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

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-02-09T16:06:33Z No. of bitstreams: 1 TESEDOUTORADO_ANA PAULA DA SILVA_2016.pdf: 3643578 bytes, checksum: aee17ef8cffb8a82bfd826eb5c41ddac (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-09T16:06:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESEDOUTORADO_ANA PAULA DA SILVA_2016.pdf: 3643578 bytes, checksum: aee17ef8cffb8a82bfd826eb5c41ddac (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências- Geoquímica, Niterói, RJ. / O Óxido nitroso (N2O) é um importante gás do efeito estufa que contribui para as mudanças climáticas globais através do aquecimento radiativo e depleção do ozônio estratosférico. Segundo o IPCC a concentração atmosférica de N2O aumenta a taxas de 0,2 a 0,3% anualmente, e aumentou do período pré-industrial de 270 ppb para 329 ppb em 2016. A emissão deste gás por solos resulta principalmente dos processos de nitrificação e desnitrificação. O melhor conhecimento da contribuição de cada processo poderá ajudar a prever e mitigar as emissões de N2O por solos. Os métodos atuais para a investigação das taxas brutas de nitrificação e desnitrificação envolvem aplicação de inibidores químicos e/ou marcadores isotópicos 15N, os quais alteram a composição da atmosfera do solo. Neste trabalho a teoria do método da separação barométrica de processos (BaPS) foi utilizada para quantificar as taxas brutas de nitrificação e desnitrificação através de medidas de variações da pressão do ar num sistema hermético e isotérmico sem aplicação de inibidores ou marcadores químicos. Câmaras para incubação do solo equipadas com sensores de pressão, temperatura, O2 e CO2 foram construídas e amostras de solo de uma região que emite altos fluxos de óxido nitroso localizada em Jardim Catarina em São Gonçalo (RJ) foram selecionadas para o estudo dos processos de produção do gás. O fluxo in situ foi medido e o resultado médio foi de 25 ngN2O-Ncm-2h-1. A alta emissão de N2O in situ foi observada após período de alagamento da área de amostragem pelas águas poluídas do Rio Alcântara. O método BaPS foi utilizado para determinar as taxas de respiração do solo, nitrificação bruta e desnitrificação em experimentos no laboratório. Os resultados mostraram que as taxas brutas de desnitrificação foram sempre maiores que as taxas brutas de nitrificação e que os maiores fluxos de N2O gerados estão associados ao processo de desnitrificação. / climate change through radiative warming and the depletion of stratospheric ozone. According to the IPCC, the concentration of N2O atmospheric increases at rates of 0.2 to 0.3% annually, and increased had risen from the pre-industrial period from 270 ppb to 324 ppb by 2011. Its emission from soils results mainly from denitrification and nitrification process. A better knowledge of the contribution of each process should help to predict and mitigate N2O emissions by soils. Current methods for investigation of gross nitrification and denitrification rates involve N tracers and acetylene inhibition techniques These methods have the disadvantage of introducing labeled material into soil or changing the composition of soil atmosphere. In this work, the barometric process separation technique (BaPS) was applied to quantify gross nitrification and denitrification rates by measuring air pressure variations in a hermetic and isothermal system without the application of chemical inhibitors or markers. Soil incubation chambers equipped with pressure, temperature, O2 and CO2 sensors were constructed and soil samples from a region known to emit high nitrous oxide flows located in Jardim Catarina, São Gonçalo (RJ) were selected for this study. In situ flow was measured and the mean result resulted in 25 ngN2O-Ncm-2h-1. The high N2O emission in situ was observed after a period of flooding in the polluted waters of the Alcântara River. The BaPS method was used to determine the rates of soil respiration, gross nitrification and denitrification. The results showed that the gross denitrification rate was always greater than nitrification and that the higher N2O fluxes generated are associated with the denitrification process

O avanço da tecnologia anaeróbia para tratamento de esgotos deve ser creditado em grande parte ao desenvolvimento dos modernos reatores de alta taxa de aplicação orgânica, com os maiores méritos ao filtro anaeróbio ascendente e principalmente, à configuração do UASB. A evolução dos reatores levou à busca para maximizar a aplicação prática para aproveitar todas as potencialidades dos processos anaeróbios. Todas as modernas configurações têm em comum a preocupação em atender requisitos essenciais em um reator: formação e retenção de grande quantidade de biomassa e melhoria do contato biomassa/matéria orgânica. Esta pesquisa tem como principal objetivo avaliar dois reatores anaeróbios, operados em batelada seqüencial e periodicamente aerados, como unidade de tratamento das águas residuárias geradas no campus da Universidade de São Paulo em São Carlos. Um dos reatores contém biomassa imobilizada em espuma de poliuretano e o outro é operado com biomassa suspensa ou auto-imobilizada, sem utilização de suporte inerte. Os sistemas, na primeira etapa operacional, anaeróbia, apresentaram remoção de matéria orgânica, com eficiências médias para espuma de 61% (ASBBR) e grânulos de 56% (ASBR) e eficiências na remoção de sólidos iguais a 62% de SST e 65% de SSV no ASBBR e 56 % de SST e 61% de SSV no ASBR. Na segunda etapa operacional, anaeróbia e aeróbia, os reatores ASBR e ASBBR, mostrou que a estratégia de operação com etapa anaeróbia seguida por período com aeração não foi adequada para remoções de matéria orgânica e nitrogênio. Os reatores operaram com grande instabilidade e baixas eficiências de remoção de matéria orgânica, abaixo das observadas em reator operado de forma anaeróbia. / The advance of anaerobic technology for wastewater treatment should be credited in great part to the development of the modern reactors with high rates of organic application, with merit to the ascendant anaerobic filter and mainly to the UASB configuration. The evolution of reactors led to the search to maximize the practical aplication to make the best use of all the potentialities of the anaerobic processes. All the modern configurations have in common the preoccupation to deal with essential requisites in a reactor: formation and retention of a large quantity of biomass and improvement in the biomass/organic matter contact. This research prime objective is to evaluate two anaerobic reactors, operated in sequential batch and periodically aerated, as unity of treatment of wastewaters generated at the campus of the University of São Paulo in São Carlos. One of the reactors contains biomass immobilized on polyurethane foam and the other is operated with suspended or autoimmobilized biomass, without the use of inert support. The systems, in the first operational step, anaerobic, presented organic matter removal, with medium efficiencies for foam of 61% (ASBBR) and granule of 56% (ASBR) and efficiencies in the removal of solids equal to 62% of TSS and to 65% of VSS in the ASBBR and to 56% of TSS and to 61% of VSS in the ASBR. In the second operational step, anaerobic and aerobic, the ASBBR and ASBR reactors showed that the strategy of operation with anaerobic step followed by a period with aeration was not adequate for the removal of organic matter and nitrogen. The reactors operated with great instability and low efficiency of organic matter removal, with results below of the ones observed in a reactor operated in the anaerobic way.

A presente pesquisa teve, por principal objetivo, avaliar a viabilidade da desnitrificação autotrófica, empregando sulfeto como doador de elétrons, aplicada a efluentes de reatores anaeróbios tratando esgoto sanitário. Estudos anteriores indicam que o sulfeto presente na fase líquida de efluentes e no biogás pode ser utilizado como doador de elétrons para a desnitrificação. Porém, há poucas informações sobre as interações entre os ciclos do carbono, nitrogênio e enxofre neste processo que permitam a utilização prática dos fundamentos já conhecidos sobre a desnitrificação na presença de sulfeto. Neste trabalho, realizaram-se ensaios de desnitrificação na presença de sulfeto, a fim de se avaliar o potencial de uso desse composto como doador de elétrons. Inicialmente, foram utilizados frascos de 1 L contendo biomassa imobilizada em espuma de poliuretano, alimentados com meio sintético nitrificado contendo sulfeto como doador e nitrito e nitrato como receptores de elétrons. Variou-se a concentração de sulfeto, obtendo-se diferentes relações N/S. Constatou-se desnitrificação completa de ambos os receptores estudados; entretanto, isto só ocorreu com estabilidade para relações N/S inferiores à relação estequiométrica baseada nas reações químicas correspondentes, isto é, quando foi aplicado sulfeto em excesso. Os resultados mostraram que a oxidação total ou parcial dos compostos de enxofre no processo depende da relação N/S, e a velocidade de consumo de nitrato foi maior que a de nitrito. Posteriormente, realizaram-se novos ensaios semelhantes ao anterior, porém, a alimentação consistiu na mistura do efluente sintético nitrificado a efluente de reator anaeróbio tratando água residuária de abatedouro de aves, e o único receptor de elétrons aplicado foi nitrato. Neste caso, foi constatada desnitrificação completa na relação N/S correspondente à estequiometria relativa a sulfeto e nitrato. A cinética de remoção de nitrogênio seguiu modelo de decaimento exponencial de primeira ordem; entretanto, houve limitação à transferência de massa intraparticular e na fase líquida, fato que caracterizou os modelos ajustados como sendo de primeira ordem. As velocidades específicas aparentes obtidas na primeira fase foram próximas de 15 mgN/gSSV.h, tanto com a aplicação de nitrato, quanto de nitrito como receptores de elétrons. Na segunda fase, a máxima velocidade específica aparente de remoção de nitrato foi da ordem de 6 mgN/gSSV.h. / The feasibility of autotrophic denitrification of effluent from anaerobic reactor treating domestic sewage using sulfide as electron donor was evaluated. Prior researches reveals sulfide into liquid phase of effluents and biogas can be utilized as electron donor for denitrification. However, information about the interaction between carbon, nitrogen and sulfur cycles in this process are few to permit practice utilization of known fundamentals about denitrification in presence of sulfide. In this work, laboratory tests of denitrification in the presence of sulfide were carried out to evaluate potential employ of this compound as electron donor. Initially, 1 L flasks with immobilized biomass in polyurethane foam was fed with synthetic nitrified wastewater containing sulfide as donor and nitrite e nitrate as electron acceptors. Sulfide concentration was diversified to obtain different N/S ratios. Complete denitrification occurred with nitrate and nitrite; nevertheless, it was observed in a stable way only for N/S ratios smaller than stoichiometric rate based in the corresponding chemistry reactions, that is, when applied excess of sulfide. The results showed that total or partial sulfur compounds oxidation depends on N/S ratio and the nitrate removal rate was bigger than nitrite removal rate. Afterward, new assays were carried out in the same way. However, the flasks were fed with synthetic nitrified wastewater mixed to effluent from anaerobic reactor treating bird slaughterhouse wastewater, and nitrate was the only electron acceptor applied. In this case, complete denitrification was evidenced for stoichiometric N/S ratio relating to sulfide and nitrate. Nitrogen removal kinetic followed exponential decay model of first order; however, this behavior was due to mass transfer limitation in the liquid phase and intraparticular. Apparent specific rates of nitrogen removal found in the first phase were nearby 15 mgN/gSSV.h, with nitrate as well as nitrite application. In the second phase, maxima apparent specific rate of nitrogen removal in nitrate form was about 6 mgN/gSSV.h.

Esse trabalho buscou avaliar a possibilidade de utilização do glicerol como fonte de carbono para a desnitrificação conjunta à remoção biológica de fósforo de um efluente sintético em um reator de fluxo contínuo submetido à aeração intermitente e com biomassa suspensa. O regime operacional do reator foi dividido em duas fases: a primeira visando somente a remoção de nitrato, testando diferentes relações Carbono/Nitrogênio (C/N) em Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 4 horas; e a segunda visando a remoção de nitrato e fosfato com períodos de aeração e não aeração de 2 e 4 horas respectivamente, para uma relação Carbono/Fósforo de 10 ± 1. Na primeira fase operacional foram testadas 3 relações C/N, a saber: 1,2 ± 0,1; 1,5 ± 0,1 e 1,8 ± 0,2. Para a relação C/N de 1,8 ± 0,2 foi possível atingir uma maior eficiência de desnitrificação com uma maior estabilidade operacional - 91 ± 8%. Para a segunda fase de operação que apresentou relação C/N de 3,5 ± 0,2, a desnitrificação foi completa na maior parte do tempo com 99 ± 2% de eficiência de remoção de NOx (nitrato mais nitrito), indicando que a desnitrificação com glicerol é favorecida para relações C/N mais altas. Não foi evidenciado uma remoção biológica de fósforo expressiva (9 ± 12%), indicando que não houve desenvolvimento dos organismos acumuladores de fósforo (OAPs), uma vez que a liberação de fosfato durante a fase não aerada não ocorreu. Isso pode ser explicado pela falta de ácidos graxos voláteis (AGV), que seriam provenientes da degradação anaeróbia do glicerol, sendo a maior parte desse consumida na desnitrificação. Portanto, o teor de nitrato pode ter sido um fator de impedimento ao desenvolvimento dos OAPs. Pelos ensaios de microscopia óptica foi observado a presença de bactérias filamentosas semelhantes às do gênero Beggiatoa, que também podem ter consumido parte dos substratos da fermentação do glicerol. Por essas razões, sugere-se avaliar outras configurações de reatores de modo a promover uma efetiva fermentação do glicerol previamente ao sistema de remoção de fósforo. / This study aimed to evaluate the feasibility of glycerol as a carbon source for denitrification and biological phosphorus removal of a synthetic wastewater in a continuous flow reactor with suspended biomass and subjected to intermittent aeration. The reactor operation was divided in two phases: the first one aimed only at removing nitrate, testing different C/N (Carbon/Nitrogen) ratios at an HRT (Hydraulic Retention Time) of 4 hours; and the second one aimed at the removal of nitrate and phosphate. During the second phase, the reactor was subjected to periods of aeration and non-aeration of 2 and 4 hours, respectively, for a C/P (Carbon/Phosphorus) ratio of 10 ± 1. In the first operational phase, three C/N ratios were tested, as follows: 1.2 ± 0.1; 1.5 ± 0.1 and 1.8 ± 0.2. For the C/N ratio of 1.8 ± 0.2, it was possible to achieve higher denitrification efficiency with greater operational stability - 91 ± 8%. For the second operational phase, with the C/N ratio of 3.5 ± 0.2, the denitrification was complete most of the time presenting 99 ± 2% of NOx (nitrate and nitrite) removal efficiency, indicating that the denitrification with glycerol is enhanced at higher C/N ratios. The biological phosphorus removal in this phase was not significant (12 ± 9%), indicating that there was no development of Phosphorus Accumulating Organisms (PAO), since the phosphate release during the anaerobic phase did not occur. This can be explained by the lack of Volatile Fatty Acids (VFA), which would come from the anaerobic degradation of glycerol that was consumed in denitrification. Therefore, the nitrate content may have been an interfering factor to the development of PAO. The optical microscopy analysis indicated the presence of filamentous bacteria similar to the genus Beggiatoa, which can also have consumed part of the substrates from the glycerol fermentation. For these reasons, it is suggested to evaluate other reactor configurations in order to promote the effective fermentation of glycerol previously to the phosphorus removal system.

Utilizou-se reator de leito estruturado e aeração intermitente (RLEAI) como pós-tratamento de efluentes de reator UASB tratando esgoto sanitário. O volume total e o tempo de detenção hidráulica (TDH) do reator UASB eram de 11,2 L e 9 horas, respectivamente. O RLEAI possuía volume total de 11,0 L e, devido às hastes cilíndricas verticais de espuma de poliuretano usadas como suporte para a biomassa, o volume útil foi de 9,6 L. Este reator foi operado com um TDH de 12 horas, razão de recirculação igual a 3 e foi alimentado continuamente com efluente do reator UASB. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do tempo de aeração no desempenho do RLEAI na remoção de matéria orgânica e nitrogênio. O reator foi operado com aeração contínua, e tempos de aeração intermitentes (tempo aerado/não aerado) de 2h/1h, 1h/1h, 0,75h/1,25h, 1h/ h e 1h/3h. Em todas as fases a DQO efluente ao sistema ficou entre 26 e 42 mg.L-1. A fase de aeração contínua foi fundamental para o estabelecimento da comunidade nitrificante no sistema. A oxidação do nitrogênio total (como NTK) para nitrato aumentou de 62% (aeração contínua ) para 82% (aeração intermitente de 1h/2h) devido à alcalinidade gerada pela desnitrificação, estimulada pelo período não aerado. Na fase 1h/3h a oxidação do NTK foi prejudicada pela falta de oxigênio, e a eficiência nesta fase foi de 42%. A maior remoção estável de N-total foi obtida na fase 1h/2h com eficiência de 29%. Foi observado no ensaio em batelada que a velocidade de desnitrificação via nitrato aumentou de 0,90 mg N. g SSV-1.h-1 para 2,55 mg N. g SSV-1.h-1 após aclimatação da biomassa em condições de excesso de matéria orgânica. Concluiu-se que a remoção de N-total foi limitada pela baixa quantidade de matéria orgânica advinda do reator UASB, sendo a relação DQO/N do afluente ao RLEAI de 3,04. A elevada oxidação de NTK e de remoção de matéria orgânica, aliadas à baixa produção sólidos e ao alto tempo de retenção celular (139 dias), mostram que o RLEAI é uma alternativa interessante em comparação às tecnologias praticadas atualmente para pós tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. / This study used a structured bed reactor under intermittent aeration for post-treatment of UASB rector treating domestic sewage. The UASB reactor had a total volume of 11.2 L and 9 hours of hydraulic retention time (HRT). The structured bed reactor had a total volume of 11.0 L and working volume of 9.6 L due to the vertical cylindrical rods with polyurethane foam used as a support for the biomass. This reactor was operated whit 12 hours of HRT, recirculation ratio equal to 3 and was continuously fed with effluent from the UASB reactor. The aim of this study was to evaluate the influence of aeration time on RLEAI performance in removal of organic matter and nitrogen. For this the reactor was operated with continuous aeration and intermittent aeration periods (time aerated/ non-aerated) of 2h/1h, 1h/1h, 0.75h/1.25h, 1h/2h e 1h/3h. During all operation time the COD effluent to the system it was between 26 and 42 26 e 42 mg.L-1. The continuous aeration operation was fundamental to the establishment of the nitrifying microorganism community in the system. The TKN oxidation to nitrate increase from 62% (continues aeration) to 82% (intermittent aeration 1h/2h) due to the alkalinity generated by denitrification, that was stimulated by non-aerated period. In the intermittent aeration period of 1h/3h the NTK oxidation was damaged by a lack of oxygen; the efficiency at this stage was 42%. The most stable total nitrogen removal was obtained in 1h/2h aeration period with 29% efficiency. It was observed in the batch test that nitrate denitrification rate increased from 0.90 mg N. g VSS-1.h-1 to 2.55 mg N. g VSS-1.h-1 after acclimation of biomass in conditions of excess organic matter. It was inferred that the removal of total nitrogen was limited by the low amount of organic matter load from the UASB reactor; the COD/N ratio of the influent was 3.04. The high NTK oxidation and high organic matter removal, combined with low solid production and high cell retention time (139 days), leads to the conclusion that the structured bed reactor under intermittent aeration is an interesting alternative compared to the technologies currently applied for post treatment of anaerobic reactors effluent.

Este trabalho buscou verificar a viabilidade do uso de fermentado de glicerol como fonte externa de carbono para a remoção biológica de nutrientes em um reator de leito estruturado, submetido à aeração intermitente (LEAI). O LEAI foi alimentado com efluente de reator UASB de bancada, usado no tratamento de esgoto sanitário. O reator LEAI possuía volume total de 12,3L e, devido às hastes cilíndricas verticais de espuma de poliuretano usadas como suporte para a biomassa, o volume útil foi de 8,6 L. Inicialmente, o reator foi operado sob aeração contínua com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 24 horas e razão de recirculação de efluente igual a 3 para desenvolvimento de biomassa nitrificante no reator. Após a eficiência de nitrificação atingir 80%, o reator passou a ser operado com TDH de 12 horas e sob aeração intermitente, mantendo-se a razão de recirculação igual a 3. Foram então realizadas 4 fases em modo contínuo sob aeração intermitente (tempo de aeração/tempo sem aeração) de 2h/1h sem glicerol, 3h/1h sem glicerol, 2h/1h com glicerol, 3h/1h com glicerol. A adição de glicerol fermentado ocorreu somente durante os períodos não aerados. Em todas as fases, a DQO média efluente ao sistema variou entre 26±8 e 59±14 mg.L-1. Em relação à remoção de nitrogênio total (como NTK), verificou-se a baixa eficiência de remoção nas fases em que não houve a adição do fermentado, atingindo 49,6±13,5% (2h/1h) e 29,2±10,1% (3h/1h). Entretanto, nas fases em que houve a inserção do glicerol, as eficiências de remoção de N-total foram superiores, obtendo-se 64,9±21,6% (2h/1h) e 69,5±11,7% (3h/1h). Não foi observada remoção de fósforo em nenhuma das fases em que o reator foi operado com alimentação contínua. A fim de verificar a eficácia do fermentado de glicerol na remoção de N e P, o sistema foi modificado para que o reator LEAI operasse em bateladas sequenciais (RSB). Nessa etapa da pesquisa, observou-se o estabelecimento da comunidade acumuladora de fósforo no sistema, obtendo-se eficiência de remoção de fósforo de 56,1±8,5%. A eficiência de remoção de nitrogênio total também aumentou, atingindo 86,2±6,2%. Concluiu-se que o fermentado do glicerol apresenta potencial significativo para uso como fonte exógena de carbono no processo de remoção de fósforo e N-total. Concluiu-se também que, embora o glicerol fermentado contenha compostos favoráveis à remoção de fósforo em reatores de leito estruturado, a alimentação contínua do reator com aeração intermitente, não promove as condições ideais para o estabelecimento de processo estável de remoção de fósforo. No entanto, a elevada eficiência de oxidação de NTK, de remoção de matéria orgânica e de desnitrificação, aliadas à baixa produção sólida, mostram que o LEAI é uma alternativa interessante em comparação às tecnologias praticadas atualmente para pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Contudo, quando a remoção de fósforo é necessária, a operação do reator em bateladas sequenciais é a alternativa viável. / This work aimed to verify the viability of the use of fermented glycerol as an external carbon source for the nutrient biological removal in structured-bed reactor subjected to recirculation and intermittent aeration (SBRRIA). The SBRRIA was fed effluent from UASB reactor bench scale, used in the treatment of domestic sewage. The SBTTIA reactor had a total volume of 12.3L and, due to the vertical cylindrical strips of polyurethane foam used as biomass support, the useful volume was 8.6 L. Initially, the reactor was operated under continuous aeration with hydraulic retention time (HRT) of 24 hours and effluent recirculation ratio of 3 for the development of nitrifying biomass in the reactor. After the nitrification efficiency reach 80%, the reactor started to be operated at the HRT of 12 h under intermittent aeration, maintaining the recirculation ratio equal to 3. Four phases were then carried out continuously under intermittent aeration (aeration / time without aeration) of 2h/1h without glycerol, 3h/1h without glycerol, 2h/1h with glycerol, 3h/1h with glycerol. The addition of fermented glycerol occurred only during time without aeration. In all phases, the average COD effluent of the system ranged between 26±8 and 59±14 mg.L-1. Low removal efficiency of total nitrogen (as TKN) was verified in the phases without addition of the fermented glycerol, reaching 49.6±13.5% (2h/1h) and 29.2±10.1% (3h/1h). However, the efficiency of total nitrogen removal efficiency was higher when fermented glycerol was added during the non-aerated period, attaining 64.9±21.6% (2h/1h) and 69.5±11.7% (3h/1h). No phosphorus removal was observed in any of the previous phases in which the reactor was operated under continuous feeding. In order to verify the feasibility of fermented glycerol in the removal of N and P, the system was modified so that the LEAI reactor operated in sequential batch mode (SRB). At this stage of the research, the establishment of the phosphorus accumulating community in the system was observed and phosphorus removal efficiency attained 56.1±8.5%. The efficiency of total nitrogen removal also increased up to 86.2±6.2%. It was concluded that the fermented glycerol presents significant potential for use as an exogenous carbon source in the process of phosphorus and nitrogen removal. It can be also concluded that fixed bed reactors can remove phosphorus from wastewaters using fermented glycerol presenting compounds favorable to the development of phosphorus accumulating microorganisms (PAO). However, reactors subjected to continuous feeding and intermittent aeration do not promote good conditions for the establishment of stable phosphorus removal process. Nevertheless, the high efficiency of TKN oxidation, organic matter removal and denitrification, coupled with low solid production, show that SBRRIA is an interesting alternative for the post-treatment of anaerobic reactor effluents. However, when phosphorus removal is required, sequential batch reactor operation is the viable alternative.

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.

O fenômeno conhecido como Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (SND) significa que em um mesmo reator ocorre simultaneamente a nitrificação e a desnitrificação, sob condições de operações idênticas, podendo ser justificada principalmente pela teoria de microambiente no floco ou biofilme. Assim, em um único reator, sob condições controladas de oxigênio dissolvido (OD) e elevados tempos de residênciacelular épossível que ocorra a nitrificação e a criação de zonas anóxicas no interior dos flocos ou biofilme para a ocorrência da desnitrificação. Neste sentido, a tecnologia MBBR/IFAStem como característicaelevado tempo de residência celular do biofilme formado nos meios suporte presentes no reator. Deste modo, neste estudo avaliou-se a remoção de nitrogênio via SND em um sistema IFAS quando submetido a diferentes concentrações de OD e Tempo de DetençãoHidraulica de 5,5 e 11 horas, tratando efluente sanitário e efluente sintético. Os resultados experimentais demonstraram que pode ser possível desenvolver efetiva SND com concentrações de OD média de 1,0 mg.L-1 e 1,5 mg.L-1. Sendo que, foram obtidas eficiência média de remoção de NTde cerca de 68% e concentrações médias efluente de N-NH4 de aproximadamente 5,0 mg L-1, de N-NO3 inferiores a 4,5 mg L-1 e de N-NO2 em torno de 0,1 mg L-1, e com eficiência média de remoção DQO solúvel acima de 90%, quando empregado efluente sintético. Ademais, por meio da avaliação da emissão de Óxido Nitroso (N2O), foi possível comprovar que a desnitrificação ocorreu de forma efetiva. / The phenomenon known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) means that in the same reactor simultaneously occurring nitrification and denitrification under identical operations conditions, and can be mainly explained by the microenvironment theory inside the floc or biofilm. Therefore, in a single reactor under controlled conditions of dissolved oxygen (DO) and high Solids Retention Time (SRT) it is possible that the nitrification happens and the creation of anoxic zones within the flocsor biofilm to the occurrence of the denitrification. In this sense, the MBBR/IFAS technology is characterized by high SRT of the biofilm formed on the carriers present in the reactor. Thereby,this work evaluated the nitrogen removal through SND in a IFAS system when submitted to different DOconcentrations and Hydraulic Retention Time of 5.5 hours and 11.0 hours, treating domestic and synthetic effluents. The experimental results showed that it may be possible to develop effective SND withaverage concentrations of DO of 1.0 mg L-1 and 1.5 mg L-1. It was obtained a TN average removal efficiency about 68%, and an average effluent concentration of NH4-N of approximately 5.0 mg L-1, of NO3-N less than 4.5 mg L-1 and ofNO2-N around 0.1 mg L-1, and an average CODsoluble removal efficiency above 90%, employing synthetic effluent. Furthermore, by evaluating the Nitrous Oxide(N2O) emission, it was possible to prove that the denitrification occurred effectively.

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.