Objetivou-se neste trabalho avaliar a influência do tempo de detenção hidráulica (TDH) na remoção do surfactante aniônico, alquilbenzeno linear sulfonado (LAS), de água residuária de lavanderia, em dois reatores de leito fluidificado (RLF) operados em TDH de 8 horas (RLF1) e 12 horas (RLF2). Os reatores foram inoculados com biomassa de lodos ativados e foi investigado a influência da adição de nitrato e etanol na degradação do LAS e seus impactos na comunidade microbiana. Para tal fim, o trabalho foi desenvolvido nas fases que se seguem: caracterização da água residuária de lavanderia comercial, ensaio de degradação desnitrificante de LAS, operação dos reatores de leito fluidificado, planejamento experimental de condições ótimas de degradação de surfactante em reatores em batelada e caracterização microbiana do consórcio microbiano do RLF1 e RLF2 por meio do Illumina MiSeq. Verificou-se considerável remoção de LAS (77%) no ensaio de degradação sob condição desnitrificante nos reatores em batelada com 21 mgLAS/L e adição de 100 mgNO3-/L. Ao longo de 436 dias de operação, verificou-se elevada remoção de LAS em RLF1 e RLF2, todavia, observou-se diferença significativa; ou seja, maior remoção global de LAS (99±3%) para 22,5±5,9 mg /L afluente em RLF2. A adição de etanol influenciou, notadamente, a remoção de LAS em RLF1, por outro lado a adição de nitrato exerceu influência na remoção de LAS em ambos os reatores. Na realização do planejamento experimental, em reatores em batelada, pode-se obter condições ótimas de degradação de LAS, verificando-se os valores críticos para etanol de 97,5 mg /L, e de 87,5 mg /L para nitrato. Para as seis etapas de operação foram identificados gêneros relacionados à desnitrificação e a degradação de LAS. Para Etapa I, foram identificadas bactérias relacionadas com a redução de nitrato, dentre eles Flavobacterium, Sphingobium e Xanthobacter. Para as etapas com adição de surfactante (II, III, IV, V e VI) identificou-se Dechloromonas, Zoogloea, Novosphingobium, Pseudomonas, Acinetobacter e Desulfobulbus, provavelmente relacionadas à degradação de LAS. / The aim of this study was to evaluate the influence of hydraulic retention time (HRT ) on anionic surfactant; linear alkyl benzene sulphonate (LAS) from laundry wastewater in two fluidized bed reactors (FBR) operated in HRT of 8 hours (FBR1) and 12 hours (FBR2). The reactors were inoculated with activated sludge and the influence of nitrate and ethanol addition on LAS removal was studied with subsequent impact on microbial diversity. The study was conducted in following phases; laundry wastewater characterization, denitrifying degradation potential of LAS, fluidized bed reactor operation under specified conditions, central composite design, and determination of microbial shift between biofilm of FBR1 and FBR2 through Mi-Seq Illumima®. Higher LAS removal (77%) was verified in denitrifying potential degrading of LAS using batch reactors feed with 21 mg LAS /L and 150mg NO3-/L. Great LAS removal efficiency was observed for 436 days, however significant notice was observed for global LAS removal between FBR1 and FBR2, i.e. greater LAS removal in FBR2 (99±3% for 22,5 ±5,9 mg LAS/L) than FBR1 (93 ±12% for 20,6 ±4,4 mg LAS /L). The ethanol addition significantly influenced FBR1 efficiency while nitrate addition improves LAS removal in both reactors. Central composite design resulted into optimal values for LAS removal (94%) in addition to 97,5 mg/L ethanol and 87,5 mg/L nitrate. Microbial shift showed genus abundance related to denitrification and LAS degradation. In Step I denitrifying bacteria Flavobacterium, Shingobium and Xanthobacter were identified. For Steps with laundry wastewater addition, Dechloromonas, Zoogloea, Novosphingobium, Pseudomonas, Acinetobacter and Desulfobulbus, were identified, probably, related to LAS degradation.

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.

A presente pesquisa teve a intenção de desenvolver reator biológico de 159 \'M POT.3\' de volume total, com leito de carvões granulares (ativado e antracito) expandido e parcialmente aerado, para promover remoções de matéria orgânica e nutrientes (N e P) do esgoto sanitário, devido a manutenção de ambientes anaeróbio e aeróbio, estratificados ao longo da altura do reator e ao longo do biofilme cultivado em seu interior. Para avaliar o impacto das modificações operacionais no comportamento biológico dos microrganismos presentes no reator, foram aplicados métodos para análise das atividades nitrificante (ANE), desnitrificante (ADE) e metanogênica (PME), embasados em testes respirométricos padrões descritos na literatura. A estratificação reacional também foi estudada dentro de filmes biológicos com a ajuda de microsensores amperométricos de OD em testes de bancada. Assim, após 451 dias de operação, foi possível verificar remoções médias de \'DQO IND.F\', NTK e fosfato total de, respectivamente 78%, 56% e 42%, quando o reator foi operado por 66 dias com tempo de detenção hidráulica médio de 8,8 h, injetor de oxigênio puro, instalado após placa de orifício em linha de recirculação aerada, a qual funcionava pressurizada (3 a 4 bar) e com razão média de recirculação igual a 3, comparada à vazão de alimentação. Para o restante do período, no qual foram aplicadas taxas de carregamentos volumétricos médios de 0,74 \'+ OU -\' 0,28 kg\'DQO IND.F\'/\'M POT.3\'.dia; 0,17 \'+ OU -\' 0,07 kg NTK/\'M POT.3\'.dia e 0,05 \'+ OU -\' 0,02 kg\'PO IND.4\'POT.-3\'/\'M POT.3\'.dia, o sistema demonstrou remoções médias de 65 \'+ OU -\' 20% para \'DQO IND.F\', 25 \'+ OU -\' 21% para o NTK e 48 \'+ OU -\' 18% para o fosfato total, mesmo operado com tempo de retenção celular médio de 15 \'+ OU -\' 7 dias. Os testes respirométricos foram sensíveis para avaliar a atividade microbiana do material biológico coletado ao longo do reator, com os quais foram verificados PME médio de 0,25 mL\'CH IND.4\'/gSVT.h, para as amostras de material biológico coletado na região anaeróbia, ao fundo do reator; ANE variando entre 1,3 a 4,4 mg\'O IND.2\'/gSVT.h, para as amostras coletadas na região aeróbia, intermediária ao reator; e ADE variando entre 0,024 e 5,20 mg\'N IND.2\'/gSVT.h, para amostras coletadas, respectivamente, no fundo e no topo do reator. As análises do material líquido também corroboram com a idéia de estratificação dos ambientes aeróbio, no fundo do reator, e micro-aerado, em sua região intermediária superior, apontando para região com alto potencial de ocorrerem nitrificação e desnitrificação conjuntas no topo da sua zona reativa. O microsensor amperométrico de OD com ponta entre 10 e 30 \'mü\'m de diâmetro, confeccionados em laboratório especializado, se mostrou sensível para a observação do gradiente de concentração de oxigênio dissolvido dentro de filme biológico, suficientes para a formação de regiões aeróbia e anaeróbia em seu interior, cuja informação pode ser útil para a aprimoramento de reatores com biofilme, projetados para remoções combinadas de matéria orgânica e nutrientes. Entretanto, quando se pretende definir parâmetros cinéticos ou de transferência de massa, maior rigor deve ser dispensado na definição dos locais para a aplicação do sensor, nos quais sejam reduzidos os efeitos da heterogeneidade do agregado microbiano no ajuste da modelagem matemática aplicada aos pontos experimentais / The current research aimed the development of a 159 \'M POT.3\' total volume biological reactor, with a expanded and partially aerated granular coal bed (activated and anthracite), to promote organic matter and nutrients (N and P) removal from wastewater due to the maintenance of anaerobic and aerobic environments, stratified throughout the height of the reactor and also all over the biofilm cultivated in its interior. Methods for the analyses of specific nitrifying activities (ENA), denitrifying (EDA) and methanogenic (EMA) were applied to assess the impact of the operational modifications in the biological behavior of microorganisms present in the reactor, based on standard respirometric tests found in literature. The reactional stratification was also studied inside the biological films with the help of DO microsensors in batch tests. Thus, after 451 of operation it was possible to verify mean \'COD IND.F\', TNK and phosphate removal of 78%, 56% and 42%, respectively, when the reactor was operated for 66 days with average hydraulic detention time of 8.8 h, pure oxygen injector which was installed after the aerated recirculation line which was working pressurized (3 to 4 bar) and with mean recirculation ratio equal to 3, when compared to the feeding flow. For the rest of the period where mean volumetric loading rates of 0.74 \'+ OR -\' 0.28 kg\'COD IND.F\'/\'M POT.3\'.day; 0.17 \'+ OR -\' 0.07 kgTNK/\'M POT.3\'.day and 0.05 \'+ OR -\' 0.02 kg\'PO IND.4\'POT.-3\'/\'M POT.3\'.day were applied the system demonstrated average removal of 65 \'+ OR -\' 20% for \'COD IND.F\', 25 \'+ OR -\' 21% for TNK and 48 \'+ OR -\' 18% for total phosphate, even when it operated with mean cellular retention time of 15 \'+ OR -\' 7 days. The respirometric tests were sensible enough to assess the microbial activity from the biological material collected throughout the reactor, and where mean PME of 0.25 mL\'CH IND.4\'/gSVT.h was verified for the samples of biological material collected in the anaerobic region, at the bottom of the reactor; ANE varying between 1.3 to 4.4 mg\'O IND.2\'/gSVT.h, for the samples collected in the aerobic region, reactor\'s intermediary; and ADE varying between 0.024 to 5.20 mg\'N IND.2\'/gSVT.h, for samples collected at the bottom and the top of the reactor, respectively. The analyses of the liquid material also support the idea of stratification of the aerobic environments, at the bottom of the reactor, and micro-aerated, in its superior intermediate region, pointing to the region as a high potential of occurring joint nitrification and denitrification at the top of the reactive zone. The DO amperometric microsensor, with tip between 10 and 30 \'mü\'m of diameter, produced in a special laboratory, is sensible to the determination of dissolved oxygen concentration gradient inside biological film, sufficient for the formation of anaerobic and aerobic regions in its interior, this information can be useful to the improvement of biofilm reactors, projected for the combined removal of organic matter and nutrients. However, when the definition of kinetic parameters or mass transference is intended more strictness must be applied when choosing the locals for microsensor application, where the effects of the microbial aggregate heterogeneity is reduced in the adjustment of the mathematical modeling applied to the experimental points.

A ampla ocorrência de contaminação de águas por compostos de nitrogênio em concentrações superiores às recomendadas pela legislação tem suscitado interesse no desenvolvimento de tecnologias viáveis de remoção desses compostos. A remoção biológica de nitrogênio apresenta como principais vantagens os custos relativamente reduzidos e a possibilidade de maior eficiência. Compostos reduzidos de enxofre como sulfetos podem ser oxidados a enxofre elementar ou a sulfato por bactérias oxidantes de sulfeto que utilizam nitrato ou nitrito como receptor de elétrons. Esta desnitrificação reduz os requerimentos globais de carbono para a remoção de nutrientes, com menor produção de lodo, proporcionando grande economia. O objetivo desta pesquisa consistiu em contribuir para o conhecimento acerca dos aspectos microbiológicos do processo de desnitrificação com o uso de sulfeto. Foram avaliados os efeitos dos modos de operação dos reatores desnitrificantes sobre a biomassa em cada uma das diferentes configurações e monitorada a colonização microbiana por meio de técnicas de Biologia Molecular como PCR/DGGE, sequenciamento e análises filogenéticas. Os fragmentos do gene RNAr 16S foram relacionados aos gêneros Pseudomonas, Aeromonas, Acidobacteria, Chlroroflexi, Clostridium, Cupriavidus e Ralstonia. Filotipos dos clones para o sistema piloto foram associados a bactérias não cultiváveis e Firmicutes envolvidos na digestão anaeróbia em reatores tratando água residuária, Synergistetes, Deferribacteria e Proteobacteria. Foram identificados micro-organismos presentes nos reatores com reconhecida capacidade para desnitrificação: Pseudomonas, Desulfovibrio desulfuricans e Ralstonia. Amostras de ambos os reatores desnitrificantes apresentaram reações de amplificação positivas com primers específicos para bactérias semelhantes a Thiomicrospira associados a primers universais: 100% das amostras amplificaram com OST1F/1492R e 75% com EUB8F/OSTR1R. Para duas condições de operação do reator em escala de bancada foram identificados micro-organismos semelhantes a Sulfurimonas denitrificans, bactéria autotrófica redutora de nitrato e oxidadora de sulfeto. Chloroflexi também foram encontrados em digestores localizados em plantas de tratamento de águas residuárias recebendo essencialmente efluente doméstico e Propionibacterium foi associada a comunidade microbiana de reatores UASB tratando água residuária industrial. Bactérias em associações sintróficas com participação no ciclo do enxofre e/ou na digestão anaeróbia foram igualmente identificadas: Clostridium sulfidigenes e outros Firmicutes, Synergistetes, clones de bactérias de cultura de enriquecimento e bactérias do gênero Syntrophorhabdus. Os resultados deste trabalho proporcionaram associar a colonização microbiana com o desempenho e as características metabólicas de alguns micro-organismos com reatores desnitrificantes combinados para o tratamento de águas residuárias. / The widespread nitrate contamination in concentrations higher than recommended by legislation has raised interest in technologies for water and wastewater treatment. Biological nitrogen removal is relatively low cost and higher efficiency. Sulfide as electron donor can be oxidized to elemental sulfur or sulfate by sulfide oxidizing bacteria that can use nitrate or nitrite as electron acceptor. This type of denitrification reduces the overall requirements for removal of carbon nutrients and less sludge is produced. The aim of this research was to contribute to microbiological knowledge about denitrification using sulfide. The effects of operation conditions on the denitrifying biomass were monitored through molecular biology techniques such as PCR/DGGE, sequencing and phylogenetic analysis. 16S rRNA gene fragments were related to Pseudomonas, Aeromonas, Acidobacteria, Chlroroflexi, Clostridium, Cupriavidus and Ralstonia. Phylotypes of clones from samples of pilot-scale reactor were associated with non-cultivable bacteria and Firmicutes involved in anaerobic digestion of wastewater, Synergistetes, Deferribacteria and Proteobacteria. Microorganisms with ability to denitrification were identified in both reactors: Pseudomonas, Desulfovibrio desulfuricans and Ralstonia. Samples of denitrifying reactors showed positive amplification with specific primers for Thiomicrospira associated to universal primers: 100% of the samples amplified with OST1F/1492R and 75% EUB8F/OSTR1R. Sulfurimonas denitrificans-like were identified for two operational conditions of the bench scale reactor. Chloroflexi were also found in treatment plants digesters receiving domestic wastewater and Propionibacterium was associated with microbial community of UASB reactors treating industrial wastewater. Syntrophic bacteria participating in the sulfur cycle and/or anaerobic digestion were also identified: Clostridium sulfidigenes and other Firmicutes, Synergistetes, clone enrichment culture bacteria and Syntrophorhabdus. These results provide to associate this microbial colonization and metabolic characteristics of some microorganisms with performance of combined denitrifying reactors for treatment of wastewater.

Um Reator com Aeração Intermitente e Leito Estruturado (RAILE) foi testado como pós- tratamento de UASB tratando efluente doméstico. O RAILE foi submetido a ciclos de uma hora de aeração e duas de anoxia, visando obtenção de Nitrificação e Desnitrificação Simultâneas (NDS) para remoção de nitrogênio. A recirculação aplicada foi de 3 vezes a vazão de entrada, para equalização da qualidade do efluente. O reator tem formato cilíndrico e seu meio suporte é espuma de poliuretano na forma de cilindros dispostos verticalmente, suportados por hastes de cloreto de polivinila (PVC) presas nas extremidades. O estudo foi dividido em duas fases em que o RAILE recebeu efluentes de UASB com diferentes relações de DQO/N-Total. Na primeira fase a relação foi 2,44 e na segunda fase a relação foi 4,01. As remoções de N-Total foram 23,7% e 65,3%, respectivamente para primeira e segunda fase. As remoçôes de DQO para todo o sistema foram 94,8%, para a primeira fase, e 93,4%, para a segunda fase. A alcalinidade se mostrou um parâmetro efetivo pra monitorar a ocorrência de NDS. Embora tenha se mostrado viável como pós-tratamento de UASB em sistemas tratando efluente doméstico, a relação DQO/N-Total precisa ser controlada para garantir o processo de NDS / A Structured Bed Intermittently Aerated reactor (SBIA) was tested as post-treatment for UASB treating domestic wastewater. The SBIA underwent cycles of one hour of aeration and two hour of anoxia to obtain Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) for the removal of nitrogen. The recirculation flow applied was 3 times the input flow to equalize the effluent quality. The reactor had a cylindrical shape and its support medium is polyurethane foam in the form of cylinders arranged vertically, supported by polyvinyl chloride (PVC) rods attached at the ends. The study was divided into two stages in which the SBIA received the UASB reactor effluent with different COD/Total-N ratios. The first COD/Total-N ratio was 2,44 and the second was 4,01. The removal of N-total were 23.7% and 65.3% respectively for the first and second stages. The removal of COD, in all the system, was 94.8% for the first stage and 93.4% for the second stage. The alkalinity proved to be an effective parameter to monitor the occurrence of SND. Although the SBIA proved to be feasible as post-treatment of UASB systems treating domestic wastewater the ratio COD/N-total must be controlled to ensure the process of SND

O reator em batelada seqüencial com biomassa em suspensão foi submetido a concentrações de N-amoniacal de 125, 250 e 500 mg N/L e em condições de oxigênio dissolvido (OD) no reator de 2 mg 'O IND.2'/L, em ciclos de 2h/2h de anóxico/aeróbio. Em todas as fases, o reator foi operado como batelada alimentada. Na condição de 125 mg N/L obteve-se eficiência de remoção de 87% de N, tendo o nitrato sido o principal produto da nitrificação. Na condição de 250 mg N/L, obteve-se eficiência de remoção de N de 84%, com predominância de nitrito como principal produto da nitrificação e com ocorrência de nitrificação e desnitrificação simultânea durante os dois primeiros ciclos aeróbios. Na condição de 500 mg N/L, as condições de concentração de OD de 2 mg 'O IND.2'/L e aeração intermitente a cada 2h não foram suficientes para promover a remoção total de nitrogênio amoniacal. Foram feitas alterações: ciclos de 2h anóxico e 9h aeróbios, com concentração média de 2,8 mg 'O IND.2'/L, que resultaram em eficiências de remoção de N de 94%, com predominância de nitrito. Foram isoladas cepas desnitrificantes com similaridade de 97% para Thauera mechernichensis e Thauera sp. 27 nas condições operacionais de 125 e 250 mg N/L e de 99% para Ochrobactrum anthropi e Ochrobactrum tritici, na condição operacional de 500 mg N/L. O longo tempo de operação resultou na diminuição da população de bactérias oxidantes de nitrito, podendo ter sido uma das causas que contribuiu para que se criassem condições que levariam à nitrificação via nitrito na concentração de 500 mg N/L. O sucesso na prevenção da inibição do processo por amônia livre foi atribuído à adoção das condições operacionais do reator, que foi operado sob aeração intermitente e batelada alimentada. / The sequential batch reactor with suspended bioma was subjected to ammonium concentrations of 125, 250 and 500 mg N/L, oxygen dissolved (OD) concentrations of 2 mg 'O IND.2'/L, 2h/2h of anoxic/aerobic steps. The reactor was operated under fed-batch feeding. At the operational condition of 125 mg N/L, the mean nitrogen removal efficiency of 87% was obtained and nitrate was the main nitrification product. At operational condition of 250 mg N/L, was gotten nitrogen removal efficiencies of 84% and nitrite was the predominant form of nitrogen and simultaneous nitrification and denitrification occurred during the two first aerobic steps of the cycle. At 500 mg N/L, the operating conditions imposed to the reactor (OD concentrations of 2 mg 'O IND.2'/L and intermittent aeration of 2h) did not lead to complete nitrification during the aerated steps, thus affecting nitrogen removal. The conditions were altered increasing the aerated steps to 9 hours, with OD concentration of 2,8 mg 'O IND.2'/L, and keeping the duration of the anoxic steps in 2 hours. Under such conditions, the mean nitrogen removal efficiency attained 94% and nitrite was the predominant oxidized nitrogen specie. It was isolated denitrifiers with similarity of 97% for Thauera mechernichensis and Thauera sp. 27 at the operational conditions of 125 and 250 mg N/L and of 99% for Ochrobactrum anthropi and Ochrobactrum tritici, at operational condition of 500 mg N/L. The long term operation resulted in the decrease of nitrite oxidizers populations and this was probably the main factor contributing for the creation of conditions for the partial nitrification via nitrite to prevail during the operation at ammonium concentration of 500 mg N/L. The success in preventing free ammonia inhibition was attributed to the adoption of intermittent aeration and fed batch operation.

Grande parte das indústrias alimentícias, principalmente as que utilizam processos fermentativos, geram efluentes com altas concentrações de material orgânico e nutrientes (principalmente de nitrogênio), necessitando de sistemas complexos para o seu tratamento. Neste sentido, o presente trabalho foi proposto com o intuito de desenvolver um sistema compacto que possa operar como única unidade de tratamento de águas residuárias industriais, tanto na remoção de matéria orgânica quanto na remoção de nitrogênio, com baixo consumo de energia e baixa produção de lodo. Constatou-se, portanto, a viabilidade técnica do reator combinado anaeróbio-aeróbio vertical de leito fixo para o tratamento de efluentes industriais contendo matéria orgânica (1400 mg DQO/l) e nitrogênio (160 mg N/l). A melhor condição operacional do reator foi conseguida aplicando-se tempo de detenção hidráulica (TDH) de 35 h (21 h na zona anaeróbia e 14 h na zona aeróbia), com base no volume útil do reator, e razão de recirculação (R) igual a 3,5, apresentado eficiências na remoção de DQO, NTK e NT de 97%, 94% e 77%, respectivamente, com concentrações efluentes médias de 36 '+ OU -' 10 mg DQO/l, 2 '+ OU -' 1 mg N-'NH IND.4' POT.+'/l,8 '+ OU -' 3 mg N-org/l, 1 '+ OU -' 1 mg N-'NO IND.2'POT.-'/l e 26 '+ OU -' 23 mg N-'NO IND.3'POT.-'/l. O reator vertical de leito fixo, operando unicamente em condição anaeróbia, apresentou eficiências médias na remoção de DQO de 43 '+ OU -' 9%, 60 '+ OU -' 9% e 70 '+ OU -' 6%, respectivamente para TDH aplicados de 11 h, 17 h e 21 h / Most of the food industries, mainly the ones that use fermentative processes, generates effluent with high concentrations of organic matter and nutrients (nitrogen mainly), needing of complex systems for its treatment. In this direction, the present work was considered to develop a compact system that can operate as only unit of industrial wastewater treatment, in the removal of organic matter and nitrogen, with low consumption of energy and low sludge production. Therefore, the viability of the upflow anaerobic-aerobic combined fixed bed reactor for the treatment of industrial effluent with organic matter (1400 mg COD/l) and nitrogen (160 mg N/l) was evidenced. The best operational condition of the reactor was obtained applying 35 h of hydraulic retention time (21 h in the anaerobic zone and 14 h in the aerobic zone) and recycle ratio (R) of 3.5. In this condition, the COD, TKN and TN efficiencies removal were of 97%, 94% and 77%, respectively, with average effluent concentrations of 10 '+ OU -' 36 mg COD/l, 2 '+ OU -' 1 mg N-'NH IND.4'POT.+'/l, 8 '+ OU -' 3 mg N-org/l, 1 '+ OU -' 1 mg N-'NO IND.2'POT.-'/l and 26 '+ OU -' 23 mg N-'NO IND.3'POT.-'/l. The up-flow fixed bed reactor, operating only in anaerobic condition, presented average efficiencies in the COD removal of 43 '+ OU -' 9%, 60 '+ OU -' 9% and 70 '+ OU -' 6%, for HRT applied of 11 h, 17 h and 21 h, respectively

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.