 todo no nitrato recirculado foi desnitrificado, o carbono presente no meio foi suficiente para a desnitrificação, o efluente apresentou concentração de nitrato inferiores a 8 mg/L, 88% dos dados, do reator aeróbio com TDH de 8 horas, atenderam ao padrão estabelecido pela CONAMA 379/2008 em relação ao nitrogênio amoniacal o percentual foi de 70% para reator com TDH de 4 horas

O principal objetivo desse trabalho foi desenvolver uma nova configuração de biofiltro aerado submerso utilizado no pós-tratamento do efluente de reator UASB, capaz de realizar nitrificação e desnitrificação em um único sistema. Em busca de bases operacionais dessa nova configuração, a pesquisa foi inicialmente conduzida com três reatores seqüenciais. Esses reatores foram dispostos nas seqüências I e II, respectivamente. Os resultados obtidos com esses sistemas seqüenciais levaram a concepção do projeto da nova configuração do biofiltro proposto (BF definitivo). Os resultados da seqüência I mostraram alto potencial para conversão de nitrogênio amoniacal e total, e também alta eficiência na remoção da matéria orgânica carbonácea. Esse sistema, porém, não apresentou potencial para desnitrificação. Na seqüência II foi realizada recirculação entre dois reatores do sistema (anóxico e aeróbio) para aumento de tal potencial. O maior potencial de desnitrificação, nessa seqüência, foi observado para razão de recirculação, Rc, igual a 2,65 e com o uso de 40%, em volume, de esgoto sanitário bruto como fonte de carbono. Sob essas condições operacionais, para concentração média afluente ao sistema igual a 33,74 mg de \'N-\'NH IND.3\'/L as concentrações efluentes médias de \'N-NH IND.3\', \'N-NO IND.2\'POT.-\' e \'N-NO IND.3\'POT.-\' foram, respectivamente, iguais a 0,16, 0,0026 e 9,72 mg/L. Os resultados do BF definitivo mostraram que a nova configuração proposta é viável como unidade de pós-tratamento de efluente de reator UASB, promovendo nitrificação e desnitrificação em um único sistema, além de alta eficiência de remoção da matéria orgânica. Em todas as fases dessa pesquisa, praticamente, todos os resultados obtidos atenderam ao padrão de lançamento de nitrogênio amoniacal estabelecido pela legislação ambiental. / The main objective of this work was developing a new configuration of submerged aerated biofilter used in UASB reactor post-treatment, with nitrification and denitrification in a single system. Searching operational bases of this new configuration, this research was initially driven by three sequential reactors. These reactors were arranged in the sequences I and II, respectively. The results obtained with these sequential systems took the conception of the project of the new configuration of the proposed biofilter (definitive BF). The results of the sequence I showed high ammoniacal and total nitrogen conversion potential, and also high carbonaceous organic matter removal efficiency. This system, however, not presented potential for denitrification. In the sequence II recirculation between two reactors (anoxic and aerated) of the system was made for such potential increasing. The higher denitrification potential, in this sequence, was observed with recirculation reason, Rc, equal to 2,65 and using 40%, in volume, of raw sanitary sewage as carbon source. Under these operational conditions, for average affluent concentration of 33,74 mg of \'N-NH IND.3\'/L the average effluent concentrations of \'N-NH IND.3\', \'N-NO IND.2\'POT.-\' e \'N-NO IND.3\'POT.-\' were, respectively, equal to 0,16, 0,0026 and 9,72 mg/L. The results of the definitive BF showed that the new proposed configuration is feasible as effluent UASB post-treatment unity, with nitrification and denitrification in a single system, besides high organic matter removal efficiency. Practically in all the phases of this research, all the results obtained attended to the launch standard of ammoniacal nitrogen established by the environmental legislation.