Orientadores: Bruno Coraucci Filho, Roberto Feijo de Figueiredo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-11T03:44:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tonetti_AdrianoLuiz_D.pdf: 1722600 bytes, checksum: e50780c638866b2c1f1ca142ed978993 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Nesta pesquisa estudou-se um sistema para o tratamento de esgotos de pequenas comunidades composto pela combinação de filtro anaeróbio com filtro de areia e reator de desnitrificação. Para isso foi avaliada a partida e a operação de três filtros anaeróbios com recheio de bambu operados com tempo de detenção hidráulica nominal de 9 horas, sendo o efluente gerado disposto sobre os leitos de quatro filtros de areia em distintas taxas de aplicações. No primeiro filtro de areia aplicaram-se 50 Lm-2 uma vez por dia. No segundo, terceiro e quarto filtro, esta mesma carga foi disposta em dois, três e quatro horários, espaçadas entre as 9 horas e às 16 horas, correspondendo às taxas de 100, 150 e 200 Lm2dia. Cada filtro de areia era seguido por um reator de desnitrificação em que se buscou um meio propício à remoção do nitrogênio, objetivando adequar o efluente ao lançamento em um corpo hídrico e como água de reúso. O sistema foi avaliado quanto a parâmetros físicos, químicos e biológicos. Como resultado, o efluente atendeu a legislação de Minas Gerais e São Paulo quanto a DQO e DBO e, após a correção do pH e adição de efluente anaeróbio como fonte de carbono, obteve-se uma remoção de 43,5% de N-total no reator em que se aplicou 50 Lm-2dia-1, passando a ter um grau moderado para a prática agrícola. Palavras-chave: esgoto, filtro de areia, tratamento, desnitrificação, reúso / Abstract: The main objective of this research was to study an onsite system to treat the wastewater from small villages. The system was constituted by the combination of an upflow anaerobic filter followed by a sand filter and a denitrification reactor. The start up and the operation of three upflow anaerobic filters filled with bamboo rings were evaluated. These filters were operated with hydraulic detention time of 9 hours. The produced effluent was disposed over four sand filters in different frequencies of application. On the first sand filter, 50 Lm-2 were applied once a day. On the second, the third and the fourth filters, the same load was disposed in twice, three and four times a day, distributed between 9 am and 4 pm. Each sand filter was followed by a denitrification reactor aiming at the removal of total nitrogen, thus making appropriate the effluent for discharge or water reuse. Weekly, the system was evaluated by analyses including physical, chemical and biological parameters. As a result, the effluent was suitable for the COD and BOD legislation and, after the pH correction and the addition of external carbon source, a removal of 43,5% from total-N was reached in the reactor which received a load of 50 Lm-2dia-1, consequently the effluent was ready to be used within a slight to moderate degree of restriction. Keywords: wastewater, sand filter, treatment, denitrification, reuse / Doutorado / Saneamento e Ambiente / Doutor em Engenharia Civil

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-02-15T10:47:06Z No. of bitstreams: 1 julianaalvesresende.pdf: 4187528 bytes, checksum: 3a29cc184829c26eb33ffecc869ae841 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-02-26T12:21:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 julianaalvesresende.pdf: 4187528 bytes, checksum: 3a29cc184829c26eb33ffecc869ae841 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-26T12:21:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 julianaalvesresende.pdf: 4187528 bytes, checksum: 3a29cc184829c26eb33ffecc869ae841 (MD5) Previous issue date: 2013-12-16 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Digestão anaeróbia é uma alternativa sustentável para utilização de dejetos animais como insumo energético. Neste contexto, a dinâmica da comunidade microbiana, inativação de patógenos ou mesmo disseminação de genes de resistência durante o processo de biodigestão se torna relevante. Este trabalho avaliou a diversidade taxonômica (domínios Bacteria e Archaea) e a persistência de grupos bacterianos de relevância e resistência a drogas antimicrobianas, em dois biodigestores contínuos de escala piloto operados a temperatura ambiente em duas estações, verão e inverno. O substrato era composto de fezes bovinas frescas diluídas com água de lavagem dos pisos (sólidos totais de 2 a 3%). Amostras do biogás foram coletadas para determinação dos teores de metano. Para análises físico-químicas dos afluentes (carregamento inicial) e efluentes, alíquotas foram coletadas ao longo de 60 dias de fermentação para análises de sólidos totais, voláteis e pH. Análises das comunidades microbianas foram realizadas por PCR quantitativo (qPCR), PCR-single strand conformation polymorphism (SSCP) e análise metagenômica. A densidade de diferentes grupos bacterianos foi realizada por contagem direta. Linhagens bacterianas foram identificadas bioquimicamente utilizando kits comerciais. A susceptibilidade a drogas foi determinada por diluição em ágar. Quantificação de genes que codificam resistência aos macrolídeos (ermB), aminoglicosídeos (aphA2) e beta-lactâmicos (blaTEM-1) foram observadas por qPCR. A taxonomia de bactérias clinicamente relevantes foi ainda avaliada, por similaridade, a partir de um banco de dados criado com 30 sequências de DNA codificadoras para o 16S rRNA de bactérias potencialmente patogênicas. Independente da estação, o processo de biodigestão apresentou desempenho semelhante, com taxas de rendimento médio e teores de metano, 59,2% no verão e 53,7% no inverno. A dinâmica e os valores médios do número de cópias do gene V3 Bacteria e Archaea também foram semelhantes. Ocorreram alterações na composição (filo e famílias) das comunidades microbianas entre as estações e estas mudanças não influenciaram na produção de metano. Provavelmente, ocorreu uma redundância de grupos capazes de realizar funções similares. Foram verificadas reduções significativas de grupos bacterianos de relevância clínico-microbiológica viáveis em ambas as estações. Apesar disso, bactérias multirresistentes foram detectadas tanto nos afluentes como nos efluentes. Cocos Gram-positivos (CGP), o grupo mais prevalente, foi resistente à penicilina e levofloxacino, enquanto resistência à ampicilina, ampicilina-sulbactam e cloranfenicol foi observado com maior frequência entre os bacilos Gram-negativos da família Enterobacteriaceae (ENT) e não fermentadores (BGN NF). Enterococcus spp. foram os CGP isolados com maior frequência e entre os BGN, Escherichia coli foi o mais abundante. Houve redução no número de cópias de todos os genes de resistência (ermB, aphA2 e blaTEM-1) durante o processo de biodigestão, porém mantidos níveis preocupantes nos efluentes. Taxonomia bacteriana avaliada por similaridade das sequências mostrou Clostridium spp., Acinetobacter e Strenotrophomonas como as bactérias mais identificadas. Apesar dos dados apresentados nesse estudo endossarem a digestão anaeróbia como solução importante para reciclagem e produção de energia, levanta preocupações sobre riscos de caráter sanitários durante o processo. Além disso, discussões a respeito do uso de antimicrobianos na pecuária leiteira são necessárias. / Anaerobic digestion is a sustainable alternative to using animal waste as an energy source. In this context, the dynamics of the microbial community, inactivation of pathogens or even spread of resistance genes during the process of digestion becomes relevant. This study evaluated the taxonomic diversity (Bacteria and Archaea domains) and the persistence of bacterial groups of relevance and resistance to antimicrobial drugs, analyzing two continuous pilot scale digesters operated at ambient temperature in two seasons, summer and winter. The substrate was composed fresh cow dung diluted with water for washing floors (total solids 2 to 3%). Biogas samples were collected to determine the levels of methane. For physico-chemical analysis of influent (initial load) and effluent, aliquots were collected during 60 days of fermentation for analyzes of total volatile solids and pH. Analyzes of microbial communities were performed by quantitative PCR (qPCR), PCR-single-strand conformation polymorphism (SSCP) analysis and metagenomics. The density of different bacterial groups was performed by direct counting. Bacterial strains were identified biochemically using commercial kits. The drug susceptibility was determined by the agar dilution method. Quantification of genes encoding resistance to macrolides (ermB), aminoglycosides (aphA2) and beta-lactams (blaTEM-1) were observed by qPCR. The taxonomy of clinically relevant bacteria was further evaluated by similarity from a database created with 30 DNA sequences coding for 16S rRNA of potentially pathogenic bacteria. Independent of season, the process of digestion showed similar performance, with rates average yield and percent methane, 59.2% in summer and 53.7% in winter. The dynamics and the average values of the number of copies of the gene V3 Bacteria and Archaea were also similar. Changes occurred in the composition (phylum and families) of the microbial communities between seasons and these changes did not influence the production of methane. Probably occurred a redundancy group able to perform similar functions. Significant reductions of bacterial groups of clinical and microbiological relevance viable in both seasons were observed. Despite this, multiresistant bacteria were detected in both the affluents and effluents. Gram-positive cocci (GPC), the most prevalent group was resistant to penicillin and levofloxacin, while ampicillin, ampicillin-sulbactam, chloramphenicol was observed more frequently among Gram-negative rods of the Enterobacteriaceae family (ENT) and not fermenters (NF GNR). Enterococcus spp. were most frequently GPC isolated and among the GNR, Escherichia coli was the most abundant. There was reduction in the number of copies of all the resistance genes (ermB, aphA2 and blaTEM-1) during the process of digestion, however, the effluent still showing concerning levels. Bacterial taxonomy evaluated by similarity of the sequences showed Clostridium spp., Acinetobacter and Strenotrophomonas were the bacteria more identified. In spite the data presented in this study showed anaerobic digestion as an important solution to recycling and energy production, raises concerns about health risks of character during the process. In addition, discussions regarding the use of antimicrobials in dairy farming are needed.

Esse trabalho investigou a influência de diferentes origens e pré-tratamentos do inóculo na produção de biohidrogênio em reatores anaeróbios de leito fixo e fluxo ascendente. Aparas de polietileno de baixa densidade foram usadas como material suporte para fixação da biomassa e os reatores foram operados com 2 h de tempo de detenção hidráulica (TDH) e a 25ºC, alimentados com efluente sintético a base de sacarose. Duas fontes de inóculo foram estudadas: lodo anaeróbio de reator UASB aplicado ao tratamento de água residuária de abatedouro de aves (D) e lodo anaeróbio de reator UASB aplicado ao tratamento de água residuária de suinocultura (S); além da autofermentação (A), quando não há nenhum inóculo no reator. Além disso, dois tipos de pré-tratamento térmico (T) e ácido (A) foram avaliados. Os rendimentos de hidrogênio foram de 2,1, 2,0, 2,0,1,0, 1,0, 0,7, 0,7 mol \'H IND.2\' mol-1 sacarose quando os reatores foram inoculados com A, DT, DA, D, SA, ST e S, respectivamente. Nessa nomenclatura, a primeira letra se refere à origem do inóculo e a segunda, ao pré-tratamento. Embora hidrogênio (20-78%) e dióxido de carbono (21-55%) tenham sido os principais produtos no biogás, metano foi detectado nos reatores inoculados com D, DA, S, ST e SA no início e no final da operação. A produção volumétrica máxima de hidrogênio (61,6 mL \'H IND.2\' h-1.L-1) foi obtida quando DA foi usado com inóculo. Porém, o menor valor (15,1 mL \'H IND.2\' h-1.L-1) foi observado usando o inóculo S. Quando o reator não foi inoculado (A), a produção volumétrica de hidrogênio foi 47,3 mL \'H IND.2\' h-1.L-1. Etanol, ácido butírico e acético foram os principais produtos \'metabólicos detectados na fase líquida. Em resumo, os resultados demonstraram que há influência da origem e do pré-tratamento do inóculo em todos os parâmetros analisados. Inóculos sem pré-tratamento resultaram em menor rendimento de hidrogênio do que os observados nos experimentos com inóculos pré-tratados devido a seleção das bactérias produtoras de hidrogênio (BPH). Ademais, embora o pré-tratamento térmico tenha gerado os maiores valores de rendimento, o pré-tratamento ácido resultou em uma operação mais estável com os maiores valores médios. A autofermentação teve desempenho semelhante aos DT e DA e pode ser uma alternativa para a produção biológica de hidrogênio, pois seleciona as BPH naturalmente. / This paper investigated the influence of different inoculums and pretreatment of seed sludge on the biohydrogen production in up-flow anaerobic fixed-bed reactors. Particles of low-density polyethylene were used as support for biomass attachment and the reactor was operated with hydraulic retention time (HRT) of 2 h at 25ºC, fed with a sucrose-based synthetic wastewater. Two sources of inoculums were studied: anaerobic sludge from an UASB (up-flow anaerobic sludge blanket) reactor applied to treat poultry slaughterhouse wastewater (Sl) and anaerobic sludge from an UASB reactor treating swine wastewater (Sw), besides the autofermentation (A), with no inoculation of the reactor. In addition, two kinds of pretreatment heat (He) and acid (Ac) shock were evaluated. Hydrogen yields were 2.1, 2.0, 2.0,1.0, 1.0, 0.7, 0.7, mol \'H IND.2\' mol-1 sucrose when the reactors were inoculated with A, SlHe, SlAc, SwAc, Sl, Sw, and SwHe, respectively. In this nomenclature, the first two letters refer to source and the others refer to pretreatment. Although hydrogen (20-78%) and carbon dioxide (21-55%) have been the main gaseous products in the biogas, methane was detected in Sl, SlAc, Sw, SwHe and SwAc at the beginning and in the last days of the operation. Optimal \'H IND.2\' production rate (61.6 mL \'H IND.2\' h-1 L-1) was obtained when SlAc was used as seed sludge. On the other hand, the smallest value (15.1 mL \'H IND.2\' h-1 L-1) were observed using Sw inoculums. When the reactor was not inoculated (A), \'H IND.2\' production rate was 47.3 mL \'H IND.2\' h-1 L-1. Ethanol, butyric acid and acetic acid were the main soluble products detected in the liquid phase. In summary, the results have demonstrated that there are influences of the source and the pretreatment of the seed sludge in all parameters analyzed. Inoculums without pretreatment resulted in hydrogen productivity lower than those observed for experiments with pretreated inoculums due the selection of hydrogen producing bacteria (HPB). Furthermore, although the heat shock has generated the highest values of hydrogen yield, the acid-shock provided more stable operation with the highest average values. Besides, the autofermentation had almost the same performance than SlAc and SlHe and could be an alternative for biological hydrogen production due to natural selection of HPB.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2017-09-04T18:38:38Z No. of bitstreams: 2 Andressa Estevam.pdf: 1864200 bytes, checksum: 32f0f20645b18d702f804bb0e2b1b6ef (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-04T18:38:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Andressa Estevam.pdf: 1864200 bytes, checksum: 32f0f20645b18d702f804bb0e2b1b6ef (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-03-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The search for alternative fuels to replace the current demand for fossil fuels is growing worldwide, as is the case of the use of biomass for the production of clean energy. H2, besides being an important input in the industrial sector, is an excellent fuel due to its calorific value and the non-generation of gaseous pollutants. The production of hydrogen by anaerobic fermentation has been highlighted as an important route of production because it allows the use of residual substrates by microorganisms producing H2. Such microorganisms can be found in many sources in the form of anaerobic microbial consortia, for use in the form of mixed culture or for isolation of species. This work aimed at the isolation of bacteria from the environment, with the capacity to produce hydrogen by anaerobic fermentation of different substrates and the application of these cultures to the production of H2 using as a source of carbon the brewery effluent. Strains of bacteria isolated from avian litter were characterized and tested for potential H2 production in small scale trials, in static bottles and different substrates, in mesophilic condition. From the selection of a strain of better performance, the experiments were carried out in a mechanically stirred reactor, in a batch of 72 hours and using exclusively the brewery effluent. The H2 production occurred in all the tests and the average biogas flow rate was 72 mL h-1, H2 H2 molar flow rate of 1.2 mmol H2 h-1 and H2 content in the biogas of 30 to 40%, being this compound only by CO2 and H2. / A busca por combustíveis alternativos para substituir a demanda atual de combustíveis fósseis vem crescendo mundialmente, como é o caso da utilização de biomassa para a produção de energia limpa. O H2, além de ser importante insumo no setor industrial é um excelente combustível devido a seu poder calorífico e à não geração de gases poluentes. A produção de hidrogênio por fermentação anaeróbia vem se destacando como uma importante rota de produção pois permite a utilização de substratos residuais por micro-organismos produtores de H2. Tais micro-organismos podem ser encontrados em muitas fontes na forma de consórcios microbianos anaeróbios, para uso na forma de cultura mista ou para isolamento de espécies. Este trabalho teve como objetivo o isolamento de bactérias do ambiente, com capacidade de produzir hidrogênio por fermentação anaeróbia de diferentes substratos e a aplicação destas culturas à produção de H2 utilizando como fonte de carbono o efluente de cervejaria. Cepas de bactérias isoladas de cama de aviário foram caracterizadas e testadas quanto ao potencial de produção de H2 em ensaios de pequena escala, em frascos estáticos e diferentes substratos, em condição mesofílica. A partir da seleção de uma cepa de melhor performance foram conduzidos ensaios em reator agitado mecanicamente, em batelada com duração de 72 horas e utilizando como fonte de carbono efluente de cervejaria, exclusivamente. A produção de H2 ocorreu em todos os ensaios sendo obtidos os valores médios de vazão de biogás de 72 mL h-1, vazão molar de H2 de 1,2 mmol H2 h-1 e teor de H2 no biogás de 30 a 40%, sendo este composto somente por CO2 e H2. PALAVRAS-

Submeteu-se um Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF) de bancada, ao aumento progressivo da concentração de matéria orgânica afluente, e a cargas de choque orgânicas, com o objetivo de verificar-se seu desempenho e estabilidade operacional. O RAHLF foi construído com um tubo de boro-silicato de 100 cm de comprimento, 5,0 cm de diâmetro e 1995 ml de volume total e preenchido com lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de espuma de poliuretano. O reator foi alimentado, inicialmente, com substrato composto principalmente de carboidratos em concentrações, expressas como Demanda Química de Oxigênio (DQO) de, aproximadamente, 200, 1000 e 2000 mg/l. Posteriormente, os carboidratos foram substituídos por metanol e ácidos voláteis, em concentrações totais, aproximadas, de 2000, 3000, 4000 e 5000 mg DQO/l. Atingido o estado estacionário para cada condição operacional, foram aplicadas cargas de choque, aumentando-se em três vezes o valor da DQO afluente, durante período equivalente ao tempo de detenção hidráulica (sete horas). O sistema apresentou problemas operacionais durante os experimentos com carboidratos, quando submetido a 2000 mg DQO/l, correspondente à taxa volumétrica de carregamento orgânico de 8,77 KgDQO/m3.d. Não foi verificado qualquer problema operacional durante os experimentos com substrato contendo metanol e ácidos voláteis, e o reator apresentou eficiência de remoção de DQO superior a 90%. Para o experimento com DQO afluente igual a 2000 mg/l, os parâmetros cinéticos foram estimados a partir de modelo cinético de 1ª ordem, obtendo-se valor de k1 igual a 0,049 h-1, nos demais experimentos ajustou-se modelo cinético de 2ª ordem com valor médio de k2 equivalente a 2,0 x 10-4 l/mg.h Foram aplicadas cargas de choque orgânicas equivalentes a, aproximadamente, 17; 27; 40 e 47 kgDQO/m3.d. Os efeitos das sobrecargas orgânicas no reator foram transientes em todos os casos, tendo o reator voltado à condição inicial em, no máximo, 15 horas após o início das sobrecargas. / A Horizontal flow Anaerobic lmmobilized Sludge Reactor (HAIS) was subjected to progressively increasing concentrations of organic effluent material and to organic shock loads with the purpose of investigating its operational performance and stability. The HAIS, consisting of a 100 cm long, 5 cm diameter borosilicate tube with a total volume capacity of 1995 mL, was filled with anaerobic sludge immobilized in foam and polyurethane matrixes. The reactor was initially fed with a substrate composed mainly of carbohydrates in concentrations, expressed as Chemical Oxygen Demand (COD), of approximately 200, 1000 and 2000 mg/L. These carbohydrates were later replaced by methanol and volatile acids in total concentrations of 2000, 3000, 4000 and 5000 mg COD/L. Shock loads were applied after each operational condition became stationary, with the effluent COD tripled for a period equivalent to the hydraulic detention time (seven hours). The system presented operational problems during the experiments with carbohydrates when subjected to 2000 mg DQO/l, which corresponded to a volumetric organic load index of 8,77 Kg COD/m3.d. No operational problems were detected during the experiments with substrates containing methanol and volatile acids, and the reactor presented a COD removal efficiency of over 90%. The kinetic parameters for the COD effluent with 2000 mg/L were estimated based on a first arder kinetic model, which resulted in a k1 value of 0,049 h-1, while a kinetic model of the second order was used for the remaining experiments, with a mean value of k2 equivalent to 2,0 x 10-4 L/mg.h. Organic shock loads of approximately 17; 27; 40 and 47 kg COD/m3.d were applied. The effects of the organic overloads on the reactor were transient in every case, with the reactor returning to its initial condition at the most 15 hours after the beginning of the overloads.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a possibilidade de acelerar o processo de digestão anaeróbia da fração orgânica de resíduos sólidos urbanos domésticos em sistemas de duas fases, com taxas crescentes de recirculação de lixiviado, variando a taxa de recirculação de lixiviado em função da concentração de ácidos voláteis. Para tanto, foram operados dois sistemas de reatores, cada um composto por um reator de sólidos, que continha o resíduo sólido a ser tratado e um filtro anaeróbio de fluxo ascendente, que tratava o lixiviado do primeiro, antes que esse lixiviado fosse recirculado ao reator de sólidos. Um dos sistemas teve sua taxa de recirculação aumentada a intervalos constantes, enquanto que no outro o momento do aumento da taxa foi função da concentração de ácido propiônico no sistema. O trabalho teve ainda dois objetivos secundários: avaliar a validade de comparar os resultados dos dois sistemas, operados em paralelo, em função das características dos resíduos sólidos e dos procedimentos adotados para coleta e preparação do substrato e para o carregamento dos reatores; e avaliou-se a possibilidade de utilizar filtros anaeróbios para recuperar reatores acidificados. Durante o desenvolvimento do experimento, foram monitorados os seguintes parâmetros: DQO (não filtrada e filtrada), pH, alcalinidade, série de sólidos, nitrogênio total Kjeldahl, nitrogênio amoniacal, ácidos voláteis e composição do biogás. Foram realizados ainda exames qualitativos da microbiota que se desenvolveu nos reatores, através de microscopia óptica de fluorescência e contraste de fase. Os resultados obtidos permitiram concluir que: a) os procedimentos testados para o carregamento dos reatores de sólidos permitiram a comparação de resultados entre os sistemas; b) os filtros foram capazes de recuperar reatores acidificados; e c) a utilização da concentração de ácido propiônico para determinar o momento da variação da taxa de recirculação permitiu acelerar o processo, embora de forma restrita, para a escala de reatores utilizada. / The purpose of this dissertation was to evaluate the possibility of accelerating the process of anaerobic digestion of the organic fraction of domestic municipal solid waste, in two-stage systems, with increasing leachate recirculation rate, through the use of volatile acids as determining parameter of the moment in which the rate must be varied. To do so, two systems of reactors were operated, each being composed by a solids reactor, which contained the solid waste intended to be treated, and an upflow anaerobic filter, which treated the leachate of the first reactor, before recirculation. One of the systems had its recirculation rate increased at constant spells of time, while, in the other system, the moment of the increase in the recirculation rate was a function of the concentration of propionic acid in the system. This study had yet two secondary purposes: evaluating the validity of comparing the results from the two systems of reactors, operated in parallel, in view of the characteristics of solid waste and the adopted procedures for collecting and preparing the substrate, as well as for the loading of reactors; and evaluating the possibility of using anaerobic filters to recover acidified reactors. The following parameters were measured during the process: COD (filtered and non-filtered), pH, alkalinity, solids, Kjeldahl nitrogen, ammonium nitrogen, volatile acids and biogas composition. The development of microorganisms in the reactors was observed qualitatively, using optical microscopy. It was possible to reach the following conclusions: a) the tested procedures allow the comparison of results between the systems; b) the filters are capable of recovering acidified reactors; and c) the employment of the concentration of propionic acid to determine the moment of increase of leachate recirculation rate is capable of accelerating the process, though in a restricted way, for the scale of reactors used.

Nesta tese foi estudada a influência da recirculação do percolado, ajustando as melhores taxas e freqüências, para degradação da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos, em sistema de batelada de uma e duas fases (híbrido). Foram utilizados reatores de 3,45 litros preenchidos com resíduo sólido urbano padrão (FORSUp), percolado como inóculo e um filtro anaeróbio como reator metanogênico. Foram testadas as taxas de recirculação do inóculo de 1%, 2,5%, 5%, 10%, 20%, 30% e 50% e seu monitoramento feito por análises físico-químicas e microbiológicas. O reator que apresentou melhores valores de produção de metano e redução de DQO foi aquele com taxa de recirculação de 20% do percolado metanogênico. Na segunda etapa foram operados três digestores de 50L, alimentados com a FORSUp com as melhores taxas de recirculação determinadas na primeira etapa desse trabalho e a obtida no trabalho de Salgado (2003). Um reator simulou o reator acidogênico de um sistema de duas fases, no qual 20% de seu inóculo foi injetado em um filtro anaeróbio (com tempo de detenção hidráulico de 24 horas). Um outro sistema com taxa de 10% de recirculação de percolado foi operado como reator de uma fase. Outro reator, inoculado com a mesma quantidade de FORSUp e percolado, porém, não se realizou qualquer recirculação do seu inóculo (controle), servindo para comparar os digestores de uma e duas fases. O sistema de duas fases, comparado aos demais reatores, confirmou que a taxa de recirculação de 20%, obteve maior eficiência na partida, com elevada produção de metano e maior percentual de degradação de sólidos. Os exames microscópicos realizados em amostras de percolado desses reatores revelaram predominância de organismos de morfologia com características de Methanococcus e Methanosarcina. Concluiu-se que a taxa de recirculação de percolado influi significativamente nos reatores degradando a matéria orgânica. O estudo cinético confirmou que o processo de digestão obedece a cinética das reações em série, com elevados valores de k´1 / This thesis studied the influence of the leachate recirculation, adjusting to the best rates and frequencies, for degradation of the organic fraction of the urban solid wastes, in one and two-phases (hybrid) system. Bioreactors of 3.45 L were used and filled out with OFMSW pattern, leachate as seed and an anaerobic filter as methanogenic reactor. The performance of the reactors was analyzed varying recirculation rates (1, 2.5, 5, 10, 20, 30 and 50 % in volume of seed). Leachate samples from these reactors were examined through microscopical examinations and physical-chemical analyses to evaluate its performance. The reactor with 20% recirculation rate, got larger efficiency in the departure, methane production and percentage of solid degradation, compared to the others reactors. In the second stage, three 50L digesters were operated and fed with standard OFMSW with the best recirculation rates of the first stage and the best rate obtained in Salgado (2003). A bioreactor simulated the acidogenic reactor of a two-phase system, in which 20% of its seed was injected in anaerobic filter (with hydraulic detention time of 24 hours). Another system, with 10% of recirculation rate of leachate was operated in a one-phase reactor. Once more bioreactor, inoculated like others, however, without any recirculation were studied to compare with one and two-phase reactor. The two-phase system confirmed that the 20% recirculation rate, compared to the others reactors, obtained better efficiency with high methane production and solid degradation. The microscopical examinations in the leachate samples from this reactor presented predominance of organisms with characteristical morphology from Methanococcus and Methanosarcina. It was concluded that the leachate recirculation has significant influence in the degradation of organic matter bioreactors. The kinetic study confirmed that the anaerobic process for OFMSW proceed the in series kinetics, with high constants values of first order

O tratamento de esgotos é essencial à manutenção de suprimento de água nos centros urbanos em condições desejáveis à saúde pública. A carência de saneamento em nosso país mostra a necessidade de alternativas tecnológicas para o tratamento de esgotos. Na busca de novas opções, iniciou-se na CETESB em 1983, o estudo de sistemas compactos para tratamento direto de esgotos pela via anaeróbia. O reator anaeróbio de fluxo ascendente e manto de lodo (reator UASB) foi estudado em escala piloto e mostrou-se viável e eficiente, levando à necessidade de se efetuar o aumento de escala para o completo desenvolvimento da tecnologia. Um reator UASB de 120 m3 foi construído. Durante sete anos (de 1987 a 1993) funcionou sob observação, o que possibilitou o domínio da tecnologia. O sistema operou à temperatura ambiente em três períodos distintos. No primeiro período estudou-se as eficiências de remoção de matéria orgânica e a produção de gás e de lodo. Com tempo de retenção hidráulica médio de 6,5 horas, obteve-se efluente com 113 mg DQO/L, 48 mg DBO/L e 39 mg SST/L. As eficiências de remoção de DQO, DBO e SST foram respectivamente de 59, 65 e 76 por cento. A remoção de Coliformes totais e fecais ficou entre 70 e 90 por cento. Sua desinfecção através de métodos convencionais como cloração, ozonização ou radiação ultravioleta mostrou-se eficiente, a exemplo da maioria dos sistemas secundários de tratamento de efluentes. Obteve-se como fator de produção de lodo 0,2 kg ST/kg DQO da alimentação, sendo esta baixa produção de lodo uma das grandes vantagens do processo anaeróbio tendo em vista o custo e o trabalho que representam o tratamento e disposição do lodo no tratamento de esgotos. A produção de gás foi de 120 NL/kg de DQO alimentado. Efetuou-se também o acompanhamento microbiológico do lodo através de metodologia específica de acompanhamento de biomassa de biodigestores, o que possibilitou o aprimoramento dos conhecimentos da formação da biomassa no decorrer do processo. No segundo período de operação comprovou-se os resultados obtidos no primeiro período. No terceiro período de operação, apoiando-se nas técnicas de análise microbiológica da biomassa, estudou-se a partida a fim de diminuir o tempo para se atingir o regime estacionário. A utilização de inóculo não adaptado, como o lodo de esgoto de reator convencional, requer três a quatro meses para atingir o estado estacionário, com as eficiências relatadas. A partir da experiência adquirida são efetuadas recomendações e considerações para dimensionamento, partida, operação, manutenção e monitoramento para servir como guia aqueles que forem utilizar esta nova tecnologia. Após a partida o sistema apresenta reprodutibilidade, confiabilidade e estabilidade de operação. O controle do sistema, quando se trata de esgoto doméstico, é bastante simples, necessitando apenas remoção periódica de lodo, além da manutenção e limpeza. Há necessidade de remoção periódica de escuma. O dimensionamento do reator sofreu aperfeiçoamentos para melhorar a separação das três fases sólida, líquida e gasosa. Além dos critérios adotados anteriormente a partir do reator piloto de 106 L que possibilitou o estabelecimento de critérios como velocidade superficial no decantador de O,7 m3/m2/h, velocidade do líquido através da abertura inferior do decantador de 5 m3/m2/h e inclinação das paredes do decantador de 50°, observou-se que o transpasse entre a parede do decantador e do defletor de gases deve ter no mínimo 15 em para assegurar que o gás não desvie para dentro do decantador. O limite de velocidade no corpo do reator não deve ultrapassar 1 m3/m2h para garantir o acúmulo de lodo no reator. O lodo apresentou granulação com diâmetros de até 2 mm. Os processos de pós tratamento que vem sendo testados dão os polimentos necessários e adequados às diversas condições de reuso ou descarte do efluente. O sistema é hoje relativamente bastante utilizado, quando se leva em conta os parcos investimentos havidos no setor nos últimos anos. No Estado de São Paulo, a aplicação desta tecnologia foi efetuada através de um convênio entre a CETESB e o DAE-Sumaré, no Jardim Santa Maria, um loteamento de 1500 habitantes. Esse trabalho, mostrou a viabilidade de sua aplicação e comprovou os resultados obtidos, assim como várias experiências realizadas por outras instituições com processo anaeróbio também o demonstraram. No Estado do Paraná, o processo anaeróbio tem sido empregado sistematicamente para o tratamento de esgotos pela Companhia de Saneamento daquele Estado, a SANEPAR. A divulgação dessas experiências e de tantas outras existentes, deve proporcionar a confiança na tecnologia possibilitando sua expansão e a melhoria da qualidade de nossas águas. / Sewage treatment is essential to water supplying in urban nuclei with desirable conditions of public health. The lack of sanitation in our country shows the necessity of sewage treatment technologies compatible to our reality. Searching for new technologies, CETESB has started in 1983, the study of new compact anaerobic treatment systems for sewage. The UASB reactor was studied in pilot scale showing the need of scaling up for it\'s complete technological development. For this purpose a 120m3 UASB reactor was built. During seven years (from 1987 to 1993) the system worked with methodological observation, which made possible the mastering of the technology. The system operated at ambient temperature in three distinct periods. In the first one the performance of organic matter removal and the gas and sludge production were studied. The results showed effluent with 113 mg COD/L, 48 mg BOD/L and 39 mg SST/L with 6.5 hours of hydraulic retention time. The COD, BOD and SST removal performances were respectively 59, 65 and 76 per cent. The faecal and total Coliform removal showed values between 70 and 90 per cent. The effluent disinfection by conventional methods as chlorination, ozonation and ultra violet radiation has showed to be efficient, as the majority of effluent secondary treatment systems. The sludge production was 0.2 kg ST/kg COD in the feed. This low sludge production is one of the biggest advantages of the anaerobic process, in view of the costly and great disturbances that represent the sludge treatment and disposal in the sewage treatment. The gas production was 120 NL/kg COD of the feed. The biomass growth was followed by means of a microbilogical analysis specially developed for biodigesters sludge. In the second operation period the results were confirmed. In the third operation period, also followed by means of microbiological technical analysis, the shortening of the start up time was studied. It was found that starting up with unacclimatized inoculum, the stationary condition takes three to four months to be achieved, with the performances related. Based on the experience gathered, recommendations are made for system design, start up, operation, maintenance and monitoring. After the start up, the system shows reproducibility, reliability and stable operation. For essentially domestic sewage, the control system is very simple, necessitating only periodical sludge removal in addition to the maintenance activities. There is necessity of periodically scum removal. The design of the reactor was changed to improve the separation of solid, liquid and gaseous phases. Besides the design criteria described before, based on pilot scale experience, such as surface velocity in the settler area of O.7 m3/m2.h, liquid velocity in the lower aperture of the settling chamber 5 m3/m2.h with minimum HRT of four hours and slope of settling chamber walls of 50°, it was observed that it needs 15 cm in the crossing between the settler wall and the gas deflector to assure no gas deviation to the settler compartment. The maximum upflow velocity in the reactor body is 1 m3/m2.h to warrant retention of sludge in the reactor. Pellets in sludge presented up to 2 mm in diameter. Post-treatments may be necessary to give the effluent the appropriated conditions for its reuse or discharge. Today, the system is quite used in Brazil, taking in account the low investments in the sector. In the State of Sao Paulo, an example of this technology transfer is the agreement signed by CETESB and DAE-Sumaré, at \"Jardim Sta. Maria\", a small community of 1500 inhabitants. This work confirmed the results obtained and showed the feasibility of its application. Other experiences made by other institutions with anaerobic process confirmed them as well. In the State of Parana, the anaerobic process has been employed systematically for sewage treatment by the State Sanitation Company. The diffusion of this experiences and of many others existing might provide the confidence in the technology, enabling its expansion and the improvement of the quality of our waters.

A Política Nacional de Resíduos Sólidos, instituída pela Lei Federal 12.305 em agosto de 2010 e regulamentada pelo Decreto 7.404, em 23 de dezembro de 2010, estabeleceu um novo paradigma na gestão e gerenciamento dos resíduos sólidos no Brasil. Entre as mudanças apresentadas, uma das mais relevantes é a que prioriza o não aterramento da fração orgânica e a recuperação energética dos resíduos. Por esse motivo, a busca por novas tecnologias para o tratamento desses resíduos tem sido intensificada nos últimos anos. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho busca avaliar o potencial de se realizar estratégias para aclimatação de lodos anaeróbios em possíveis inoculações de biometanizadores alimentados com fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (FORSU). Foram analisados dois diferentes lodos, esses em função da decomposição e estabilização da FORSU por meio de ensaios de biodegradabilidade anaeróbia. O primeiro, lodo ETE (LE), foi coletado de um reator UASB, utilizado para tratamento de esgoto sanitário doméstico, já o segundo, lodo Aterro (LA), foi coletado de uma lagoa de acúmulo de lixiviados em um aterro sanitário desativado. Para os ensaios, utilizaram-se frascos Duran® de 250 mL, incubados a 35°C, considerando-se a co-digestão nas seguintes relações resíduo/inóculo (R0/I0): 1/16, 1/8, 1/4, 1/2 e 1/1 gSTVresíduo.gSTVinóculo-1. As estratégias de aclimatação consistiram em manter o inóculo para as próximas bateladas, bem como, dobrar as relações (R0/I0) com sucessivas alimentações realizadas em três bateladas sequenciais. Para que fossem possíveis o controle e a verificação do processo ao longo das bateladas, foram realizadas análises físico-químicas, microbiológicas, cinéticas e de atividade metanogênica específica (AME). Os inóculos adaptaram-se de imediato à FORSU, tendo sido verificada produção crescente de metano já nos primeiros dias dos testes. Os melhores resultados do potencial bioquímico de metano foram obtidos pelas menores relações (R0/I0) para ambos os inóculos. As maiores relações (R0/I0) influenciaram negativamente o desempenho do processo de biometanização para o inóculo LE, verificada pelas menores taxas máximas de rendimento de metano e maiores fase lag. Para o inóculo LA, ao final do processo de aclimatação foi verificado maior índice de diversidade para o Domínio Archaea, corroborando com os resultados obtidos pela quantidade de micro-organismos metanogênicos. Essas verificações se deram por meio de análises de microscopia óptica e pelos maiores valores obtidos nos testes de AME. Destarte, conclui-se que a estratégia de aclimatação se utilizando das menores relações (R0/I0): 1/16, 1/8 e 1/4 para o inóculo LA, possui o maior potencial, sendo esse na inoculação em maiores relações (R0/I0) na partida de biometanizadores alimentados com fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos, logo, garantindo-se efetividade no processo. / The National Policy on Solid Waste, instituted by Federal Law 12,305 in august 2010 and regulated by Decree 7404, on december 23, 2010, established a new paradigm in the management of solid waste in Brazil. Among the changes presented, one of the most relevant is the one that prioritizes the non-grounding of the organic fraction and the energy recovery of the waste. For this reason, the search for new technologies for the treatment of this waste has been intensified in recent years. In this context, the objective of this work is to evaluate the potential of strategies for acclimatization of anaerobic sludge in possible inoculations of biomethanizers fed with organic fraction of municipal solid waste (OFMSW). Two different sludges were analyzed, as a function of the decomposition and stabilization of OFMSW by anaerobic biodegradability tests. The first, ETE sludge (LE), was collected from a UASB reactor, used to treat domestic sanitary sewage, while the second, Aterro sludge (LA) was collected from a pond of leachate accumulation in a deactivated landfill. For the tests, 250 ml Duran® flasks incubated at 35°C were used, considering co-digestion in the following residue/inoculum ratios (R0/I0): 1/16, 1/8, 1/4, 1/2 and 1/1 gSTVresidue.gSTVinoculum-1. The acclimation strategies consisted in maintaining the inoculum for the next batch, as well as doubling the ratios (R0/I0) with successive feedings performed in three sequential batches. In order to control and verify the process throughout the batch, physical-chemical, microbiological, kinetic and specific methanogenic activity (SMA) analyzes were performed. The inocula immediately adapted to OFMSW, and there was a growing production of methane already in the first days of the tests. The best results of the biochemical potential of methane were obtained by the lower ratios (R0/I0) for both inoculum. The higher ratios (R0/I0) negatively influenced the performance of the biomethanization process for the LE inoculum, verified by the lower maximum methane yield rates and higher lag phase. For the inoculum LA, at the end of the acclimation process, a higher diversity index was verified for the Archaea Domain, corroborating with the results obtained by a number of methanogenic microorganisms. These tests were carried out by means of optical microscopy and the highest values obtained in the SMA tests. Therefore, it is concluded that the acclimation strategy using the lowest ratios (R0/I0): 1/16, 1/8 and 1/4 for the inoculum LA, has the highest potential, being inoculated at higher rates (R0/I0) at the start of biomethanizers fed with organic fraction of municipal solid waste, thus, ensuring effectiveness in the process.

O tratamento de esgotos é essencial à manutenção de suprimento de água nos centros urbanos em condições desejáveis à saúde pública. A carência de saneamento em nosso país mostra a necessidade de alternativas tecnológicas para o tratamento de esgotos. Na busca de novas opções, iniciou-se na CETESB em 1983, o estudo de sistemas compactos para tratamento direto de esgotos pela via anaeróbia. O reator anaeróbio de fluxo ascendente e manto de lodo (reator UASB) foi estudado em escala piloto e mostrou-se viável e eficiente, levando à necessidade de se efetuar o aumento de escala para o completo desenvolvimento da tecnologia. Um reator UASB de 120 m3 foi construído. Durante sete anos (de 1987 a 1993) funcionou sob observação, o que possibilitou o domínio da tecnologia. O sistema operou à temperatura ambiente em três períodos distintos. No primeiro período estudou-se as eficiências de remoção de matéria orgânica e a produção de gás e de lodo. Com tempo de retenção hidráulica médio de 6,5 horas, obteve-se efluente com 113 mg DQO/L, 48 mg DBO/L e 39 mg SST/L. As eficiências de remoção de DQO, DBO e SST foram respectivamente de 59, 65 e 76 por cento. A remoção de Coliformes totais e fecais ficou entre 70 e 90 por cento. Sua desinfecção através de métodos convencionais como cloração, ozonização ou radiação ultravioleta mostrou-se eficiente, a exemplo da maioria dos sistemas secundários de tratamento de efluentes. Obteve-se como fator de produção de lodo 0,2 kg ST/kg DQO da alimentação, sendo esta baixa produção de lodo uma das grandes vantagens do processo anaeróbio tendo em vista o custo e o trabalho que representam o tratamento e disposição do lodo no tratamento de esgotos. A produção de gás foi de 120 NL/kg de DQO alimentado. Efetuou-se também o acompanhamento microbiológico do lodo através de metodologia específica de acompanhamento de biomassa de biodigestores, o que possibilitou o aprimoramento dos conhecimentos da formação da biomassa no decorrer do processo. No segundo período de operação comprovou-se os resultados obtidos no primeiro período. No terceiro período de operação, apoiando-se nas técnicas de análise microbiológica da biomassa, estudou-se a partida a fim de diminuir o tempo para se atingir o regime estacionário. A utilização de inóculo não adaptado, como o lodo de esgoto de reator convencional, requer três a quatro meses para atingir o estado estacionário, com as eficiências relatadas. A partir da experiência adquirida são efetuadas recomendações e considerações para dimensionamento, partida, operação, manutenção e monitoramento para servir como guia aqueles que forem utilizar esta nova tecnologia. Após a partida o sistema apresenta reprodutibilidade, confiabilidade e estabilidade de operação. O controle do sistema, quando se trata de esgoto doméstico, é bastante simples, necessitando apenas remoção periódica de lodo, além da manutenção e limpeza. Há necessidade de remoção periódica de escuma. O dimensionamento do reator sofreu aperfeiçoamentos para melhorar a separação das três fases sólida, líquida e gasosa. Além dos critérios adotados anteriormente a partir do reator piloto de 106 L que possibilitou o estabelecimento de critérios como velocidade superficial no decantador de O,7 m3/m2/h, velocidade do líquido através da abertura inferior do decantador de 5 m3/m2/h e inclinação das paredes do decantador de 50°, observou-se que o transpasse entre a parede do decantador e do defletor de gases deve ter no mínimo 15 em para assegurar que o gás não desvie para dentro do decantador. O limite de velocidade no corpo do reator não deve ultrapassar 1 m3/m2h para garantir o acúmulo de lodo no reator. O lodo apresentou granulação com diâmetros de até 2 mm. Os processos de pós tratamento que vem sendo testados dão os polimentos necessários e adequados às diversas condições de reuso ou descarte do efluente. O sistema é hoje relativamente bastante utilizado, quando se leva em conta os parcos investimentos havidos no setor nos últimos anos. No Estado de São Paulo, a aplicação desta tecnologia foi efetuada através de um convênio entre a CETESB e o DAE-Sumaré, no Jardim Santa Maria, um loteamento de 1500 habitantes. Esse trabalho, mostrou a viabilidade de sua aplicação e comprovou os resultados obtidos, assim como várias experiências realizadas por outras instituições com processo anaeróbio também o demonstraram. No Estado do Paraná, o processo anaeróbio tem sido empregado sistematicamente para o tratamento de esgotos pela Companhia de Saneamento daquele Estado, a SANEPAR. A divulgação dessas experiências e de tantas outras existentes, deve proporcionar a confiança na tecnologia possibilitando sua expansão e a melhoria da qualidade de nossas águas. / Sewage treatment is essential to water supplying in urban nuclei with desirable conditions of public health. The lack of sanitation in our country shows the necessity of sewage treatment technologies compatible to our reality. Searching for new technologies, CETESB has started in 1983, the study of new compact anaerobic treatment systems for sewage. The UASB reactor was studied in pilot scale showing the need of scaling up for it\'s complete technological development. For this purpose a 120m3 UASB reactor was built. During seven years (from 1987 to 1993) the system worked with methodological observation, which made possible the mastering of the technology. The system operated at ambient temperature in three distinct periods. In the first one the performance of organic matter removal and the gas and sludge production were studied. The results showed effluent with 113 mg COD/L, 48 mg BOD/L and 39 mg SST/L with 6.5 hours of hydraulic retention time. The COD, BOD and SST removal performances were respectively 59, 65 and 76 per cent. The faecal and total Coliform removal showed values between 70 and 90 per cent. The effluent disinfection by conventional methods as chlorination, ozonation and ultra violet radiation has showed to be efficient, as the majority of effluent secondary treatment systems. The sludge production was 0.2 kg ST/kg COD in the feed. This low sludge production is one of the biggest advantages of the anaerobic process, in view of the costly and great disturbances that represent the sludge treatment and disposal in the sewage treatment. The gas production was 120 NL/kg COD of the feed. The biomass growth was followed by means of a microbilogical analysis specially developed for biodigesters sludge. In the second operation period the results were confirmed. In the third operation period, also followed by means of microbiological technical analysis, the shortening of the start up time was studied. It was found that starting up with unacclimatized inoculum, the stationary condition takes three to four months to be achieved, with the performances related. Based on the experience gathered, recommendations are made for system design, start up, operation, maintenance and monitoring. After the start up, the system shows reproducibility, reliability and stable operation. For essentially domestic sewage, the control system is very simple, necessitating only periodical sludge removal in addition to the maintenance activities. There is necessity of periodically scum removal. The design of the reactor was changed to improve the separation of solid, liquid and gaseous phases. Besides the design criteria described before, based on pilot scale experience, such as surface velocity in the settler area of O.7 m3/m2.h, liquid velocity in the lower aperture of the settling chamber 5 m3/m2.h with minimum HRT of four hours and slope of settling chamber walls of 50°, it was observed that it needs 15 cm in the crossing between the settler wall and the gas deflector to assure no gas deviation to the settler compartment. The maximum upflow velocity in the reactor body is 1 m3/m2.h to warrant retention of sludge in the reactor. Pellets in sludge presented up to 2 mm in diameter. Post-treatments may be necessary to give the effluent the appropriated conditions for its reuse or discharge. Today, the system is quite used in Brazil, taking in account the low investments in the sector. In the State of Sao Paulo, an example of this technology transfer is the agreement signed by CETESB and DAE-Sumaré, at \"Jardim Sta. Maria\", a small community of 1500 inhabitants. This work confirmed the results obtained and showed the feasibility of its application. Other experiences made by other institutions with anaerobic process confirmed them as well. In the State of Parana, the anaerobic process has been employed systematically for sewage treatment by the State Sanitation Company. The diffusion of this experiences and of many others existing might provide the confidence in the technology, enabling its expansion and the improvement of the quality of our waters.