Este trabalho apresenta o desempenho de um sistema de reatores seqüenciais em batelada aeróbio/anaeróbio, na remoção de matéria carbonácea (DQO) e nitrogenada, no tratamento de esgoto sanitário sintético, simulando esgoto doméstico. O sistema era composto por dois reatores dispostos em série, um aeróbio (RSBAe), responsável pela remoção de matéria carbonácea e nitrificação e outro, anaeróbio (RSBAn), responsável pela desnitrificação. Os reatores foram construídos em acrílico transparente, com volume total de 16,5 L e volume útil de 13,5 L. A operação dos reatores foi realizada com ciclos de 12h e 24h, na fase de adaptação, e de 24h, nas fases subseqüentes. O RSBAn foi agitado intermitentemente recirculando-se o biogás produzido e o RSBAe foi aerado/misturado continuamente. Foram testadas, como fontes de carbono para a desnitrificação, seis diferentes substratos, sendo que eram compostos por combinações dos constituintes do substrato sintético (variações percentuais de proteínas, carboidratos e lipídeos em termos de DQO), e as outras duas, metanol e etanol. A eficiência atingida, na remoção de DQO, foi em média de 95%, e as eficiências alcançadas na nitrificação e desnitrificação foram em média de 99%, para qualquer uma das fontes de carbono utilizadas. / This work presents the performance of (aerobic/anaerobic) sequencing batch reactors in the removal of carbonaceous (COD) and nitrogen matter treating synthetic substrate, simulating domestic wastewater. The system was composed of two reactors in series, one aerobic (RSBAe), responsible for the carbonaceous and nitrogen removal and another, anaerobic (RSBAn), responsible for denitrification. The reactors were built in transparent Plexiglas with total volume of 16,5 L and useful volume of 13,5 L. The reactors operation was carried out with cycles of 12h and 24h, in the adaptation phase, and 24h, in the other phases. The RSBAn were agitated intermittently by recycling the produced biogas and the RSBAe were aerated/agitated continuously. Six different subtracts were tested as carbon sources for denitrification four of them were composed by synthetic substrate combinations (percent variations of protein, carboidrates and lipids as COD) and the other two, methanol and ethanol. The COD removaI efficiency, in the COD removal, was about 95%, and the achieved efficiency in the nitrification and denitrification were about 99%, for any of the carbon source assayed.

Um sistema de tratamento constituído de um reator anaeróbio de mistura completa e um reator anaeróbio compartimentado (ABR) foi operado durante 140 dias para estudar os efeitos do pré-tratamento das águas residuárias de uma indústria química, por carvão ativado em pó (CAP), e suas implicações nos processos de nitrificação e desnitrificação. Utilizou-se, no pré-tratamento do resíduo, duas concentrações de carvão ativado em pó. Para aplicação de 10 mg/l de CAP a remoção de DQO foi de 60% e a de NTK foi de 50%. Nesta fase, os processos de remoção de nitrogênio foram plenamente viabilizados. Para 5 mg/l de CAP a remoção de DQO foi de 44% e a remoção de NTK 46%, neste período se observou inibição por metais pesados e acúmulo de nitrito no sistema. / A treatment system composed of both an aerobic complete-mix reactor and a anaerobic baftled reactor (ABR) was operated for 140 days to study the effects of the treatment of wastewater chemical industry by powdered activate carbon (PAC) and its implications in nitrification - denitrification processes. In the residue preliminary treatment, two concentrations of PAC were used. For the application of 10 mg/l of CAP the removal of COD was 60% and the removal of TKN was 50%. In this phase, the processes of nitrogen removal were possible to be completely carried out. For 5 mg/l of CAP, the removal of COD was 44% and the removal of TKN 46%. In this period, the inhibition by heavy metaIs and nitrite accumulation in the system was observed.

Esta pesquisa teve por objetivo a produção de elementos para a avaliação da viabilidade de se agregar novas tecnologias a uma estação de tratamento de esgoto sanitário pelo processo de lodo ativado com aeração prolongada em escala real. O estudo foi desenvolvido na ETE Limoeiro da SABESP, localizada no Município de Presidente Prudente/SP. Foi estudado a remoção biológica de nitrogênio via nitrificação e desnitrificação simultânea (NDS), controlando-se a idade do lodo e o sistema de fornecimento de ar por meio de sensores de concentração de oxigênio dissolvido de luminescência (LDO), amônia e nitrato, e de potencial de óxido-redução instalados nos tanques de aeração. No controle do processo foi avaliado a emissão de óxido nitroso e determinado os parâmetros cinéticos da nitrificação e desnitrificação, por meio de testes respirométricos. Foi utilizado a técnica de biologia molecular de FISH para identificação das bactérias nitritantes, nitratantes e desnitrificantes envolvidas no processo da NDS. Em termos de remoção de matéria orgânica, a qualidade do efluente final foi compatível aos processos de lodos ativados tradicionais com OD na faixa de 2,0 mgO2/L, com eficiências entre 85 a 95% de DQO e DBO. Os resultados demostraram que a nitrificação do esgoto ocorreu de forma eficiente, resultando concentrações de amônia no efluente final menores que 3,8 mgNNH3/ L. Os resultados de concentração de nitrato no efluente final do processo de lodos ativados demonstram a expressiva eficiência do processo de desnitrificação, resultando em concentrações de nitrato no efluente final menores que 2,5 mgNNO3/ L. A otimização do sistema de aeração resultou em uma economia média de 34% com o gasto de energia elétrica para aeração do sistema. Conclui-se que o processo de lodos ativados com nitrificação e desnitrificação simultânea de fluxo contínuo é uma alternativa promissora de tratamento, a ser considerada tano nos estudos de concepção para implantação de novas estações como na adaptação de processos de lodos ativados já existentes. / This research aimed at the production of elements for assessing the feasibility of adding new technologies to a sewage treatment plant for sludge process with extended aeration activated in real scale. The study was developed in ETE Limoeiro SABESP, located in the Municipality of President Prudente / SP. Biological nitrogen removal by biological nitrification and simultaneous denitrification was studied (NDS), controlling the sludge age and the system supply air through oxygen concentration sensors dissolved luminescence (LDO), ammonia and nitrates, and the redox potential installed in the aeration tanks. In process control, the emission of nitrous oxide was evaluated and determined the kinetic parameters of nitrification and denitrification, by molecular biology techniques FISH was the identification nitritantes bacteria and denitrifying nitratantes involved in the process of NDS. In terms of removal of organic matter, the effluent quality is compatible to traditional activated sludge processes, with efficiencies from 85 to 95% of COD and BOD. The results showed that the sewer nitrification took place efficiently, resulting in ammonia concentrations in the final effluent smaller than 3.8 NH3 mgN / L. The nitrate concentration results in the final effluent from the activated sludge process demonstrate the significant efficiency of denitrification process, resulting in nitrate concentration in the final effluent smaller than 2.5 mgNNO3 / l. Optimization of the aeration system resulted in an average savings of 34% with the electricity spent aeration system. We conclude that the activated sludge process with nitrification and denitrification simultaneous streaming is a promising alternative treatment to be considered thane in design studies for implementation of new stations as the adaptation of sludge processes already activated.

Recentemente foi desenvolvido na Europa o processo conhecido por Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (NDS), em que o lodo ativado opera com tempo de retenção de sólidos suficientemente altos para que a nitrificação ocorra mesmo com baixa concentração de oxigênio dissolvido nos tanques de aeração, situação em que é possível a manutenção de condições anóxicas no interior dos flocos e a ocorrência da desnitrificação. Em países de clima tropical, muitas estações de tratamento de esgoto foram construídas ou estão sendo projetadas para operarem sob as condições da variante do processo de lodo ativado conhecida por aeração prolongada, reconhecidamente eficiente na remoção de matéria orgânica e na nitrificação do esgoto. Tais estações podem ser adaptadas para estas novas condições, de forma a se obter o benefício técnico da desnitrificação e o ganho econômico relativo à redução no consumo de energia elétrica para aeração. Este estudo avaliou as condições de remoção de nitrogênio via NDS em um sistema de lodo ativado com aeração prolongada alimentada em fluxo contínuo com diferentes idades do lodo 40, 30 e 20 dias, tratando esgoto sanitário. O processo de tratamento permaneceu estável durante todo o período de observação. Os resultados experimentais demonstram que é possível manter baixas concentrações de OD no tanque de aeração em uma faixa relativamente estreita (0,3-0,8 mg.L-1), e, consequentemente desenvolver os processos de nitrificação e desnitrificação sob as mesmas condições (NDS) com alta eficiência e estabilidade. A remoção de DQO e DBO foi acima de 90 por cento . Os valores de crescimento específico máximo (m20) das bactérias autotróficas nitritantes e nitratantes, resultaram muito próximos aos descritos na literatura, sendo para a idade do lodo de 20 dias os valores de 0,68 d-1 para as bactérias nitritantes e de 0,62 d-1 para as bactérias nitratantes. Os valores das taxas de utilização máxima de amônia foram maiores do que as obtidas com o nitrito e, pode-se observar que o acúmulo de nitrato devido à diminuição da amônia foi mais rápido do que o com nitrito. Desse modo, conclui-se que a nitrificação foi governada pelas bactérias autotróficas nitritantes. A taxa de utilização de nitrato foi maior tendo como substrato material rapidamente biodegradável. Confirmando que a disponibilidade de carbono tem papel fundamental nas taxas de desnitrificação no processo de NDS / It was developed in Europe the process known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) in activated sludge that operates with a SRT, high enough for nitrification to occur, even with low concentration of dissolved oxygen in the aeration tanks. Such situation in the tanks is possible to maintain anoxic conditions inside the flocs and to have the occurrence of denitrification. In countries with tropical climate, many sewage treatment plants have been built or are being designed to operate under the conditions of the variant of the activated sludge process known as extended aeration, admittedly effective in removing organic matter and nitrification of the sewage. Such plants may be adapted to these new conditions in order to obtain the technical benefit of denitrification and economic gain on the reduction in energy consumption for aeration. This study aimed at assessing the conditions of nitrogen removal by SND in a system of extended aeration activated sludge in a continuous flow, with different SRT of 40, 30 and 20 days, treating sewage. The process of treatment remained stable throughout the observation period. The experimental results show that it is possible to maintain low DO concentrations in the aeration tank in a relatively narrow range (0.3 to 0.8 mg.L-1), and hence develop the processes of nitrification and denitrification under the same conditions (NDS) with high efficiency and stability. The BOD and COD removal was above 90 per cent . The values of maximum specific growth (m20) of bacteria autotrophic nitrites and nitrates, are the result very similar to those described in the literature, for the sludge age of 20 days the values of 0.68 d-1 for nitrites bacterium and 0,62 d-1 for nitrates bacterium. The values of the maximum utilization rates of ammonia were higher than those obtained with the nitrite and can be observed that the accumulation of nitrate of ammonia due to the decrease was faster than with nitrite. This way, it was concluded that nitrification was ruled by autotrophic nitrites. The utilization rate of nitrate was higher as substrate material readily biodegradable. Confirming that the availability of carbon performs a fundamental role in the denitrification rates in the process of SND

O objetivo deste trabalho foi o de avaliar o desempenho de um reator de leito estruturado submetido à aeração intermitente (LEAI) na remoção de matéria orgânica e nitrogênio de esgoto sanitário. O reator apresentava um volume total de 11,6 L, com uma porosidade do leito de 52%. O leito estruturado era composto de 13 estruturas cilíndricas (diâmetro igual a 3 cm) de espuma de poliuretano, dispostas verticalmente no interior do reator. A alimentação do reator era feita continuamente com esgoto sanitário, sendo este proveniente de um interceptor de esgoto que passava próximo ao laboratório onde o sistema foi montado. O reator era provido de sistema de recirculação interna, com razão de recirculação igual a 3, valor este adotado após a realização de ensaios hidrodinâmicos. Foram testadas 4 condições operacionais diferentes, variando-se o tempo de detenção hidráulica (TDH) e os períodos de aeração e não aeração. Para cada condição operacional, foram feitos os seguintes estudos: avaliação da eficiência de remoção de matéria orgânica e nitrogênio, determinação da atividade nitrificante e desnitrificante, determinação do número mais provável (NMP) da comunidade nitrificante e desnitrificante, perfis temporais e análise da comunidade microbiana. O sistema apresentou elevada remoção de N-total, com valores médios de 80% para valores de TDH de 12 e 10 horas, sob 2 horas de aeração e 1 hora sem aeração. Com a diminuição do TDH para 8 horas, houve queda na eficiência do sistema para 70% (mantendo-se os períodos de aeração de 2 horas e não aeração de 1 hora). Alterando-se o período de aeração para 3 horas, mantendo-se em 1 hora o período sem aeração, o reator apresentou eficiência média de remoção de N-total de 79% com o TDH de 8 horas. A remoção de DQO foi elevada em todas as fases, com valores médios em torno de 90%. Os resultados da atividade nitrificante e desnitrificante foram condizentes com valores encontrados na literatura para sistemas que operam com remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio. Os perfis temporais mostraram que não houve variação nas formas de nitrogênio (N-NH4+, N-NO2- e N-NO3-) no efluente, apesar da operação sob a aeração intermitente devido ao grau de mistura imposto pela recirculação interna. A concentração de sólidos no efluente foi relativamente baixa quando comparada à concentração de efluentes de reatores de biomassa suspensa, com valor máximo de SSV igual a 108mgSSV.L-1. A presença do Metazoário Aelosomas sp no efluente do reator indica um possível consumo do lodo excedente no reator por esses microrganismos. As análises microbiológicas mostraram uma elevada abundância relativa de gêneros aeróbios facultativos, capazes de utilizar N-NO3- e N-NO2- como receptor de elétrons na ausência de oxigênio. Também se verificou a presença do gênero Comamonas sp em elevada abundância relativa. Esse gênero apresenta microrganismos capazes de realizar a nitrificação heterotrófica e a desnitrificação aeróbia. No entanto, os ensaios realizados não permitem inferir sobre a ocorrência desses processos. Desse modo, os processos convencionais de nitrificação e desnitrificação, tanto pela estratificação do biofilme devido à formação de gradiente de concentração de oxigênio dissolvido, quanto devido à aeração intermitente, certamente tiveram papel preponderante na remoção de nitrogênio. Os resultados obtidos permitem considerar o reator LEAI como uma alternativa tecnicamente viável para a remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio de esgotos sanitários. / This study aimed at evaluating the organic matter and nitrogen removal from sewage in a structured bed reactor subjected to intermittent aeration. The reactor had a total volume of 11.6 L and bed porosity of 52%. Thirteen polyurethane foam cylinders of 3 cm diameter and 60 cm height were fixed vertically inside the reactor using PVC rods. The reactor was continuously fed with sewage collected from a sanitary sewer passing near the laboratory where the system was assembled. The reactor was provided with internal recirculation system with a recirculation ratio at 3, a value adopted after conducting hydrodynamic tests. Four different operating conditions were tested, varying the hydraulic retention time (HRT) and aeration and non-aeration periods. Nitrogen and organic matter removal efficiencies, nitrifying and denitrifying activities, and the most probable number (MPN) of nitrifying and denitrifying communities were evaluated for each operational condition. The reactor presented a Total-N removal efficiency of 80%, at HRT of 12 hours and 10 hours and aerated and non-aerated periods of 2 hours and 1 hour, respectively. With decreasing the HRT to 8 hours, the Total-N removal efficiency decreased to 70% for the same aeration and non-aeration periods. After increasing the aerated period to 3 hours and keeping the non-aerated periods of 1 hour and HRT of 8 hours, the system attained the Total-N removal efficiency of 79%. COD removal efficiencies were about 90% in all operational condition. Nitrifying and denitrifying activities were similar to those found in the literature for systems presenting simultaneous nitrification and denitrification, and carbon removal. No variation in nitrogen forms (NO3--N, NO2--N and NH4+-N) was observed during a cycle of intermittent aeration. The solids concentration in effluent was relatively low compared to the concentration of suspended-growth biomass reactors, with a maximum value of VSS of 108 mgVSS.L-1. The presence of the metazoan Aelosomas sp in the effluent in all operational conditions indicated a possible use of the excess sludge in the reactor by these microorganisms. Microbiological analysis showed a high relative abundance of aerobic/facultative microorganisms, capable to use NO3--N and NO2--N as electron acceptor in the absence of oxygen. It was also verified the presence of the genus Comamonas sp with high relative abundance. This genus presents microorganisms able to perform heterotrophic nitrification and aerobic denitrification. However, the assays do not allow us to infer the occurrence of these processes. Thus, the conventional processes of nitrification and denitrification certainly played a preponderant role in nitrogen removal both by the stratification of the biofilm due to the formation of a concentration gradient of dissolved oxygen, as due to the intermittent aeration. The results allow considering the reactor as a viable technological alternative for the simultaneous removal of organic matter and nitrogen of sewage.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliana Bortoli Rodrigues Mees.pdf: 1255432 bytes, checksum: bf00dbf45cce28fdbe504091e6363048 (MD5) Previous issue date: 2010-02-01 / Agro-industries stand out as large polluters in Brazil, particularly because of the large amounts of waste rich in organic substances, nutrients (especially nitrogen and phosphorus), solids, oils and greases. In this category, slaughterhouses and bird cold storage processing plants are known for their high pollution potential. The removal of nitrogen from wastewater is usually accomplished using biological conventional processes, by nitrification plus denitrification, involving aerobic and anaerobic phases that are generally carried out in separate reactors or by different aeration intervals. The sequencing batch reactor (SBR) uses multiple steps in the same reactor, which include filling, reaction, settling, withdrawal and idling. This study aimed to investigate how carbon:nitrogen ratios (COD/NO2 --N+NO3 --N) 3, 6 and 9, adjusted by manipueira (wastewater from cassava industry) and cycle time (CT) of 8,12 and 16 hours affects the nitrogen and organic matter removal from poultry wastewater, operating a sequencing batch reactor containing suspended biomass, in two different conditions: condition I, with the reaction step consisted by aerobic/anoxic phases and condition II, anoxic I/aerobic/anoxic II phases. It was also intended to optimize and validate the process of nitrogen removal in this type of effluent, to evaluate the reactor stability using Shewhart control charts for individual measures, and to study the kinetics behavior of organic matter (COD) and nitrogen (NH4 +-N, NO2 --N and NO3 --N) degradation. The conditions I and II were evaluated through factorial planning (32) and, in order to optimize the conditions obtained with the initial factorial design, it was used a central composite rotational design (CCRD) with four assays in levels -1 and +1, four assays on the axial points levels (-1.414 and +1.414) and five replicates at the central point (0). The nitrification process performance was evaluated by the efficiency of ammonia nitrogen removal (%), the pre-denitrification and denitrification processes by the efficiencies of nitrite and nitrate removal (%) and the whole process by total inorganic nitrogen removal (%). During the nitrification and denitrification processes, parameters like temperature, pH, alkalinity, redox potential, salinity and conductivity were monitored. The highest removal percentages of total inorganic nitrogen were obtained, for conditions I and II, at the cycle time range between 12 and 16 hours and the C/N ratio of 3 to 6, which showed average efficiencies of 80.76 and 85.57% in condition I, and 90.99 and 91.09% in condition II, respectively. Although the condition II obtained a higher removal percentage of total inorganic nitrogen, only condition I presented a regression statistically significant and predictive, with Fcal/Ftab values higher than 4 for all steps involved in nitrogen removal. Optimizing the condition I, the highest percentages of nitrogen removal were achieved with the cycle time of 16 hours and C/N ratio of 6, validated experimentally, achieving an overall removal of inorganic nitrogen of 85.83±0.87 %. Evaluating the reactor stability, the results of the 20 trials carried out with optimum conditions showed a total inorganic nitrogen average removal of 84.32±1.59% (CV=1.89%) and organic matter removal of 53.65±8.48% (CV=15.81%), considering the complete process (nitrification plus denitrification), being the process under statistical control. The evaluation of the kinetic behavior of nitrogen conversion indicated a possible reduction in the cycle time of the anoxic phase, since percentages of NO2 --N and NO3 -N removal higher than 90% were obtained in just one hour of denitrification. / As agroindústrias destacam-se como grandes poluidoras, devido, especialmente, às elevadas vazões com que geram seus efluentes ricos em carga orgânica, nutrientes (principalmente nitrogênio e fósforo), sólidos, óleos e graxas. Neste setor enquadram-se os abatedouros e frigoríficos de aves. A remoção de nitrogênio das águas residuárias é geralmente realizada por processos biológicos convencionais, que contemplam a nitrificação seguida da desnitrificação, envolvendo fases aeróbias e anaeróbias, separadas em diferentes reatores ou por diferentes intervalos de aeração. Os reatores em bateladas sequenciais (RBS) utilizam múltiplas etapas no mesmo reator, que incluem enchimento, reação, sedimentação, descarte e repouso. Esta pesquisa teve por objetivo investigar os efeitos da relação carbono:nitrogênio (DQO/N-NO2 -+N-NO3 -); 3, 6 e 9, ajustada pela adição de manipueira e do tempo de ciclo (TC); 8, 12 e 16 horas, na remoção de nitrogênio e matéria orgânica de efluente avícola, operando um RBS, em escala de bancada, com biomassa em suspensão em duas condições distintas, condição I com a etapa de reação composta pelas fases aeróbia/anóxica e condição II anóxica I/aeróbia/anóxica II. Objetivouse também, otimizar e validar o processo de remoção de nitrogênio, avaliar a estabilidade do reator através de gráficos de controle Shewhart para medidas individuais e, efetuar o estudo do comportamento cinético de degradação da matéria orgânica (DQO) e nitrogenada (N-NH4 +, N-NO2 - e N-NO3 -). Para avaliação das condições I e II elaborou-se um planejamento fatorial completo (32) e para otimização das condições obtidas com o planejamento fatorial inicial, utilizou-se um delineamento composto central rotacional (DCCR), com quatro ensaios nos níveis -1 e +1, quatro ensaios nos níveis dos pontos axiais (-1,414 e +1,414) e cinco repetições no ponto central (0). Avaliou-se o desempenho da nitrificação através da eficiência de remoção do nitrogênio amoniacal (%), o desempenho da pré-desnitrificação e desnitrificação através da eficiência de remoção de nitrito e nitrato (%) e a eficiência do processo completo pela remoção de nitrogênio inorgânico total (%), além do monitoramento de parâmetros, como a temperatura, pH, alcalinidade, potencial redox, salinidade e condutividade elétrica. Os maiores percentuais de remoção de nitrogênio inorgânico total foram obtidos, para ambas as condições I e II, usando as faixas de TC de 12 a 16 horas e relação C/N de 3 a 6, com valores médios de eficiências de 80,76 e 85,57% na condição I e, 90,99 e 91,09% na condição II, respectivamente. Apesar da condição II ter apresentado um percentual de remoção de nitrogênio inorgânico total superior, apenas a condição I apresentou uma regressão estatisticamente significativa e preditiva, com valores de Fcal/Ftab superiores a 4, para todas as etapas envolvidas na remoção de nitrogênio. Otimizando-se a condição I, os maiores percentuais de remoção de nitrogênio foram alcançados com o tempo de ciclo de 16h e a relação C/N de 6, validados experimentalmente, alcançando uma remoção global de nitrogênio inorgânico de 85,83±0,87%. Na avaliação da estabilidade do reator, os resultados dos 20 ensaios realizados com a condição ótima apontaram valores médios de remoção de nitrogênio inorgânico total de 84,32±1,59% (CV=1,89%) e, de matéria orgânica de 53,65±8,48% (CV= 15,81%), no processo completo (nitrificaçãodesnitrificação), estando o processo sob controle estatístico. A avaliação do comportamento cinético de conversão do nitrogênio indicou uma possível redução no tempo de ciclo da fase anóxica, uma vez que foram alcançadas remoções de N-NO2 -e N-NO3 - superiores a 90%, em apenas uma hora de desnitrificação.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carla Limberger Lopes_protegido.pdf: 1510356 bytes, checksum: 558cae02592904f9e836e71f9aa4036f (MD5) Previous issue date: 2011-07-01 / This study aimed to evaluate the influence of air flow (0.25, 0.50 and 0.75 L.min-1.Lreator-1) and cycle time (11.35 h, 15.15 h and 18.25 h) in the performance of a sequencing batch reactor (SBR) to promote nitrification and denitrification of wastewater from slaughterhouse's poultry and refrigerator. The operation included the steps of feeding, aerobic and anoxic reaction, sedimentation, discharge and rest. SBR was operated on a laboratory scale with a working volume of 4 L, keeping 25% of biomass retained in the reactor as an inoculum for the next batch. The "manipueira" was added as a carbon source at the beginning of anoxic phase in order to keep the C: N ratio between 5 and 6. During this process, parameters monitored included: pH, alkalinity, dissolved oxygen and temperature. It was developed a factorial design (22) with five repetitions at the central point to check the influence of the response variable removal of total inorganic nitrogen (NH4+-N + NO2--N + NO3--N) in the whole process (%). Data were analyzed with 95% confidence, and experimentally, a higher removal of total inorganic nitrogen (85.75%) on average was observed when using air flow of 0.50 L.min-1.Lreator-1 in time cycle of 15.15 h. However, there was no statistically significant factor for the air flow, and during the progress of study, this variable was kept stable at 0.25 L.min-1.Lreator-1 while the cycle time was gradually increased until efficiency in the removal of constant nitrogen could be observed, which occurred at time 15.1 h with 92.78% in removal efficiency of total inorganic nitrogen. / Esta pesquisa teve por objetivo avaliar a influência da vazão de ar (0,25, 0,50 e 0,75 L.min-1.Lreator-1) e do tempo de ciclo (11,35 h, 15,15 h e 18,25 h) no desempenho de um reator em bateladas sequenciais (RBS), em promover a nitrificação e a desnitrificação de água residuária de abatedouro e frigorífico de aves. A operação contemplou as etapas de alimentação, reação aerada e anóxica, sedimentação, descarte e repouso. O RBS foi operado em escala de laboratório com volume útil de 4 L, mantendo-se 25% da biomassa no reator, como inóculo para a próxima batelada. A manipueira foi adicionada como fonte de carbono no início da fase anóxica, de modo a manter a relação C:N entre 5 e 6. Durante o processo foram monitorados os parâmetros pH, alcalinidade, oxigênio dissolvido e temperatura. Elaborou-se um planejamento fatorial (22) com cinco repetições no ponto central para verificar a influência dos fatores na variável resposta remoção de nitrogênio inorgânico total (N-NH4++N-NO2-+N-NO3-) no processo completo (%). Os dados foram analisados com 95% de confiança e, experimentalmente, a maior remoção de nitrogênio inorgânico total (85,75%) em média foi observada quando se utilizou vazão ar de 0,50 L.min-1.Lreator-1, no tempo de ciclo de 15,15 h. Entretanto, não foi verificada significância estatística para o fator vazão de ar e, na continuidade do estudo, esta variável foi mantida estável em 0,25 L.min-1.Lreator-1, enquanto o tempo de ciclo foi gradativamente elevado até ser observada eficiência de remoção de nitrogênio constante, o que foi verificado a partir do tempo de 15,1 h com 92,78% na eficiência de remoção de nitrogênio inorgânico total.

Um reator de leito fixo, preenchido com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano, foi operado em bateladas seqüenciais, alimentado com substrato sintético com concentração de nitrogênio amoniacal de 125, 250, 500 e 40 mg/L. O principal objetivo da pesquisa foi verificar a possibilidade de se promover a nitrificação curta no reator submetido à aeração intermitente, com a formação de nitrito como principal composto intermediário, seguida da desnitrificação. Para concentração de nitrogênio amoniacal de 125 e 250 mg/L o perfil temporal das concentrações de nitrogênio monitoradas evidenciou que tempo de ciclo de 24 horas foi excessivo. Durante a operação do reator submetido à concentração de nitrogênio amoniacal de 500 mg/L e de 40 mg/L, ficou evidente a influência do modo de operação, quanto à concentração de oxigênio e extensão dos períodos aeróbios e anóxicos, no tempo de ciclo necessário. Para todas as concentrações de nitrogênio amoniacal estudadas a duração do período de aeração foi suficiente para nitrificar uma fração do N-amoniacal afluente, de modo que as concentrações de nitrito e ácido nitroso não atingissem níveis tóxicos ao processo de oxidação de N-amoniacal. Ao longo do período de operação, o nitrogênio na forma de nitrito tornou-se a forma oxidada predominante e foi possível manter este acúmulo de nitrito em todas as etapas de operação do reator, mesmo alterando a concentração de oxigênio dissolvido, prolongando o período de aeração e, reduzindo a concentração de amônia livre. Constatou-se, portanto, ser possível obter-se processo estável de remoção de nitrogênio em reator operado em bateladas seqüenciais, submetido a etapas de aeração e não aeração em um mesmo ciclo. Esse modo de operação permitiu o estabelecimento do processo de nitrificação parcial a nitrito nas etapas aeradas e desnitrificação nas etapas anóxicas / A bench-scale sequencing batch reactor filled with polyurethane foam matrices was fed with synthetic substrate containing different influent ammonium nitrogen concentrations (120, 250, 500 and 40 mg/L) and subjected to different operating conditions. The main objective was to verify the possibility off promoting short nitrification in the reactor operated under intermittent aeration to obtain nitrite as the main intermediate compound to be denitrified during the anoxic periods. The profiles of the monitored nitrogen species along the cycles allowed verifying that the time cycle of 24 hours was excessive for ammonium nitrogen concentrations of 125 and 250 mg/L. The influence of the operating parameters relative to the dissolved oxygen concentration and extension of aerobic and anoxic periods on the cycle time was evident during the operation at ammonium nitrogen concentrations of 500 and 40 mg/L. The duration of the aeration periods was long enough to allow a fraction of the influent ammonium to be nitrified for all the ammonium nitrogen concentrations studied. The concentrations of nitrite and nitrous acid have never reached the toxic levels to affect ammonia oxidation. Nitrite was the predominant form of oxidized nitrogen along all the operating periods. Nitrite accumulation occurred during all the stages of reactor operation, even when the reactor was subjected to different dissolved oxygen concentrations, length of aeration period and free ammonia concentration. Therefore, stable process of nitrogen removal was achieved in the sequencing batch reactor containing immobilized biomass subjected to a wide range of ammonium nitrogen concentrations. The operation way consisting of intermittent aeration followed by non aeration periods in the same cycle allowed the establishment of the process of partial nitrification to nitrite in the aerated steps followed by denitrification in the anoxic steps

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carla Limberger _Lopes (Tese revisada) 2016.pdf: 2793834 bytes, checksum: bd8e57da9e9986df4f212107c57ca249 (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / The aim of this study was to evaluate a combined anaerobic-aerobic upflow fixed-bed reactor with recirculation of the liquid phase for the removal of nitrogen and organic matter from poultry slaughterhouse wastewater. The reactor was made of an acrylic tube of internal diameter of 93 mm and the length of 1000 mm with a useful volume of 5.6 L being 3.5 L corresponding to the anaerobic compartments and 2.1 L to the aerobic one. The bed for immobilization of the biomass was formed by expanded clay and polyurethane foam. For discussing the results, this study was divided into three articles. In the first article, was evaluated the reactor performance with respect to the elimination of nitrogen (≈65 mg.NT.L-1) and organic matter (≈600 mg.DQO.L-1) due to the recirculation rate (R = 0.5, 1 and 2) and the hydraulic retention time (HRT) of 11 h (6.8 h in anaerobic condition and 4.2 h in aerobic condition) over the time. The best operating condition was obtained at the recirculating rate of 2. In this condition, the total nitrogen removal was 65% with the effluent concentration of 6 mg.NH4+.L-1 e 12 mg.NO3-.L-1. For all condition, the organic matter removal was greater than to 95% with the effluent concentration of approximately 20 mg.COD.L-1. Thus, the increasing of the recirculation rate influenced positively in the reactor performance. In the second article, the hydraulic detention time was evaluated (HDT) at 14 h, 11 h and 8 h with the recirculation rate (R) of 0.5 (Step I), R = 1 (Step II) and R 2 = (Step III). The affluent average concentrations were 65 mg.NT.L-1, 580 mg.COD.L-1, 77 mg L-1 of total alkalinity and pH of 6.4. The samples were collected inlet and output of each compartment along the reactor height. In the Step I, the nitrification efficiencies were 76%, 70% and 41% respectively for 14 h, 8 h and 11 h, showing the effect of HRT. In all steps, the alkalinity has been regarded as the limiting factor of the process and its deficit was 10 to 30%. It was attributed to this factor the low efficiency of total nitrogen removal of about 45%. Throughout the experiment the removal efficiency of organic matter in terms of chemical oxygen demand (COD) was over 90% and made to fit the first order kinetic model for degradation of the substrate. In the third article, was evaluated the hydrodynamic behavior of this system, through stimulus response tests using eosin Y dye as tracer. It has been evaluated the hydraulic retention time of 8 h with three recirculation rates, of .0.5, 1 and 2 times. Under these conditions, the removal of organic matter was greater than 90% and nitrogen conversion was favored by applying lower loads of (0.18 Kg.N.m-3.d-1). It was found that the hydrodynamic evaluation showed the continuous-stirred reactors behavior with 2 to 2.5 reactors in series (N-CSTR). / O objetivo desse trabalho foi avaliar um reator combinado anaeróbio-aeróbio de leito fixo e fluxo ascendente com recirculação da fase líquida, para a remoção de nitrogênio e matéria orgânica proveniente de água residuária de abatedouro de aves. O reator foi confeccionado em um tubo de acrílico de diâmetro interno de 93 mm e comprimento de 1000 mm, com volume útil de 5,6 L, sendo 3,5 L correspondentes aos compartimentos anaeróbios e 2,1 L correspondentes ao compartimento aeróbio. O leito para a imobilização da biomassa foi formado por argila expandida e espuma de poliuretano. A apresentação desse trabalho foi dividida em três artigos. No primeiro artigo, avaliou-se o desempenho do reator em relação à remoção de nitrogênio (≈65 mg.N.L-1) e de matéria orgânica (≈600 mg.DQO.L-1) em função da taxa de recirculação (R=0,5; 1 e 2) e do tempo de detenção hidráulica (TDH) de 11 horas (6,8 horas na condição anaeróbia e 4,2 horas na condição aeróbia), ao longo do tempo. A melhor condição operacional foi obtida com taxa de recirculação de 2. Nessa condição, a eficiência de remoção de nitrogênio total foi de 65% com concentrações efluentes de 6 mg.NH4+.L-1 e 12 mg.NO3-.L-1. Para todas as condições testadas, a eficiência de remoção de matéria orgânica apresentou-se superior a 95%, com concentração efluente de aproximadamente 20 mg.DQO.L-1. Assim, o aumento da taxa de recirculação influenciou positivamente no desempenho do reator. No segundo artigo, avaliaram-se os tempos de detenção hidráulica (TDH) de 14 horas, 11 horas e 8 horas com taxa de recirculação (R) de 0,5 (Ensaio I), R=1 (Ensaio II) e R=2 (Ensaio III). As concentrações médias afluentes foram 65 mg.NT.L-1, 580 mg.DQO.L-1, 77 mg.L-1 de alcalinidade total e pH de 6,4. As amostras foram coletadas na entrada e saída de cada compartimento, ao longo da altura do reator. Na Etapa I, e as eficiências de nitrificação foram de 76%, 70% e 41%, respectivamente para 14 horas, 11 horas e 8 horas, evidenciando o efeito do TDH. Em todas as etapas, a alcalinidade foi considerada o fator limitante do processo e o seu déficit variou de 10% a 30%. Atribuiu-se a esse fator a baixa eficiência na eliminação de nitrogênio total de aproximadamente 45%. Durante todo o experimento, a eficiência de remoção de matéria orgânica em termos de demanda química de oxigênio (DQO) foi superior a 90% e apresentou ajuste ao modelo cinético de primeira ordem para a degradação do substrato. No terceiro artigo, avaliou-se o comportamento hidrodinâmico desse sistema, a partir de ensaios de estímulo resposta utilizando o traçador Eosina Y. Avaliou-se o tempo de detenção hidráulica de 8 horas com as três taxas de recirculação, de 0,5, 1 e 2 vezes. Nessas condições, a remoção de matéria orgânica foi superior a 90% e a conversão de nitrogênio foi beneficiada com a aplicação de cargas menores (0,18 Kg.N.m-3.d-1). Na avaliação hidrodinâmica verificou-se que o reator apresentou comportamento de reator de mistura completa com 2 a 2,5 reatores em série (N-CSTR).

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliana Bortoli Rodrigues Mees.pdf: 1255432 bytes, checksum: bf00dbf45cce28fdbe504091e6363048 (MD5) Previous issue date: 2010-02-01 / Agro-industries stand out as large polluters in Brazil, particularly because of the large amounts of waste rich in organic substances, nutrients (especially nitrogen and phosphorus), solids, oils and greases. In this category, slaughterhouses and bird cold storage processing plants are known for their high pollution potential. The removal of nitrogen from wastewater is usually accomplished using biological conventional processes, by nitrification plus denitrification, involving aerobic and anaerobic phases that are generally carried out in separate reactors or by different aeration intervals. The sequencing batch reactor (SBR) uses multiple steps in the same reactor, which include filling, reaction, settling, withdrawal and idling. This study aimed to investigate how carbon:nitrogen ratios (COD/NO2 --N+NO3 --N) 3, 6 and 9, adjusted by manipueira (wastewater from cassava industry) and cycle time (CT) of 8,12 and 16 hours affects the nitrogen and organic matter removal from poultry wastewater, operating a sequencing batch reactor containing suspended biomass, in two different conditions: condition I, with the reaction step consisted by aerobic/anoxic phases and condition II, anoxic I/aerobic/anoxic II phases. It was also intended to optimize and validate the process of nitrogen removal in this type of effluent, to evaluate the reactor stability using Shewhart control charts for individual measures, and to study the kinetics behavior of organic matter (COD) and nitrogen (NH4 +-N, NO2 --N and NO3 --N) degradation. The conditions I and II were evaluated through factorial planning (32) and, in order to optimize the conditions obtained with the initial factorial design, it was used a central composite rotational design (CCRD) with four assays in levels -1 and +1, four assays on the axial points levels (-1.414 and +1.414) and five replicates at the central point (0). The nitrification process performance was evaluated by the efficiency of ammonia nitrogen removal (%), the pre-denitrification and denitrification processes by the efficiencies of nitrite and nitrate removal (%) and the whole process by total inorganic nitrogen removal (%). During the nitrification and denitrification processes, parameters like temperature, pH, alkalinity, redox potential, salinity and conductivity were monitored. The highest removal percentages of total inorganic nitrogen were obtained, for conditions I and II, at the cycle time range between 12 and 16 hours and the C/N ratio of 3 to 6, which showed average efficiencies of 80.76 and 85.57% in condition I, and 90.99 and 91.09% in condition II, respectively. Although the condition II obtained a higher removal percentage of total inorganic nitrogen, only condition I presented a regression statistically significant and predictive, with Fcal/Ftab values higher than 4 for all steps involved in nitrogen removal. Optimizing the condition I, the highest percentages of nitrogen removal were achieved with the cycle time of 16 hours and C/N ratio of 6, validated experimentally, achieving an overall removal of inorganic nitrogen of 85.83±0.87 %. Evaluating the reactor stability, the results of the 20 trials carried out with optimum conditions showed a total inorganic nitrogen average removal of 84.32±1.59% (CV=1.89%) and organic matter removal of 53.65±8.48% (CV=15.81%), considering the complete process (nitrification plus denitrification), being the process under statistical control. The evaluation of the kinetic behavior of nitrogen conversion indicated a possible reduction in the cycle time of the anoxic phase, since percentages of NO2 --N and NO3 -N removal higher than 90% were obtained in just one hour of denitrification. / As agroindústrias destacam-se como grandes poluidoras, devido, especialmente, às elevadas vazões com que geram seus efluentes ricos em carga orgânica, nutrientes (principalmente nitrogênio e fósforo), sólidos, óleos e graxas. Neste setor enquadram-se os abatedouros e frigoríficos de aves. A remoção de nitrogênio das águas residuárias é geralmente realizada por processos biológicos convencionais, que contemplam a nitrificação seguida da desnitrificação, envolvendo fases aeróbias e anaeróbias, separadas em diferentes reatores ou por diferentes intervalos de aeração. Os reatores em bateladas sequenciais (RBS) utilizam múltiplas etapas no mesmo reator, que incluem enchimento, reação, sedimentação, descarte e repouso. Esta pesquisa teve por objetivo investigar os efeitos da relação carbono:nitrogênio (DQO/N-NO2 -+N-NO3 -); 3, 6 e 9, ajustada pela adição de manipueira e do tempo de ciclo (TC); 8, 12 e 16 horas, na remoção de nitrogênio e matéria orgânica de efluente avícola, operando um RBS, em escala de bancada, com biomassa em suspensão em duas condições distintas, condição I com a etapa de reação composta pelas fases aeróbia/anóxica e condição II anóxica I/aeróbia/anóxica II. Objetivouse também, otimizar e validar o processo de remoção de nitrogênio, avaliar a estabilidade do reator através de gráficos de controle Shewhart para medidas individuais e, efetuar o estudo do comportamento cinético de degradação da matéria orgânica (DQO) e nitrogenada (N-NH4 +, N-NO2 - e N-NO3 -). Para avaliação das condições I e II elaborou-se um planejamento fatorial completo (32) e para otimização das condições obtidas com o planejamento fatorial inicial, utilizou-se um delineamento composto central rotacional (DCCR), com quatro ensaios nos níveis -1 e +1, quatro ensaios nos níveis dos pontos axiais (-1,414 e +1,414) e cinco repetições no ponto central (0). Avaliou-se o desempenho da nitrificação através da eficiência de remoção do nitrogênio amoniacal (%), o desempenho da pré-desnitrificação e desnitrificação através da eficiência de remoção de nitrito e nitrato (%) e a eficiência do processo completo pela remoção de nitrogênio inorgânico total (%), além do monitoramento de parâmetros, como a temperatura, pH, alcalinidade, potencial redox, salinidade e condutividade elétrica. Os maiores percentuais de remoção de nitrogênio inorgânico total foram obtidos, para ambas as condições I e II, usando as faixas de TC de 12 a 16 horas e relação C/N de 3 a 6, com valores médios de eficiências de 80,76 e 85,57% na condição I e, 90,99 e 91,09% na condição II, respectivamente. Apesar da condição II ter apresentado um percentual de remoção de nitrogênio inorgânico total superior, apenas a condição I apresentou uma regressão estatisticamente significativa e preditiva, com valores de Fcal/Ftab superiores a 4, para todas as etapas envolvidas na remoção de nitrogênio. Otimizando-se a condição I, os maiores percentuais de remoção de nitrogênio foram alcançados com o tempo de ciclo de 16h e a relação C/N de 6, validados experimentalmente, alcançando uma remoção global de nitrogênio inorgânico de 85,83±0,87%. Na avaliação da estabilidade do reator, os resultados dos 20 ensaios realizados com a condição ótima apontaram valores médios de remoção de nitrogênio inorgânico total de 84,32±1,59% (CV=1,89%) e, de matéria orgânica de 53,65±8,48% (CV= 15,81%), no processo completo (nitrificaçãodesnitrificação), estando o processo sob controle estatístico. A avaliação do comportamento cinético de conversão do nitrogênio indicou uma possível redução no tempo de ciclo da fase anóxica, uma vez que foram alcançadas remoções de N-NO2 -e N-NO3 - superiores a 90%, em apenas uma hora de desnitrificação.