Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-07-04T04:04:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346683.pdf: 4585904 bytes, checksum: e28d6be553e6f998a6b82134f50d69b3 (MD5) Previous issue date: 2017 / O aumento da demanda mundial de energia, associada à preocupação com aspectos ambientais e à finitude das reservas de petróleo, resultou na introdução do biodiesel na matriz energética brasileira, por meio de sua adição ao diesel. Porém, a crescente obrigatoriedade de adição de biodiesel ao diesel comercial brasileiro pode acarretar na contaminação de águas subterrâneas em virtude de derramamentos acidentais durante a produção, transporte e utilização deste biocombustível. Assim, torna-se necessário o conhecimento de formas adequadas de tratamento de aquíferos contaminados por essas misturas. Neste contexto, um experimento em campo foi conduzido para avaliar o potencial da bioestimulação combinada dos processos de ferro e sulfatorredução na aceleração da degradação do biodiesel e dos hidrocarbonetos aromáticos do diesel, presentes na mistura diesel B20 (20% de biodiesel e 80% de diesel v/v). Para tanto, 100L de diesel B20 foram liberados diretamente no lençol freático e foram adicionados 100 kg de óxidos de ferro recuperados do tratamento da drenagem ácida de mina (DAM) e 2 kg de acetato de amônio, com o intuito de estimular o crescimento de micro-organismos sob condições ferro e sulfatorredutoras, uma vez que o produto recuperado do tratamento da DAM contém também sulfato em sua composição. A fim de avaliar os benefícios desta tecnologia de bioestimulação ativa, os resultados obtidos foram comparados com um experimento adjacente com diesel B20, em condições de atenuação natural monitorada (ANM). Os resultados demonstraram que a presença dos óxidos de ferro recuperados do tratamento da DAM e acetato de amônio acelerou a biodegradação do diesel B20, resultando em baixas concentrações dissolvidas de BTEX e HPA's ao longo de 18 meses de monitoramento do experimento, quando comparada à ANM. A rápida degradação do diesel B20 e a manutenção de baixas concentrações dissolvidas de hidrocarbonetos aromáticos foi atribuída ao crescimento de micro-organismos específicos capazes de utilizar acetato, biodiesel e os hidrocarbonetos aromáticos como substratos em condições ferro e sulfatorredutoras. Os micro-organismos da família Peptococcaceae (gêneros: Desulfosporosinus spp., Desulfotomaculum spp. e Desulfurispora spp.) e as bactérias do gênero Geobacter e Gouta19 foram os principais micro-organismos envolvidos na biodegradação do diesel B20. A rápida biodegradação dos contaminantes aromáticos do diesel B20 demonstrou que a aplicação de óxidos de ferro recuperados do tratamento da DAM e acetato de amônio, com o intuito de promover a bioestimulação conjunta dos processos de ferro e sulfatorredução, é uma interessante abordagem de tratamento para remediação de águas subterrâneas contaminadas com diesel B20.<br> / Abstract : The increasing worldwide demand for energy and the environmental concerns associated with transportation fuels have encouraged the introduction of biodiesel into the Brazilian energy matrix, by adding it to diesel formulations. Biodiesel growing mandatory blending percentage in Brazilian commercial diesel increase the likelihood of contaminating groundwater due to accidental spills during the production, transportation and use of diesel/biodiesel blends. Therefore, the study of the appropriate treatments for aquifers contaminated by diesel/biodiesel blends is needed. A field experiment with B20 (20 % biodiesel and 80 % diesel, v/v) was conducted to assess the potential for the combined biostimulation of iron and sulfate reducing bacteria to enhance BTEX and PAH biodegradation in a diesel/biodiesel blend-contaminated groundwater. 100L of B20 were released directly into the water table and 100Kg of iron oxides recovered from acid mine drainage (AMD) treatment and 2Kg of ammonium acetate were used to stimulate iron and sulfate-reducing conditions, since the product recovered from AMD also contains sulfate. In order to evaluate the benefits of the biostimulation technology, a B20 field experiment under monitored natural attenuation (MNA) was used as a baseline control. The application of iron oxides recovered from AMD treatment and ammonium acetate accelerated B20 biodegradation and maintained low dissolved concentrations of BTEX and polycyclic aromatic hydrocarbons over along 18 months of monitoring the experiment, as compared to the baseline control experiment under MNA. The observed low aromatic compound dissolved concentrations were attributed to the growth of specific micro-organisms capable of degrading acetate, biodiesel and aromatic hydrocarbons under iron and sulfate reduction conditions. The key players responsible for the rapid B20 attenuation were bacteria of the Peptococcaceae family (Desulfosporosinus spp., Desulfotomaculum spp. e Desulfurispora spp.) and bacteria of the Geobacter and Gouta19 genus. The rapid B20 biodegradation and the use of a low cost and sustainable product suggest that the application of iron oxides recovered from AMD treatment and ammonium acetate, in order to promote combined iron and sulfate reduction, is an interesting approach to treat groundwater contaminated with B20.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-07-04T04:04:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346685.pdf: 5170246 bytes, checksum: efa1a19bd4cbb2eb8201c13c5bb9af28 (MD5) Previous issue date: 2017 / Recentemente o uso de modelos hidrológicos distribuídos e semi-distribuídos tem crescido, principalmente devido ao aumento na capacidade de processamento computacional e da disponibilidade de dados espacialmente distribuídos. Sua aplicação na gestão de recursos hídricos, como importante ferramenta de apoio nas tomadas de decisão, requer que as incertezas envolvidas nas estimativas modeladas sejam sempre quantificadas e comunicadas aos seus usuários. Apesar de indissociável, essas incertezas nem sempre são apresentadas nos estudos relacionados. A calibração de modelos hidrológicos utilizando variáveis observadas de maneira espacialmente distribuída, ou diferentes variáveis, pode ser capaz de reduzir as incertezas e contornar o problema da equifinalidade, pois menos conjuntos de parâmetros são capazes de satisfazer os critérios de calibração em todas as áreas simultaneamente. O presente trabalho procura investigar as hipóteses de que as calibrações multi-site e multi-variável são capazes de melhorar o desempenho e diminuir as incertezas da simulação de vazão pelo modelo SWAT. Foram avaliadas diferentes estratégias de calibração, integrando o uso de medições de vazão em múltiplas estações fluviométricas e estimativas de evapotranspiração provenientes de sensoriamento remoto. O modelo foi calibrado e validado na bacia hidrográfica do rio Iguaçu, pelo SUFI-2, utilizando como função objetivo o índice KGE (Kling-Gupta Efficiency). A transferência de parâmetros entre diferentes escalas temporais também foi investigada. Para isto, os parâmetros foram calibrados em escala mensal e validados nas escalas mensal e diária. A evapotranspiração real foi obtida dos resultados da aplicação do METRIC a imagens MODIS por Uda (2016), que produziu estimativas mensais para toda a bacia do rio Iguaçu. Os resultados indicam que a adição de múltiplas estações fluviométricas e/ou da evapotranspiração nas estratégias de calibração leva à diminuição das incertezas na simulação da vazão. Todavia, as calibrações multi-site e multi-variável não levaram a melhorias significativas na performance do modelo na simulação da vazão. As validações em escala diária apresentaram resultados razoáveis em relação às incertezas (fator-p e fator-r) e à função objetivo (KGE>=0,50) para a simulação de vazão. Entretanto, o exutório e algumas subbacias não foram capazes de simular os picos de vazão satisfatoriamente. A transferência de parâmetros entre escalas temporais no SWAT depende de mais estudos.<br> / Abstract : Distributed hydrological models use has recently grown mostly due to the rising computational processing capacity and data availability. Application of hydrological models on water resources management, as important tool for decision making, requires the prediction uncertainty to be evaluated and clearly communicated to users. Despite intrinsic, uncertainty is not always clearly related. The use of multi-variable and/or multi-site calibration on hydrologic distributed models can help reduce equifinality problems, since less parameter sets can satisfy calibration criteria at all sites simultaneously. The present study investigate the hypothesis that multi-site and/or multi-variable calibration are able to improve model performance and reduce prediction uncertainty for streamflow predictions on SWAT model. Different calibration strategies were evaluated, integrating multiple streamflow measurements and evapotranspiration estimates from remote sensing products. SWAT model was calibrated and validated on Iguaçu river basin, using SUFI-2, with Kling-Gupta Efficiency (KGE) as objective function. The transference of parameters among different time steps was also investigated. For that, the model was calibrated only at monthly time step and validated on monthly and daily time steps. Actual evapotranspiration estimates were obtained from Uda (2016), which produced monthly evapotranspiration maps for the entire Iguaçu river basin. Results indicate that the use of multi-site or multi-variable calibration reduces streamflow prediction uncertainty, but no significant performance improvement was observed. Model daily validation results were satisfactory regarding uncertainty (r-factor and p-factor) and the objective function (KGE>=0,50) for the streamflow simulation. On the other hand, the main outlet and some subbasins were unable to correctly simulate flow peaks. Parameter transference between temporal scales for SWAT requires further investigation.

Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-07-11T04:21:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346013.pdf: 1039202 bytes, checksum: a41ff2e55dfaa4afa5ecd05b60707729 (MD5) Previous issue date: 2016 / Este estudo foi elaborado com o objetivo de determinar a força de tração dos transportadores e apresentar uma possibilidade de cogeração de energia elétrica a partir de energia cinética rotacional, considerando um gerador de fluxo axial de ímãs permanentes de baixa potência a ser acoplado em um sistema de transporte. É uma pesquisa de caráter inovador até então não abordado em estudos acadêmicos em uma época que os recursos naturais estão cada vez mais escassos, e já existe tecnologia comercial no mercado.A metodologia adotada foi de pesquisa descritiva, visando demonstrar qualitativamente a relação entre o campo ambiental, climático e energético, para avaliação de impactos que são minimizados com a adoção de sistemas de cogeração. Para isto foram utilizadas fórmulas de calculo de força de tração da energia cinética considerando dados dos manuais técnicos de fabricantes dos componentes, bem como pesquisa de tecnologias de geração de energia com baixa rotação que possam ser acopladas em sistemas transportadores industriais e de pessoas, possibilitando transformar números em informações.A proposta se baseia em cálculos que demonstram um sistema de transporte industrial com sua capacidade para o qual foi projetado considerando todos os fatores de segurança recomendado pela engenharia, e o dimensionamento de uma maquina de fluxo axial para reaproveitamento da energia cinética rotacional. Esse propósito visa garantir inúmeras vantagens ao meio ambiente , tendo em vista a correlação de emissão de CO2 que deixará de ser emitidas por KW gerados pela cogeração de energia.<br> / Abstract : This study was prepared to determine the tensile strength of carries and present the possibility of electrical energy cogeneration from rotational kinetic energy, considering an axial flow generator of permanent low power magnets to be coupled in a transport system. This innovative research was not addressed in any academic studies, at a time when natural resources are even scarcer and there is already commercial technology available on market. The methodology used was descriptive research, aimed to demonstrate qualitatively the relation among the environmental, climate and energy field to evaluate the impacts that are minimized with the adoption of cogeneration systems. For this, it was used calculation formulas of kinetic energy tensile strength, considering data from technical manuals of component manufacturers as well as research of technologies of energy generation with low rotation that can be coupled in industrial and people transportation systems that can transform numbers into information.The proposition was based on calculations that demonstrate an industrial transportation system with its capacity that was projected considering every safety factors recommended by engineering, and the design of an axial flow machine to reuse rotational energy. This project targets to ensure numerous benefits to the environment, given the correlation of CO2 that will no longer be emitted due to the KW generated by energy cogeneration.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-09-05T04:11:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348174.pdf: 6552053 bytes, checksum: 490274d6be93c3e5669fcb37f2e646dd (MD5) Previous issue date: 2017 / A tecnologia de lodo granular desenvolvida em reatores em bateladas sequenciais (RBS) é uma nova geração de processo alternativa aos lodos ativados para tratamento de águas residuárias. Porém, estudos utilizando esgoto real destacaram dificuldades para alcançar estabilidade dos grânulos e completa remoção de nutrientes. Além disso, atualmente existe a demanda pelo desenvolvimento de tecnologias inovadoras e sustentáveis que alcancem além da proteção ambiental, a recuperação de recursos, a eficiência energética e espacial. Neste contexto, os objetivos desta tese de doutorado foram (i) identificar o papel da comunidade microbiana para sustentar granulação, remoção de nutrientes e formação de substâncias poliméricas extracelulares (EPS), e (ii) investigar o potencial de biorrefinaria de exopolímeros do tipo alginato, em sistemas de tratamento de esgoto sanitário utilizando lodo granular. No primeiro estudo da tese (§ 4.1), as investigações iniciaram-se com a granulação e remoção de nitrogênio em um RBS piloto, tratando esgoto sanitário (0,6-1,0 g DQOsolúvel L-1 d-1). Os grânulos formados (300 µm) eram compostos por protozoários e bactérias, com predominância de organismos oxidante de amônia (AOB) nas camadas externas do grânulo. A nitrificação parcial foi a principal via metabólica da conversão de nitrogênio. As rotas de desnitrificação via nitrito, desnitrificação autotrófica, desnitrificação completa e incompleta também foram verificadas, com moderadas emissões de N2O (2,8 % da carga total de nitrogênio afluente). No segundo estudo da tese (§ 4.2), o desempenho da granulação e da remoção de nutrientes foram comparadas entre dois regimes de enchimento: rápido (estratégia operacional EO1: 18 L min-1) e lento (estratégia operacional EO2: 3,5 L min-1), em um RBS piloto com esgoto sanitário. O enchimento lento foi benéfico para formar grânulos maiores, para aumentar a fração de grânulos no lodo e para melhorar a sedimentabilidade (EO1: 290 µm, 55% grânulos,109 mL gSST-1; EO2: 450 µm, 78%, 74 mL gSST-1). O lento enchimento em EO2 também foi vantajoso para a hidrólise da matéria orgânica particulada, no acúmulo de biomassa (0,7 gSSV L-1 em EO1 e 1,5 gSSV L-1 em EO2) e na remoção de fósforo (33% em EO1 e > 97,5% em EO2 a partir de 165 dias). Porém, em ambas EO a biomassa não se acumulou substancialmente e houve o acúmulo de nitrito no sistema. Estas falhas de processo foram relacionadas com à configuração do ciclo do RBS e aos micro-organismos selecionados pela operação. Os organismos heterotróficos ordinários (OHO) de crescimento rápido foram predominantes em ambas EO (30% Thauera em EO1; 56% Comamonas em EO2). As populações afiliadas à Rhodocyclaceae, como o gênero Thauera, contribuiram positivamente para a granulação nas condições operacionais utilizadas para a remoção de C-N (EO1), porém resultou na formação de grânulos irregulares, levando à desintegração dos grânulos após 274 dias em EO1. Por outro lado, no terceiro estudo da tese (§ 4.3), a aplicação de condições de seleção de organismos acumuladores de poli-fosfato (PAO) de crescimento lento do gênero ?Candidatus Accumulibacter? (também membro da família Rhodocyclaceae) em um RBS de bancada, resultou em granulação robusta, demonstrando uma relevante diferença no impacto, a nível de gênero, no desempenho da estabilidade. O quarto estudo desta tese (§ 4.4), revelou que condições de aumento gradual da carga orgânica (0,3 a 2,0 g DQOacetato dia-1 L-1), razão C:P (8-16 g DQO g-1P), e razão Ca:Mg (0,37-1 mol Ca mol-1 Mg), levaram à elevada seleção de ?Ca. Accumulibacter? (máximo 83% de contagem de leitura total) em condições ambientais de pH 7,5 e 18 ºC, e sustentaram a formação de substancial fração em massa de exopolímero no lodo granular (máximo 0,53 g STEPS g-1 SVbm). O exopolímero extraído do lodo granular apresentou um comportamento reológico típico de alginato. Em conclusão, a seleção de PAO por meio da gestão da operação do reator leva à efetiva coesão dos grânulos, promove remoção de fósforo e sustenta a produção de biopolímeros de elevado valor agregado ao interesse industrial, inserindo, portanto, a tecnologia de lodo granular na economia circular.<br> / Abstract : The granular sludge technology developed in sequential batch reactors (SBR) is a new-generation process alternative to activated sludge, and is being considered as standard for the intensification of biological nutrient removal (BNR) from wastewater. However, studies using real sewage have highlighted difficulties to achieve granules stability and complete nutrient removal. In addition, there is a demand for the development of innovative and sustainable technologies that achieve besides environmental protection, resource recovery and efficiency on energy and space. In this context, the doctoral thesis aimed (i) to clarify the role of microbial communities to sustain granulation, nutrient removal, and formation of extracellular polymeric substances (EPS), and (ii) to investigate the biorefinery potential of alginate-like exopolymers in sanitary wastewater treatment systems using granular sludge. Investigations began in the first research chapter (§ 4.1) with the study of granulation and nitrogen removal in a pilot SBR treating sanitary wastewater (0,6-1,0 g DQOsoluble L-1 d-1). The granules formed (300 µm) were composed of protozoa and bacteria, with predominance of ammonia oxidizing organisms (AOB) in the outer layers of granules. Partial nitrification was the main metabolic pathway of nitrogen conversion. Nitrogen conversion routes as denitrification via nitrite, autotrophic denitrification, complete and incomplete denitrification were also verified, with moderate emission of N2O (2.8 % of total nitrogen influent). In the second research chapter (§ 4.2), granulation and nutrient removal performances were compared between two feeding regimes: rapid (operational strategy OS1: 18 L min-1) and slow (operational strategy OS2: 3.5 L min-1), in the pilot SBR fed with sanitary sewage. The slow feeding was beneficial to form bigger granules and to increase the fraction of granules in the sludge and to improve their settling performance (OS1: 290 µm, 55% granules, 109 mL gTSS-1; OS2: 450 µm, 78%, 74 mL gTSS-1). The slow OS2 was also advantageous for the hydrolysis of particulate organic matter, the accumulation of biomass (0.7 gVSS L-1 under OS1 and 1.5 gVSS L-1 under OS2), and the removal of phosphorus (33% under OS1 and > 97.5% under OS2 from 165 days onward). However, under both OS the biomass did not accumulate substantially and nitrite accumulated in the system. These process failures were related to the SBR configuration cycle and to the microorganisms selected by the operation. Fast-growing ordinary heterotrophic organisms (OHO) were predominant under both OS (30% Thauera under OS1 and 56% Comamonas under OS2). Rhodocyclaceae populations, such as the Thauera genus, positively contributed to granulation under C-N removal conditions (OS1), but resulted in the formation of irregular granules, leading to granules disintegration after 274 days under OS1. On the other hand, in the third research chapter (§ 4.3), the application of conditions selecting for slow-growing polyphosphate-accumulating organisms (PAO) affiliating with the genus "Candidatus Accumulibacter" (also a member of the Rhodocyclaceae family) in a bench-scale SBR resulted in robust granulation, demonstrating a significant difference on the impact of the genus level on the granulation performance. The fourth and last research chapter (§ 4.4) revealed that conditions of gradual increase in organic load (0.3 a 2.0 g CODacetate dia-1 L-1), C:P ratio (8-16 g COD g-1 P), and Ca:Mg ratio (0.37-1 mol Ca mol-1 Mg) highly selected for ?Ca. Accumulibacter? (maximum 83% of amplicon sequencing read count) under environmental conditions of pH 7.5 and 18°C, and sustained the formation of a substantial mass fraction of exopolymers in the granular sludge (maximum 0.53 g TSEPS g-1 VSbm, 0.40 g VSEPS g-1 VSbm). The exopolymer extracted from granular sludge presented the typical rheological behavior of alginate biomaterials. In conclusion, PAO selection through reactor operation management leads to an effective granule cohesion, promotes phosphorus removal, and sustains the production of high-value biopolymers of industrial interest for the civil engineering and coating industries, thus incorporating the granular sludge technology in the circular economy.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2017 / Made available in DSpace on 2017-09-05T04:12:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347147.pdf: 4895405 bytes, checksum: f5d73bc386c71f4328cbf28a70418b6b (MD5) Previous issue date: 2017 / Maximizar a remoção do nitrogênio presente em esgoto sanitário submetido ao tratamento em wetlands construídos verticais descendentes (WCVD) e verticais de fundo saturado (WCVD-FS) é um parâmetro chave para o desenvolvimento desta ecotecnologia, sendo primordial o entendimento do comportamento da comunidade microbiana nitrificante e desnitrificante, vinculado aos parâmetros operacionais destas unidades. Nesse contexto, o objetivo desse estudo foi avaliar a dinâmica microbiana associada às transformações do nitrogênio, e sua relação com parâmetros operacionais em wetlands construídos verticais descendentes. Foram utilizados três procedimentos experimentais (PE) distintos, todos operados com esgoto sanitário. No PE I, por meio da técnica FISH, foi avaliada a interferência de períodos de alimentação e repouso de 30 dias, na comunidade bacteriana nitrificante e desnitrificante, em microcosmos que simularam o perfil vertical de WCVD (colunas DN 150 mm), e, também, em um WCVD-FS em escala real (área superficial de 3.144 m2), ambos preenchidos com areia como material filtrante. Os períodos de repouso de 30 dias promoveram um decaimento na abundância de bactérias nitrificantes. Contudo, com a retomada da alimentação, as mesmas restabeleceram-se no meio, e não afetaram a nitrificação. Por outro lado, bactérias desnitrificantes não foram influenciadas pelos períodos de repouso. No PE II, foi avaliado um WCVD em escala piloto (3 m² de área superficial) preenchido com areia e brita como material filtrante, operado sob uma taxa hidráulica (TH) de 375 mm d-1 e duas cargas orgânicas distintas: período I: com 6 meses de operação e aplicação de 130 g DQO m-2 d-1 e período II: com 3 meses de operação e aplicação de 80 g DQO m-2 d-1. Ao final de cada período, foram coletadas amostras do maciço filtrante na camada da superfície e do fundo do WCVD, e foi empregada a técnica de qPCR (em nível de DNA e RNA) para identificar a abundância e atividade de genes expressos no processo de transformação do nitrogênio, tais como, amoA de bactérias oxidantes de amônia (AOB), amoA de arqueas oxidantes de amônia (AOA) e nosZ de bactérias desnitrificantes. Além disso, com as amostras do período II, foi realizado o sequenciamento de nova geração do 16S rRNA para eubactérias e arqueas (em nível de RNA). Os resultados do PE II demonstraram que a nitrificação foi realizada por AOB (Nitrosospira), AOA (Nitrososphaeraceae) e NOB (Nitrobacter). AOB foram mais abundantes que as AOA nos dois períodos. Contudo, AOA em ambas as camadas e períodos (106 transcritos amoA g-1) apresentaram maior atividade que AOB (variando entre 105 e 106 transcritos amoA g-1). AOA mostraram ser mais estáveis e menos afetadas pelas variações operacionais. Bactérias desnitrificantes foram identificadas em maior atividade (106 transcritos nosZ g-1) na camada da superfície, quando aplicada uma carga orgânica de 130 g DQO m-2 d-1. Já quando a carga orgânica baixou para 80 g DQO m-2 d-1, maior atividade desnitrificante (106 transcritos nosZ g-1) passou a ser identificada na camada do fundo. No PE III, foi avaliado um WCVD e um WCVD-FS (ambos com 1,5 m² de área superficial, com areia e brita como material filtrante), operados em paralelo, sob as mesmas condições operacionais (40 g DQO m-2 d-1 e TH de 133 mm d-1). Após 6 meses de operação, foi coletada uma amostra do maciço filtrante na camada da superfície e do fundo nos dois wetlands, e foram realizadas as mesmas análises microbiológicas conduzidas no PE II. No WCVD a atividade de AOA (Nitrososphaeraceae e Nitrosopumilaceae) foi de 106 e 105 transcritos amoA g-1 na camada da superfície e do fundo, respectivamente, enquanto que a atividade de AOB (Nitrosomonadaceae) diminuiu (102 e 103 transcritos amoA g-1 na camada da superfície e do fundo, respectivamente). Já no WCVD-FS, um comportamento oposto ao WCVD foi identificado. A atividade de AOA (Nitrososphaeraceae) diminuiu na camada saturada três ordens de grandeza (de 107 para 104 transcritos amoA g-1) e a de AOB (Nitrosomonadaceae) nessa camada, apresentou maior estabilidade (de 105 para 104 transcritos amoA g-1). Apesar disso, AOA permaneceram sendo mais ativas que AOB em ambos os wetlands. Nos dois wetlands, a oxidação do nitrito foi conduzida pelas bactérias oxidantes de nitrito (NOB) Nitrobacter e Nitrospira. Além disso, identificou-se uma relação de simbiose entre AOA e NOB na região oxidativa dos wetlands. A atividade de bactérias desnitrificantes (105 transcritos nosZ g-1) foi claramente enriquecida na camada saturada do WCVD-FS. De forma geral, nitrificação e desnitrificação simultâneas foram identificadas em todos os PE. Alta atividade de AOA, AOB, e bactérias desnitrificantes foram identificadas ao longo do perfil vertical do WCVD operado sob uma carga orgânica de 80 g DQO m-2 d-1 e TH de 375 mm d-1, com ciclos de alimentação e repouso de 3,5 dias. Estas condições operacionais em conjunto com a saturação da camada de fundo do maciço filtrante, apresentam-se como alternativas promissoras na maximização da remoção do nitrogênio em wetlands construídos verticais. / Abstract: To enhance the nitrogen removal present in urban wastewater submitted to treatment in unsaturated vertical flow constructed wetlands (UVF) and partially saturated vertical flow constructed wetlands (SVF) is a key parameter for the development of this ecotechnology. It is essential, therefore, to understand the behavior of the nitrifying and denitrifying microbial communities linked to the operational parameters of these wetlands. In this context, the aim of this study was to evaluate the microbial dynamics associated with nitrogen transformations and their relation with operational parameters in vertical subsurface flow constructed wetland. Three different experimental procedures (EP) were used and all of them were conducted using urban wastewater. In the EP I, it was evaluated the interference of feeding and rest periods of 30 days in the nitrifying and denitrifying bacteria through the use of the FISH technique, in microcosms that simulated the vertical profile of UVF (columns Ø 150 mm) and full scale SVF wetland (surface area of 3,144 m²). Both units were filled with sand as bed media. Rest periods of 30 days promoted decay in the nitrifying bacteria abundance. However, with the resumption of feeding, nitrifying bacteria reestablished in the bed media and did not affect nitrification. On the other hand, denitrifying bacteria were not influenced by the rest periods. In the EP II, it was evaluated a UVF wetland in pilot scale (surface area of 3 m²) with sand and gravel as bed media, which was operated under hydraulic loading rate (HLR) of 375 mm d-1 and two different organic loading rates (OLR): (i) period I: 6 months of operation with OLR of 130 g COD m-² d-1; and (ii) period II: 3 months of operation with OLR of 80 g COD m-² d-1. At the end of each period, samples were collected from the bed media, in the top and bottom layers of the UVF wetland. qPCR (at DNA and RNA level) was performed to identify abundance and activity of expressed gens in nitrogen transformation processes, such as amoA of ammonia oxidizing bacteria (AOB), amoA of ammonia oxidizing archaea (AOA) and nosZ of denitrifying bacteria. Moreover, with samples from period II, it was conducted the high throughput sequencing of 16S rRNA for eubacteria and archaeal (at RNA level). The results from EP II showed that nitrification was performed by AOB (Nitrosospira), AOA (Nitrososphaeraceae) e NOB (Nitrobacter). AOB were more abundant than AOA in both periods. However, AOA in both layers and periods (106 amoA trancripts g-1) presented more activity than AOB (which ranged between 105 and 106 amoA transcripts g-1). AOA showed to be more stable and less affected by the operational variations. Denitrifying bacteria were identified more active in the top layer (106 nosZ transcripts g-1) with OLR of 130 g COD m-2 d-1. When the OLR decreased for 80 g COD m-2 d-1, more denitrifying activity became identified in the bottom layer (106 nosZ trancripts g-1). In the EP III, it was evaluated a UVF and a SVF wetlands (surface area of 1.5 m² for each unit, with sand and gravel of bed media), operated in parallel, under de same conditions (OLR of 40 g COD m-2 d-1 and HLR of 133 mm d-1). After 6 months of operation, samples from the top and bottom layers of the bed media were collected from both wetlands. The same microbiology analyses performed in EP II were conducted in these samples. In the UVF wetland the AOA activity (Nitrososphaeraceae and Nitrosopumilaceae) was of 106 and 105 amoA transcripts g-1 in the top and bottom layers, respectively. While the activity of AOB (Nitrosomonadaceae) decreased (102 and 103 amoA g-1 transcripts in the top and bottom layers, respectively), the SVF wetland showed the opposite behavior. AOA (Nitrososphaeraceae) activity decreased three orders of magnitude in the bottom layer (from 107 to 104 amoA trancripts g-1), and AOB (Nitrosomonadaceae) showed more stability (from 105 to 104 amoA trasnscripts g-1). Despite this, AOA remained more active than AOB in both wetlands. Nitrite oxidation in UVF and SVF wetlands was conducted by nitrite oxidizing bacteria (NOB) such as Nitrobacter and Nitrospira. Furthermore, a symbiosis relationship between AOA and NOB was identified in the oxidative layer from both wetlands. Denitrifying bacteria activity (105 transcripts nosZ g-1) was clearly enriched at the saturated layer in the SVF wetland. In general, simultaneous nitrification and denitrification were identified in all EP. High AOA, AOB and denitrifying bacteria activity were identified along the vertical profile of the UVF wetland operated under OLR of 80 g COD m-2 d-1 and HLR of 375 mm d-1, with cycles of feeding and rest of 3.5 days. These operational conditions together with bottom layer saturation in the bed media are presented as promising alternatives in the maximization of the nitrogen removal in vertical subsurface flow constructed wetlands.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2017 / Made available in DSpace on 2017-09-05T04:14:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347146.pdf: 7100132 bytes, checksum: 581f38d046d38c5af05abf688b716a13 (MD5) Previous issue date: 2017 / Desastres ambientais por inundação têm ocorrido com frequência em inúmeras regiões do mundo. Na região serrana do estado de Santa Catarina não tem sido diferente, sendo observados impactos tanto em áreas rurais quanto em núcleos urbanos. Deste modo, os modelos hidrológicos têm sido escolhidos como ferramentas de suporte aos instrumentos de gestão e planejamento de recursos hídricos. Amplamente utilizado no mundo, o modelo hidrológico HEC-HMS é uma ferramenta para a compreensão da resposta hidrológica de bacias hidrográficas a eventos extremos. O objetivo geral deste trabalho foi investigar, por meio da modelagem orientada por eventos, a resposta hidrológica das sub-bacias urbanas de Lages/SC no sistema Caveiras Montante 1 em três eventos diferentes. Neste contexto, a cidade registrou eventos extremos que causaram desastres por inundação nos últimos anos. Foram selecionados três eventos distintos em 2005, 2008 e 2011 com as áreas inundadas delineadas para calibrar e testar o HEC-HMS e avaliar seus resultados e estimativas. Os resultados encontrados proporcionaram valores de volume de escoamento superficial direto e de vazão de pico associados aos eventos, permitiram o conhecimento dos parâmetros otimizados com maior influência, além de produzir hidrogramas para as bacias hidrográficas do rio Ponte Grande e Carahá, as quais não possuem dados fluviométricos observados, e contam com as recorrentes ocorrências de inundações. Por fim, isto permitiu dar suporte para o conhecimento dos processos hidrológicos dentro do denominado sistema Caveiras Montante 1 e verificar a transferência de parâmetros entre sub-bacias inseridas num mesmo sistema. / Abstract: Environmental disasters by flood have occurred frequently in different regions of the world. It has not been different in Santa Catarina mountainous region, observing the impacts in both rural and urban areas. The support with the hydrological models to the water resources management and planning tools. Widely used in the world, the HEC-HMS hydrological model is an essential tool for the comprehension of the hydrological response of watersheds to extreme events. The general aim of this work was to investigate, through event-oriented modeling, the hydrological response of the urban sub-basins of Lages/SC in the Caveiras Montante 1 system during three different events. In this context, the city recorded extreme events that caused environmental disasters by flood in recent years. It was selected three distinct events in 2005, 2008 and 2011 with mapped flood areas to calibrate and test the HEC-HMS, and to assess the results and estimates. The results obtained provided values of direct surface flow volume and peak flow associated to events, allowed the knowledge of optimized parameters with greater influence, and besides all this, the hydrographs from the Ponte Grande and Carahá watersheds, which do not have observed fluviometric data, and it has recurrent flood occurrences. Finally, this allowed to support the knowledge of the hydrological processes within the Caveiras Montante 1 system and to verify the parameters transfer between sub-basins inserted in the same system.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-12-05T03:10:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348708.pdf: 4421959 bytes, checksum: 378a5df7e213af74629ff84237bedc08 (MD5) Previous issue date: 2017 / A Drenagem Ácida da Mineração (DAM) contêm vários metais solubilizados e baixos valores de pH, representando um risco potencial tanto para o meio ambiente como para a saúde humana. Além disso, a durabilidade no tempo e a dificuldade em aplicar sistemas de tratamento nos lugares onde a DAM é gerada, dificultam seu tratamento. Por outro lado, na região da Grande Florianópolis existe uma atividade da maricultura significativa, destacando o cultivo de mexilhões e ostras, sendo gerada uma grande quantidade de resíduos em forma de conchas. As conchas dos moluscos, formadas em sua maior parte por carbonato cálcico, são descartadas em vez de serem reutilizadas para produzir material de valor agregado, provocando, consequentemente, impactos ambientais, sociais e econômicos negativos. Assim, este trabalho pretende estudar em escala laboratorial o potencial das conchas de moluscos processadas para tratar a DAM do carvão gerada na Região Carbonífera Catarinense, avaliando sua capacidade para neutralizar o pH e remover Al, Fe e Mn. Comparou-se, consequentemente, o potencial dos grãos da concha de mexilhão, grãos da concha de ostra bruta e grãos da concha da ostra calcinada para remover alumínio, ferro e manganês contidos na DAM mediante ensaios em regime de batelada segundo o método estatístico de Taguchi. Os grãos da concha de ostra bruta foram selecionados como o agente de neutralização/sorção para a continuidade da pesquisa pois apresentaram boas remoções além de um processo sustentável, econômico e simples. O estudo das isotermas de adsorção dos metais mostrou um melhor ajuste ao modelo de Langmuir, mostrando as seguintes capacidades máximas de adsorção: 16,61 mg · g-1 para Al em solução sintética; 29,58 mg · g-1 para ferro com DAM e 0,18 mg · g-1 para Mn com DAM. Boas eficiências de remoção foram obtidas ao tratar a DAM com uma dosagem de 2g/L de calcita biogênica: 100% para Al; 88,8% para Fe e 82% par Mn. Os estudos cinéticos verificaram que o processo de remoção acontece em duas etapas, nos casos de Fe e Mn, enquanto que para o alumínio a remoção acontece numa única etapa. Constatou-se que após tratamento com concha de ostra, o alumínio e ferro alcançaram concentrações abaixo das máximas permitidas pela Resolução CONAMA 357 de 2005 para águas da classe 3 (apta para usos secundários), enquanto que, embora a concentração de manganês foi consideravelmente reduzida, não atingiu-se o padrão adequado. Os dados dos ensaios cinéticos foram bem ajustados com o modelo cinético de pseudo-segunda ordem para Al e Fe. O manganês apresentou baixos coeficientes de correlação em todos os casos. Quanto aos experimentosem regime de fluxo contínuo descendente, foram tratados 6,5 L de DAM durante 22h de experimento. Verificou-se que a calcita biogênica não alcançou saturação de alumínio, no entanto alcançou saturação de ferro aos 1200min e aos 300min do início do experimento para o manganês. Ao avaliar as curvas de ruptura para ferro e manganês, obtiveram-se, segundo o modelo de Thomas, as capacidades respectivas de adsorção de ??0= 1,7324mg · g-1 e ??0= 1,537mg · g-1. As análises de MEV e EDS realizadas nos grãos da concha de ostra saturada de metais parecem indicar que existe remoção dos metais via mecanismos de sorção, porém, em base aos valores de pH alcançados durante os ensaios, assume-se a precipitação como hidróxidos como o principal mecanismo de remoção dos metais. Em conclusão, os grãos das conchas de ostra bruta, mediante um processo de obtenção sustentável, econômico e simples, e considerando ainda os valores de remoção obtidos, apresentaram-se como um agente neutralizador/sorvente com grande potencial para tratar a DAM gerada na Região Carbonífera Catarinense. Além disso, é preciso salientar a grande disponibilidade da matéria prima (conchas de ostra) na região da Grande Florianópolis e o baixo custo que implicaria o seu uso, requisitos fundamentais para o tratamento da DAM mediante a aplicação de um material gerador de alcalinidade. / Abstract : Acid Mine Drainage (AMD) represents a potential risk to both the environment and human health due several solubilized metals and low pH values. In addition, the long durability and the difficulty in applying treatment systems in the places where AMD is generated, make difficult its treatment. On the other hand, in Grande Florianópolis there is a significant mariculture activity, highlighting the cultivation of mussels and oysters. Thus, a large amount of shell waste is generated. Mollusk shells, mostly made up of calcium carbonate, are discarded instead of being reused to produce value-added material, thereby causing environmental, social and economic negative impacts. Thus, this work intends to study the processed mollusk shells potential to treat the coal AMD generated in the Catarinense Carboniferous Region in laboratory scale, evaluating its capacity to neutralize the pH and to remove Al, Fe and Mn. Therefore, applying the Taguchi statistical method in batch tests, were compared the potential of mussel shell grains, crude oyster shell grains and calcined oyster shell grains to remove aluminum, iron and manganese contents in AMD. The grains of the raw oyster shell were selected as the neutralization/sorption agent to continue the research because they presented good removals besides a sustainable, economical and simple process. The metal adsorption isotherms showed a better fit to the Langmuir model, showing the following maximum adsorption capacities: 16,61mg · g-1 for Al in synthetic solution; 29.58mg · g-1 for iron with DAM and 0.18mg · g-1 for Mn with AMD. Good removal efficiencies were obtained by treating AMD with 2g/L biogenic calcite dosage: 100% for Al; 88.8% for Fe and 82% for Mn. The kinetic studies verified that the removal process occurs in two stages, in the Fe and Mn cases, whereas for the aluminum removal takes place in a single step. The values obtained in the kinetic tests were compared with the class 3 waters maximum permitted values established by Resolution CONAMA 357 of 2005, in order to be used for secondary uses. It was found that aluminum and iron reached concentrations below the maximum allowed, while the manganese concentration did not, however, its concentration was significantly reduced. The kinetic tests fitted well with pseudo-second kinetic model order for Al and Fe. On the other hand, manganese presented low correlation coefficients in all cases. By experiments in descending continuous flow regime, 6.5L of DAM were treated during 22h. It was verified that biogenic calcite did not reach the saturation for aluminum, for iron case, the calcite reached the saturation at 1200min and for the manganese at 300min from the beginning of the experiment. Whenevaluating the rupture curves for iron and manganese, the adsorption capacities of ??0= 1.7324mg · g-1 and ??0= 1.537mg · g-1 were obtained for respective metals. The SEM and EDS analyzes performed on the saturated oyster shells grains seems to indicate that sorption processes exist during metal removal. However, due pH values achieved during de testes, hydroxide precipitation it is assumed as the main metal removal mechanism. In conclusion, it is shown the great potential to treat AMD generated in the Catarinense Carboniferous Region through a sustainable, economic and simple obtaining process, besides getting good sorption values, by using raw oyster shell grains as a neutralization/sorption agent. In addition, it is necessary to emphasize the high availability of the raw material (oyster shells) in the region and the low cost that would imply its use, essential requirements for an AMD treatment by applying an alkalinity generating material.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-24T03:11:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336420.pdf: 3942753 bytes, checksum: a6aa3aee9b5c285c1075c9433fd5a2da (MD5) Previous issue date: 2015 / O impacto causado pelas emissões atmosféricas por fontes pontuais começou a ganhar atenção a partir do momento em que episódios críticos de poluição do ar ocorreram. Um dos métodos para conter a degradação da qualidade do ar foi a definição de padrões de emissão, limitando a quantidade de poluentes emanados por fontes fixas pontuais. Quando há a comparação de regulamentações entre os diversos países, nota-se que existe uma discrepância nos parâmetros empregados na restrição de emissões atmosféricas. No Brasil, por exemplo, limitar as concentrações em chaminés é a principal maneira de controlar o lançamento de poluentes no ar. Através desse método, não se consideram outros fatores importantes, como a vazão de emissão, a topografia do terreno e a ocupação do solo. Esse trabalho visou verificar a efetividade dos limites de emissão brasileiros (CONAMA e SEMA/PR) e internacionais (Índia, Estados Unidos e União Europeia) na salvaguarda da qualidade do ar. Isso foi feito por meio do uso do modelo AERMOD, para o caso de emissões da indústria de cerâmica vermelha do sul do estado de Santa Catarina. Averiguou-se que o cenário de emissão brasileiro (CONAMA), ao lado do indiano, foram os mais impactantes para os poluentes avaliados. O limite de emissão brasileiro causou a ultrapassagem do padrão de qualidade do ar para os dois poluentes avaliados (particulado total em suspensão - PTS e dióxido de nitrogênio - NO2). Os limites de emissão dos Estados Unidos e da União Europeia (UE) seriam suficientes para evitar impactos do PTS. Já o padrão de emissão da UE para o NO2 ainda não seria suficiente para garantir o padrão de qualidade do ar.<br> / Abstract : The impact caused by atmospheric emissions from point sources started gaining concerns from the moment that critical air pollution episodes occurred. One of the methods that was applied to contain air quality degradation was the establishment of emission standards, limiting the amount of pollutants emanating from stationary point sources. When there is a comparison among countries? regulations, one notes that there is a discrepancy among the parameters used in the restriction of air emissions. In Brazil, for example, the concentrations are the main way to limit the release of pollutants into the air. Through this method, important factors are not taken in account (such as flow rate, land use and relief). This work aimed to evaluate the effectiveness of brazilian's (CONAMA and SEMA/PR) resolutions and international regulations (India, United States and European Union) in safeguarding air quality. This was done through the use of AERMOD model, for the southern Santa Catarina state red clay industries case of emissions. It was noticed that the brazilian and the indian emission standards were the most critical for air quality. Brazil's emission limit compromised significantly air quality for total suspended particles (TSP) and overcame nitrogen dioxide's (NO2) air quality hour standard. United States' and European Union's emission standards would be enough to guarantee air quality for TSP. But European Union's emission limit wouldn't ensure NO2 air quality 1 hour standard.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-24T03:11:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336238.pdf: 2867833 bytes, checksum: f6ea0d1b9b2aee59c86c4c2de958ccb8 (MD5) Previous issue date: 2015 / O biogás representa uma forma de energia limpa e sustentável, que pode ser potencialmente aproveitada nos aterros sanitários brasileiros. Entretanto, o seu uso energético encontra-se limitado pela presença de contaminantes que dificultam o processo e acarretam dispendiosos custos de manutenção. O sulfeto de hidrogênio (H2S) é o contaminante mais perigoso, tóxico e corrosivo presente no biogás e, portanto, sua eficiente remoção é fundamental para qualquer aplicação energética. O objetivo desta pesquisa é avaliar a remoção de H2S com óxido de ferro nanoestruturado (OFN), visando ao estabelecimento de parâmetros para dimensionamento de unidade de dessulfurização de biogás produzido em aterro sanitário. A fim de se determinar o desempenho do OFN, testes de adsorção e regeneração foram conduzidos em reator de fluxo ascendente e contínuo sob diferentes condições experimentais. Este estudo foi realizado em escala laboratorial, com o uso de gás sintético (H2S + N2). Os resultados demonstraram que a concentração inicial de H2S e a umidade do gás são os parâmetros que mais influenciam a capacidade de adsorção do OFN. Mostrou-se que o uso de velocidades espaciais inferiores e iguais a 2.500 h-1 provoca a obtenção de eficiências de remoção superiores a 99%. A máxima capacidade de adsorção obtida até a ruptura do OFN foi 2,7 mgH2S.g-1, correspondente ao ensaio com maior coluna (Di=3,0cm), menor concentração inicial de H2S (200 ppmv), gás seco e velocidade espacial de 2.500 h-1. Através de técnicas de caracterização das amostras de OFN, verificou-se que o óxido de ferro foi de fato convertido a sulfeto de ferro durante a saturação do leito e, também, que a regeneração do OFN com ar não foi satisfatória para as condições operacionais testadas. Ainda, as análises de caracterização mostraram que o OFN é um material adsorvente conformado por nanopartículas aciculares de hematita (aFe2O3), cuja área superficial BET (73,2 m²g-1) é consideravelmente superior à de óxidos de ferro convencionais, o que justifica o seu bom desempenho. Os resultados alcançados foram úteis para a definição de parâmetros genéricos a serem adotados no dimensionamento de filtro com OFN aplicado à dessulfurização de biogás.<br> / Abstract : Biogas represents a form of clean and sustainable energy which can be potentially exploited in Brazilian landfills. However, its energetic use is limited by the presence of contaminants which hinder the process and generate excessive maintenance costs. Hydrogen sulfide (H2S) is the most dangerous, toxic and corrosive contaminant in biogas, therefore its safe and efficient removal is essential to any kind of energy application. The aim of this research is to evaluate H2S removal with nanostructured iron oxide (NIO), towards establishing parameters to design a desulfurization unit for biogas produced in landfills. In order to determine the performance of NIO, adsorption and regeneration tests were conducted in a continuous up-flow reactor over a range of different operating conditions. This study was performed on lab scale with the use of synthetic gas (H2S + N2). The results demonstrate that the H2S inlet concentration and gas humidity are the most influencing parameters of the adsorption capacity of NIO. It was shown that the use of gas space velocity equal to or lower than 2,500 h-1 induces removal efficiencies greater than 99%. The maximum breakthrough capacity obtained for NIO was 2.7 mgH2S.g-1, corresponding to the trial with the greatest column (Di=3.0cm), the lowest H2S inlet concentration (200 ppm), dry gas and gas space velocity of 2,500 h-1. Characterizing the NIO samples, it was found that the iron oxide was in fact converted into iron sulfide during the desulfurization test and also that bed regeneration with air was not satisfactory for the operating conditions tested. Furthermore, the characterization analysis showed that NIO is an adsorbent material formed by acicular hematite nanoparticles (aFe2O3), with a BET surface area (73.2 m²g-1) considerably higher than that in conventional iron oxides, which explains the good performance of NIO. The results were useful for the definition of generic parameters to be considered in the design of a filter with NIO for biogas desulfurization.

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