O presente trabalho teve, por objetivo principal, analisar a remoção de sulfato em águas de drenagem ácida de minas em dois tipos de reatores anaeróbios, um com crescimento granular (UASB) e outro com biomassa aderida (RAHLF). Estudos anteriores publicados na literatura apresentam resultados positivos quanto ao tratamento anaeróbio de drenagem ácida de minas, entretanto, na maioria deles, é aplicado um tratamento preliminar à água residuária antes do tratamento principal. Esse trabalho avaliou a operação de reatores anaeróbios sem prévio tratamento da drenagem ácida sob diferentes variáveis. Para o reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF), foram analisadas as variáveis relação DQO/\'SO IND.4\'POT.2-\', correção do pH afluente, carga de sulfato aplicada e a recirculação da fase líquida. Os resultados mostraram que a redução da carga de sulfato aplicada foi o fator determinante para os bons resultados de remoção, encontrados ao longo da operação dos reatores (70% de remoção de sulfato e 75% de remoção de DQO). A relação DQO/\'SO IND.4\'POT.2-\' também foi importante e quando utilizada a relação estequiométrica de 0,67, a eficiência de remoção de sulfato atingiu níveis superiores a 70% com pequeno acúmulo de ácido acético no efluente. Para a operação do reator anaeróbio de manta de lodo (UASB), as variáveis analisadas foram o volume da manta de lodo, a relação DQO/\'SO IND.4\'POT.2-\', a carga de sulfato aplicada e a recirculação da fase líquida. Como para o RAHLF, a redução da carga de sulfato aplicada foi essencial para o melhor funcionamento do UASB. A relação DQO/\'SO IND.4\'POT.2-\' de 1,0 promoveu melhora na eficiência do reator, quando comparada à relação estequiométrica e a recirculação no reator só foi positiva quando realizada com água de abastecimento, tendo o reator entrado em colapso quando a recirculação foi realizada com o efluente tratado. / The main objective of this work was to evaluate the sulfate removal from acid mine drainage in two types of anaerobic reactors, one with a granular sludge (UASB) and another with immobilized biomass (HAIB reactor). Previous published studies have showed positive results for the anaerobic treatment of acid mine drainage, however, in most of them, it was applied a pre-treatment operation. This study evaluated the operation of anaerobic reactors without pre-treatment of the acid mine drainage under different parameters. The parameters COD/\'SO IND.4\'POT.2-\' ratio, correction of affluent pH, sulfate loading and recirculation of the liquid phase were tested for horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor. The results showed that the decrease in the sulfate loading was a determining factor for the successful sulfate removal found throughout the operation of the reactors. The COD/\'SO IND.4\'POT.2-\' ratio was also important and the removal efficiency of sulfate reached levels above 70% with a small accumulation of acetic acid in the effluent when using stoichiometric ratio of 0.67. For the operation of the upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, the parameters were the volume of the sludge blanket, the COD/\'SO IND.4\'POT.2-\' ratio, the sulfate loading and the recirculation of the liquid phase. Similarly ti the HAIB reactor, reducing the sulfate load was essential for obtaining better results. The COD/\'SO IND.4\'POT.2-\' ratio of 1.0 showed a improved sulfate removal efficiency for the UASB reactor when compared to stoichiometric ratio at 0.67 ant the recirculation in this reactor was only positive when carried out with tap water. The UASB reactor collapsed when recirculation was carried out whit the treated effluent.

Um reator anaeróbio horizontal de leito fixo foi operado a escala de laboratório, visando verificar sua capacidade de degradação de fenol. O RAHLF foi construído em vidro de borosilicato com 100 cm de comprimento e 5,04 cm de diâmetro, preenchido com lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de espuma de poliuretano. Prévio à realização do experimento o reator foi operado com substrato sintético, contendo como fontes de carbono glicose, ácido acético e ácido fórmico, atingida a estabilização da matéria orgânica para uma carga orgânica de 1028 mg/L, correspondente a uma remoção de DQO de 98%, foi iniciada a adição de fenol começando com uma concentração de 50 mg/L como única fonte de carbono. A concentração de fenol adicionada variou de 50 a 1200 mg/L e sua degradação foi avaliada através de determinação cromatográfica, utilizando cromatografia gasosa e parâmetros físico-químicos como pH, ácidos voláteis, alcalinidade e DQO. O RAHLF foi operado com um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 12,3 horas. Com 50 mg/L, após 33 dias o reator atingiu uma remoção de fenol de 97%. Com 100 mg/L e depois de 148 dias de operação não foi detectado fenol no efluente do reator. Com 300 mg/L e após 58 dias de operação o reator apresentou 99% de remoção e uma concentração no efluente de 0,85 mg/L. Com 600 mg/L, 900 mg/L e 1200 mh/L, após 47, 29 e 7 dias de operação o reator alcançou remoções de 99%. Em todas as concentrações foi observado o predomínio de Methanosaeta, Methanobacterium e cocosmetanogênicos. Em relação à bactéria oxidadora de fenol foi observado o predomínio de coco-bacilos. As altas remoções de fenol observadas neste trabalho são devidas provavelmente à utilização de células imobilizadas. / A bench-scale horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor was assayed aiming to verify its potential use for phenol degradation. The HAIB reactor consisted of a bore-silicate tube (100 cm long; 5.04 cm diameter) filled with polyurethane foam matrices containing immobilized anaerobic sludge. Before being subjected to phenol, the reactor was fed with synthetic substrate at the influent chemical oxygen demand (COD) of 1,028 mg/L achieving 98% of COD removal efficiency. Thereafter, phenol as the sole carbon source was added under step-increasing concentrations from 50 to 1,200 mg/L. Phenol degradation was evaluated by gas chromatographic analysis of influent and effiuent samples. Process monitoring included determinations of pH, volatile acids, alkalinity and COD. The HAIB reactor was operated at a constant hydraulic detention time (HDT) of 12,3 hours. After 33 days with 50 mg/L of phenol in the influent, the reactor achieved 97% of phenol removal efficiency. Successful phenol degradation (efficiency removal of 99%) occurred for influem concentrations of 100, 300, 600, 900 and 1,200 mg/L after 148, 58, 47, 29 and 7 days, respectively. The predominance of Methanosaeta, Methanobacterium and methanogenic cocci could be observed in all the operating conditions, besides the presence of phenol-oxidizing microorganisms as irregular rods. The results indicate that phenol degradation at very high rates can be accomplished in HAIB reactors containing acclimatized biomass.

A atividade industrial diversificada tem sido responsável pelo lançamento, no ambiente, de resíduos que contém materiais tóxicos e/ou de difícil degradação. Benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (BTEX) são compostos importantes, por estarem presentes em águas superficiais e subterrâneas, geralmente a partir de contaminações por derivadas de petróleo. Enquanto a degradação aeróbia de BTEX já está amplamente entendida e descrita, a aplicação de processos anaeróbios de tratamento, indicados na década de 80 ainda requer mais estudos. Reatores anaeróbios horizontais de leito fixo de bancada preenchidos com cubos de espuma de poliuretano, contendo lodo anaeróbio proveniente de diversas fontes trataram a água residuária sintética a base de proteínas, carboidratos, lipídios, contendo solução etanólica de BTEX e solução de BTEX em detergente comercial; e solução etanólica de BTEX como únicas fontes de carbono. A influência da adição de nitrato e sulfato como aceptores de elétrons na degradação anaeróbia também é discutida. Os reatores foram capazes de remover BTEX nas concentrações testadas de até 15,0 mg/L de cada composto, com tempos de detenção hidráulica de 11,4 horas e 13,5 horas. Os reatores forneceram condições excelentes para o desenvolvimento de biofilme complexo capaz de degradar BTEX, contendo organismos degradadores de BTEX, acetogênicos, acetoclásticos e hidrogenotróficos. Arqueas metanogênicas representaram menos de 0,5% do total de organismos anaeróbios na biomassa dos reatores. O modelo cinético de primeira ordem com residual foi o que melhor representou os dados experimentais e as velocidades de degradações de BTEX, estimadas neste trabalho, foram cerca de 10 a 94 vezes maiores que as encontradas na literatura, em ensaios realizados em microcosmos. / The diversified industrial activity has been responsible for discharge in the environment of toxic and/or difficult degradation compounds. Benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEX) are important compounds present in surface and ground waters, usually from petroleum products contamination. While BTEX aerobic degradation is extensively understood and described, anaerobic treatment application, started in the eighties, associated to fundamental studies need to be improved. Bench-scale horizontal-flow anaerobic immobilized biomass reactors filled with polyurethane foam matrices, containing immobilized anaerobic biomass from various sources, treated synthetic substrate containing protein, carbohydrates, lipids, BTEX solution in ethanol and BTEX solution in commercial detergent, as well as BTEX solution in ethanol as the sole carbon source. The influence of the addition of nitrate and sulfate as electron acceptors on anaerobic degradation is also discussed. The reactors were able to remove up to 15.0 mg/L of each BTEX compound, with hydraulic detention time of 11.4 hours and 13.5 hours. The reactors provided excellent conditions for developing a complex biofilm with BTEX-degraders, acetogenic, acetoclastic and hydrogenotrophic microorganisms. Methanogenic archaea were found to represent less than 0.5% of the total anaerobic organisms in the biomass inside the reactors. Residual first order kinetic model fitted well the experimental data and the BTEX degradation rates, estimated in this work, were about 10- to 94-fold higher than those found in the literature, in microcosms studies.

Um reator anaeróbio horizontal de leito fixo foi operado a escala de laboratório, visando verificar sua capacidade de degradação de fenol. O RAHLF foi construído em vidro de borosilicato com 100 cm de comprimento e 5,04 cm de diâmetro, preenchido com lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de espuma de poliuretano. Prévio à realização do experimento o reator foi operado com substrato sintético, contendo como fontes de carbono glicose, ácido acético e ácido fórmico, atingida a estabilização da matéria orgânica para uma carga orgânica de 1028 mg/L, correspondente a uma remoção de DQO de 98%, foi iniciada a adição de fenol começando com uma concentração de 50 mg/L como única fonte de carbono. A concentração de fenol adicionada variou de 50 a 1200 mg/L e sua degradação foi avaliada através de determinação cromatográfica, utilizando cromatografia gasosa e parâmetros físico-químicos como pH, ácidos voláteis, alcalinidade e DQO. O RAHLF foi operado com um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 12,3 horas. Com 50 mg/L, após 33 dias o reator atingiu uma remoção de fenol de 97%. Com 100 mg/L e depois de 148 dias de operação não foi detectado fenol no efluente do reator. Com 300 mg/L e após 58 dias de operação o reator apresentou 99% de remoção e uma concentração no efluente de 0,85 mg/L. Com 600 mg/L, 900 mg/L e 1200 mh/L, após 47, 29 e 7 dias de operação o reator alcançou remoções de 99%. Em todas as concentrações foi observado o predomínio de Methanosaeta, Methanobacterium e cocosmetanogênicos. Em relação à bactéria oxidadora de fenol foi observado o predomínio de coco-bacilos. As altas remoções de fenol observadas neste trabalho são devidas provavelmente à utilização de células imobilizadas. / A bench-scale horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor was assayed aiming to verify its potential use for phenol degradation. The HAIB reactor consisted of a bore-silicate tube (100 cm long; 5.04 cm diameter) filled with polyurethane foam matrices containing immobilized anaerobic sludge. Before being subjected to phenol, the reactor was fed with synthetic substrate at the influent chemical oxygen demand (COD) of 1,028 mg/L achieving 98% of COD removal efficiency. Thereafter, phenol as the sole carbon source was added under step-increasing concentrations from 50 to 1,200 mg/L. Phenol degradation was evaluated by gas chromatographic analysis of influent and effiuent samples. Process monitoring included determinations of pH, volatile acids, alkalinity and COD. The HAIB reactor was operated at a constant hydraulic detention time (HDT) of 12,3 hours. After 33 days with 50 mg/L of phenol in the influent, the reactor achieved 97% of phenol removal efficiency. Successful phenol degradation (efficiency removal of 99%) occurred for influem concentrations of 100, 300, 600, 900 and 1,200 mg/L after 148, 58, 47, 29 and 7 days, respectively. The predominance of Methanosaeta, Methanobacterium and methanogenic cocci could be observed in all the operating conditions, besides the presence of phenol-oxidizing microorganisms as irregular rods. The results indicate that phenol degradation at very high rates can be accomplished in HAIB reactors containing acclimatized biomass.

O desenvolvimento industrial tem, como conseqüência, a maior geração de resíduos, muitos deles tóxicos aos seres vivos. Dentre esses, benzeno, tolueno e xilenos (BTX), derivados do petróleo, estão contaminando aqüíferos por acidentes no transporte e no armazenamento. Por esse motivo, diversas pesquisas têm sido realizadas buscando formas de biodegradar BTX. Esses trabalhos indicam que os principais fatores que podem influenciar a degradação biológica dos BTX são temperatura, pH, disponibilidade de nutrientes, concentração de tóxicos e diversidade de microrganismos. Visando contribuir com o estudo desses fatores, este trabalho teve por objetivo avaliar a influência do inóculo e de aceptores de elétrons no processo de degradação anaeróbia de BTX. Neste trabalho três inóculos foram pesquisados: 1- biomassa proveniente de reator anteriormente submetido à mistura de gasolina comercial e água; 2- biomassa proveniente de reator da estação de tratamento de esgoto da USP - São Carlos; 3- biomassa proveniente de reator tratando água residuária de abatedouro de aves. Os resultados obtidos comprovaram que a origem do inóculo foi fundamental na degradação anaeróbia de BTX, pois os inóculos apresentaram diferentes períodos de adaptação e porcentagens de degradação do tóxico. Depois de 93 dias de operação os inóculos 1, 2 e 3 apresentaram eficiência de remoção de BTX da ordem de 57%, 83% e 90%, respectivamente. O reator com o inóculo 3 foi submetido a condições metanogênica, sulfetogênica com presença e ausência de Ferro (III). Os resultados demonstraram que a degradação dos BTX foi influenciada pelas diferentes condições adotadas. A adição de Fe (III) melhorou a degradação dos BTX, do reator sob condições sulfetogênicas. / The industrial development has increased the generation of residues. Some of them are toxics and impact the environment. Benzene, toluene and xylenes (BTX), petroleum sub products, are examples of such toxic compounds. These compounds may contaminate aquifers as a result of accidents during transportation or of leakages of storage tanks. Several factors are reported to affect the biodegradation of BTX, such as: temperature, pH, availability of nutrients, concentration of toxics and diversity of microorganisms. This research aimed to study some of these factors, such as different inoculum sources and different electrons acceptors during BTX degradation processes in an horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor. In this research three inocula were studied: 1- an adapted microbial community for BTX degradation; 2 - microorganisms collected from a pilot-scale UASB reactor treating domestic wastewater; and 3 - Microorganisms collected from an UASB treating poultry slaughterhouse industry wastewater. The results have shown that the inoculum sources were fundamental to the adaptation period for the toxic biodegradation, producing different BTX removal efficiencies. After 93 days of operation, the inocula 1, 2 and 3 showed BTX removal efficiency of 57, 83 and 90%, respectively. The inoculum 3 was submitted to conditions of methanogesis and sulfetogenesis in the presence and absence of Fe (III). The results demonstrated that BTX degradation was affected by the different conditions adopted, showing that the addition of Fe (III) improved biodegradation in the reactor under sulfate reduction condition.

O presente trabalho teve, por objetivo principal, analisar a remoção de sulfato em águas de drenagem ácida de minas em dois tipos de reatores anaeróbios, um com crescimento granular (UASB) e outro com biomassa aderida (RAHLF). Estudos anteriores publicados na literatura apresentam resultados positivos quanto ao tratamento anaeróbio de drenagem ácida de minas, entretanto, na maioria deles, é aplicado um tratamento preliminar à água residuária antes do tratamento principal. Esse trabalho avaliou a operação de reatores anaeróbios sem prévio tratamento da drenagem ácida sob diferentes variáveis. Para o reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF), foram analisadas as variáveis relação DQO/\'SO IND.4\'POT.2-\', correção do pH afluente, carga de sulfato aplicada e a recirculação da fase líquida. Os resultados mostraram que a redução da carga de sulfato aplicada foi o fator determinante para os bons resultados de remoção, encontrados ao longo da operação dos reatores (70% de remoção de sulfato e 75% de remoção de DQO). A relação DQO/\'SO IND.4\'POT.2-\' também foi importante e quando utilizada a relação estequiométrica de 0,67, a eficiência de remoção de sulfato atingiu níveis superiores a 70% com pequeno acúmulo de ácido acético no efluente. Para a operação do reator anaeróbio de manta de lodo (UASB), as variáveis analisadas foram o volume da manta de lodo, a relação DQO/\'SO IND.4\'POT.2-\', a carga de sulfato aplicada e a recirculação da fase líquida. Como para o RAHLF, a redução da carga de sulfato aplicada foi essencial para o melhor funcionamento do UASB. A relação DQO/\'SO IND.4\'POT.2-\' de 1,0 promoveu melhora na eficiência do reator, quando comparada à relação estequiométrica e a recirculação no reator só foi positiva quando realizada com água de abastecimento, tendo o reator entrado em colapso quando a recirculação foi realizada com o efluente tratado. / The main objective of this work was to evaluate the sulfate removal from acid mine drainage in two types of anaerobic reactors, one with a granular sludge (UASB) and another with immobilized biomass (HAIB reactor). Previous published studies have showed positive results for the anaerobic treatment of acid mine drainage, however, in most of them, it was applied a pre-treatment operation. This study evaluated the operation of anaerobic reactors without pre-treatment of the acid mine drainage under different parameters. The parameters COD/\'SO IND.4\'POT.2-\' ratio, correction of affluent pH, sulfate loading and recirculation of the liquid phase were tested for horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor. The results showed that the decrease in the sulfate loading was a determining factor for the successful sulfate removal found throughout the operation of the reactors. The COD/\'SO IND.4\'POT.2-\' ratio was also important and the removal efficiency of sulfate reached levels above 70% with a small accumulation of acetic acid in the effluent when using stoichiometric ratio of 0.67. For the operation of the upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, the parameters were the volume of the sludge blanket, the COD/\'SO IND.4\'POT.2-\' ratio, the sulfate loading and the recirculation of the liquid phase. Similarly ti the HAIB reactor, reducing the sulfate load was essential for obtaining better results. The COD/\'SO IND.4\'POT.2-\' ratio of 1.0 showed a improved sulfate removal efficiency for the UASB reactor when compared to stoichiometric ratio at 0.67 ant the recirculation in this reactor was only positive when carried out with tap water. The UASB reactor collapsed when recirculation was carried out whit the treated effluent.

O desenvolvimento industrial tem, como conseqüência, a maior geração de resíduos, muitos deles tóxicos aos seres vivos. Dentre esses, benzeno, tolueno e xilenos (BTX), derivados do petróleo, estão contaminando aqüíferos por acidentes no transporte e no armazenamento. Por esse motivo, diversas pesquisas têm sido realizadas buscando formas de biodegradar BTX. Esses trabalhos indicam que os principais fatores que podem influenciar a degradação biológica dos BTX são temperatura, pH, disponibilidade de nutrientes, concentração de tóxicos e diversidade de microrganismos. Visando contribuir com o estudo desses fatores, este trabalho teve por objetivo avaliar a influência do inóculo e de aceptores de elétrons no processo de degradação anaeróbia de BTX. Neste trabalho três inóculos foram pesquisados: 1- biomassa proveniente de reator anteriormente submetido à mistura de gasolina comercial e água; 2- biomassa proveniente de reator da estação de tratamento de esgoto da USP - São Carlos; 3- biomassa proveniente de reator tratando água residuária de abatedouro de aves. Os resultados obtidos comprovaram que a origem do inóculo foi fundamental na degradação anaeróbia de BTX, pois os inóculos apresentaram diferentes períodos de adaptação e porcentagens de degradação do tóxico. Depois de 93 dias de operação os inóculos 1, 2 e 3 apresentaram eficiência de remoção de BTX da ordem de 57%, 83% e 90%, respectivamente. O reator com o inóculo 3 foi submetido a condições metanogênica, sulfetogênica com presença e ausência de Ferro (III). Os resultados demonstraram que a degradação dos BTX foi influenciada pelas diferentes condições adotadas. A adição de Fe (III) melhorou a degradação dos BTX, do reator sob condições sulfetogênicas. / The industrial development has increased the generation of residues. Some of them are toxics and impact the environment. Benzene, toluene and xylenes (BTX), petroleum sub products, are examples of such toxic compounds. These compounds may contaminate aquifers as a result of accidents during transportation or of leakages of storage tanks. Several factors are reported to affect the biodegradation of BTX, such as: temperature, pH, availability of nutrients, concentration of toxics and diversity of microorganisms. This research aimed to study some of these factors, such as different inoculum sources and different electrons acceptors during BTX degradation processes in an horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor. In this research three inocula were studied: 1- an adapted microbial community for BTX degradation; 2 - microorganisms collected from a pilot-scale UASB reactor treating domestic wastewater; and 3 - Microorganisms collected from an UASB treating poultry slaughterhouse industry wastewater. The results have shown that the inoculum sources were fundamental to the adaptation period for the toxic biodegradation, producing different BTX removal efficiencies. After 93 days of operation, the inocula 1, 2 and 3 showed BTX removal efficiency of 57, 83 and 90%, respectively. The inoculum 3 was submitted to conditions of methanogesis and sulfetogenesis in the presence and absence of Fe (III). The results demonstrated that BTX degradation was affected by the different conditions adopted, showing that the addition of Fe (III) improved biodegradation in the reactor under sulfate reduction condition.

A atividade industrial diversificada tem sido responsável pelo lançamento, no ambiente, de resíduos que contém materiais tóxicos e/ou de difícil degradação. Benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (BTEX) são compostos importantes, por estarem presentes em águas superficiais e subterrâneas, geralmente a partir de contaminações por derivadas de petróleo. Enquanto a degradação aeróbia de BTEX já está amplamente entendida e descrita, a aplicação de processos anaeróbios de tratamento, indicados na década de 80 ainda requer mais estudos. Reatores anaeróbios horizontais de leito fixo de bancada preenchidos com cubos de espuma de poliuretano, contendo lodo anaeróbio proveniente de diversas fontes trataram a água residuária sintética a base de proteínas, carboidratos, lipídios, contendo solução etanólica de BTEX e solução de BTEX em detergente comercial; e solução etanólica de BTEX como únicas fontes de carbono. A influência da adição de nitrato e sulfato como aceptores de elétrons na degradação anaeróbia também é discutida. Os reatores foram capazes de remover BTEX nas concentrações testadas de até 15,0 mg/L de cada composto, com tempos de detenção hidráulica de 11,4 horas e 13,5 horas. Os reatores forneceram condições excelentes para o desenvolvimento de biofilme complexo capaz de degradar BTEX, contendo organismos degradadores de BTEX, acetogênicos, acetoclásticos e hidrogenotróficos. Arqueas metanogênicas representaram menos de 0,5% do total de organismos anaeróbios na biomassa dos reatores. O modelo cinético de primeira ordem com residual foi o que melhor representou os dados experimentais e as velocidades de degradações de BTEX, estimadas neste trabalho, foram cerca de 10 a 94 vezes maiores que as encontradas na literatura, em ensaios realizados em microcosmos. / The diversified industrial activity has been responsible for discharge in the environment of toxic and/or difficult degradation compounds. Benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEX) are important compounds present in surface and ground waters, usually from petroleum products contamination. While BTEX aerobic degradation is extensively understood and described, anaerobic treatment application, started in the eighties, associated to fundamental studies need to be improved. Bench-scale horizontal-flow anaerobic immobilized biomass reactors filled with polyurethane foam matrices, containing immobilized anaerobic biomass from various sources, treated synthetic substrate containing protein, carbohydrates, lipids, BTEX solution in ethanol and BTEX solution in commercial detergent, as well as BTEX solution in ethanol as the sole carbon source. The influence of the addition of nitrate and sulfate as electron acceptors on anaerobic degradation is also discussed. The reactors were able to remove up to 15.0 mg/L of each BTEX compound, with hydraulic detention time of 11.4 hours and 13.5 hours. The reactors provided excellent conditions for developing a complex biofilm with BTEX-degraders, acetogenic, acetoclastic and hydrogenotrophic microorganisms. Methanogenic archaea were found to represent less than 0.5% of the total anaerobic organisms in the biomass inside the reactors. Residual first order kinetic model fitted well the experimental data and the BTEX degradation rates, estimated in this work, were about 10- to 94-fold higher than those found in the literature, in microcosms studies.

Este trabalho teve por objetivo investigar a degradação de lipídios em três sistemas anaeróbios de tratamento: um reator anaeróbio de fluxo horizontal de leito fixo (RAHLF) , um sistema combinado composto por um reator enzimático de leito expandido invertido (RELI) seguido por um RAHLF e um reator anaeróbio de manta de lodo (UASB). Os sistemas foram monitorados em uma câmara com temperatura controlada a 30,0 ± 0,5°C e alimentados com substrato sintético a base de lipídios, com concentração, em termos de demanda química de oxigênio (DQO) de 8748 ± 711 mg/L e concentração de óleos e graxas de 1820 ± 512 mg/L, O reator RAHLF foi operado com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 24 horas por 100 dias e apresentou eficiências médias de remoção de DQO e de lipídios de 98,9 ± 0,4% e 94,9 ± 3,2%, respectivamente. O sistema combinado (reator enzimático / reator anaeróbio) apresentou eficiências médias de remoção de DQO e de lipídios de 99,0 ± 0,3% e 94,2 ± 2,8%, respectivamente, operado com TDH de 30 min no reator enzimático e 24 h no reator microbiológico. Posteriormente, o reator RAHLF foi submetido à diminuição do TDH de 24 para 8 h. As eficiências médias de remoção de DQO e lipídios foram de 87,0 ± 3,2% e 90,5 ± 2,7% verificadas para o menor TDH aplicado (8 h). O modelo cinético baseado em reações paralelas e em série, de primeira ordem, indicaram que a velocidade de reação aumenta com o aumento da velocidade superficial no reator RAHLF. Este comportamento pode ser atribuído à diminuição contínua da resistência à transferência de massa da fase líquida. O reator UASB apresentou baixa eficiência devido à flotação de 85% da manta de lodo granular, após 18 dias de operação. Os resultados obtidos neste trabalho permitem concluir que o reator RAHLF pode ser utilizado como unidade única no tratamento de efluentes com alta concentração de lipídios, devido a ter apresentado performance similar à observada no sistema integrado enzimático-anaeróbio. / The aim of this work was the investigation of the lipid degradation in three anaerobic treatment systems: a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor, a combined system composed by an inverted expanded-bed enzymatic reactor (EIBE) followed by a HAIB reactor and an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. The systems were monitored in a chamber under controlled temperature of 30 ± 0.5°C and fed with lipid-based synthetic wastewater, with chemical oxygen demand (COD) of 8748 ± 711 mg/L and 1820 ± 512 mg/L of oil and grease concentration. The HAIB reactor was operated with hydraulic detention time (HDI) of 24 hours for 100 days and it presented average COD and lipids removal efficiencies of 98.9 ± 0.4% and 94.9 ± 3.2%, respectively. The combined system (enzymatic/anaerobic reactors) presented COD and lipids removal efficiencies of 99.0 ± 0.3% and 94.2 ± 2.8%, respectively, operating with a HDI of 30 min in the enzymatic reactor and 24 h in the microbiological one. Afterwards, the HAIB reactor was subjected to decreasing HDI values from 24 to 8 h. Average COD and the lipids removal efficiencies of 87.04 ± 3.2% and 90.5 ± 2.7%, respectively, were achieved for the lower HDI applied (8 h). A kinetic model, based on first-order series and parallel reactions, indicated that the lipids reaction rate increased as the liquid superficial velocity was increased in the HAIB reactor, since the liquid-phase mass transfer resistance decreased continuously. The UASB reactor presented a poor performance, presenting flotation of the 85% of the granular sludge bed after 18 days of operation. The results obtained in this work permit the potential indication of HAIB reactor as the sole unit to treat lipid-rich wastewater, since the performance of the HAIB reactor was similar to that observed for the integrated hydrolytic-anaerobic system.

O estudo que ora se apresenta integrou o conjunto de pesquisas do sub-projeto - Diversidade de Bactérias Associadas à Degradação de Compostos Recalcitrantes, do projeto temático BIOTA FAPESP - Ecologia Molecular e Taxonomia Polifásica de Bactérias de Interesse Ambiental e Agro-Industrial. Apresenta caráter inovador, na medida em que procurou avaliar o potencial de aplicação biotecnológica de microrganismos anaeróbios de uma área severamente contaminada no Brasil, o estuário de Santos-São Vicente, em degradar o pentaclorofenol (PCP). A pergunta fundamental a ser respondida pelos resultados experimentais realizados foi: são os microrganismos autóctones do estuário capazes de servirem de inóculo para degradar o pentaclorofenol em biorreatores sob condições metanogênicas? Dois grupos de amostras foram avaliados, o primeiro, uma parcela composta por vários sedimentos coletados no estuário e, o segundo, sedimentos coletados na região do Largo de Canéus e na frente da Companhia Siderúrgica Paulista (COSIPA). O estabelecimento da determinação cromatográfica do PCP e congêneres menos clorados para o monitoramento experimental mostrou que na análise da presença dos clorofenóis nos sedimentos, o método de extração por ultrassom com posterior metilação dos analitos foi adequado para concentração mínima de 200 'mü'g clorofenóis/Kg sedimento para 2,3; 2,6 diclorofenóis; 2,4,6 e 2,3,6 triclorofenóis. Contudo, não foi adequado para a determinação do PCP e 2,3,4 triclorofenol. Para o meio de cultivo, o método de extração do PCP por agitação em vórtex e acetilação dos analitos mostrou-se adequado para todos os clorofenóis e com limite de quantificação de 0,1 mg/L. A avaliação do potencial metanogênico foi realizada com as amostras compostas do estuário enriquecidas sob condições halofílicas. O valor estável de metano no biogás de 50% foi obtido nos primeiros 20 dias de incubação. O sedimento nessas condições foi utilizado como inóculo para fins de isolamento de culturas metanogênicas, redutoras do íon sulfato e degradadoras de PCP. Não foram obtidas culturas desalogenadoras; porém foram isoladas arquéias metanogênicas, cultivadas em metanol, acetato e formiato de sódio, bem como bactérias cultivadas em lactato de sódio na presença e ausência de sulfato de sódio. Ensaios fisiológicos aliados aos métodos moleculares FISH e DGGE permitiram identificar arquéias metanogênicas do gênero Methanosarcina sp. e microrganismos do domínio Bacteria. Os sedimentos individualmente estudados foram coletados com maior controle de anaerobiose empregando-se amostrador do tipo corer. O enriquecimento destes sedimentos, inicialmente sob concentração de 2,5 mg PCP/g STV e com adições periódicas de 50% da concentração inicial do clorofenol e 1,25 a 2,5 g/L de glicose por 13 meses a 30 graus Celsius, resultou na obtenção de culturas degradadoras do PCP sob anaerobiose estrita. Nos reatores controles sem PCP, já primeiros 20 dias de incubação 70% de metano foi determinado no biogás. Nos reatores com PCP, a produção do metano (20%) iniciou após 100 dias. A adsorção foi o principal mecanismo de remoção de 50% do PCP nas primeiras 12 horas de incubação dos enriquecimentos. Posteriormente, a redução do PCP no meio de 77% para a amostra de Canéus e 70% para a da COSIPA foi relacionada a mecanismos de biodegradação anaeróbia, como a desalogenação redutiva. Exames microscópicos mostraram a seleção de microrganismos na presença de PCP, com predomínio de bacilos formadores de esporos semelhantes ao gênero Clostridium sp., filamentos diversos e filamentos semelhantes as arquéias metanogênicas acetoclásticas relacionadas ao gênero Methanosaeta sp. O enriquecimento foi realizado sob condições halofílicas, segunda a salinidade de cada amostra estudada no estuário. Não houve perda do clorofenol por volatilização. Os resultados obtidos no enriquecimento anterior viabilizaram o estudo seguro do potencial anaeróbio dos microrganismos oriundos do sedimento da COSIPA em metabolizar o PCP em reator contínuo do tipo RAHLF. Assim, sedimento enriquecido sob condições metanogênicas e halofílicas foi inoculado no RAHLF, controlando-se rigorosamente a anaerobiose. O reator preenchido com cubos de espuma de poliuretana foi operado por 126 dias e tempo de detenção hidráulica de 18 horas, com meio de cultura salino contendo glicose (1 g/L) como principal fonte de carbono e PCP-Na nas concentrações de 5, 13, 15 e 21 mg/L. O desempenho do RAHLF foi estável com boa eficiência durante toda a operação. A redução dos níveis de matéria orgânica medida em DQO variou de 70 a 100% e a de PCP foi de 99%, com detecção de intermediários menos clorados e sob teores de metano no biogás de 20%. Da massa de 1111,73 mg de PCP aplicada no reator, 286,9 mg ficou retida no sistema pelo processo de adsorção nas biopartículas e 824,83 mg foi biodegradada. As análises morfológicas dos tipos celulares, em conjunto com as técnicas moleculares DGGE e FISH, revelaram a presença de grupos microbianos do domínio Archaea pertencente à família Methanosarcinacea e grupos do domínio Bacteria. A participação de grupos de domínio Bacteria, cuja estrutura dos tipos microbianos na comunidade variou ao longo do RAHLF e das concentrações de PCP, e dos organismos metanogênicos da família Methanosarcinacea, possibilitou responder a questão inicialmente formulada, uma vez que se pode afirmar que os microrganismos autóctones foram capazes de degradar o PCP sob condições metanogênicas e halofílicas, com eficiência adequada. A prática para a seleção dos microrganismos retirados do ambiente estuarino, de interesse para biotecnologia anaeróbia aplicada ao saneamento ambiental, que empregou o reator do tipo RAHLF, parece promissora para avanços da engenharia na remediação biológica de uma área cuja relevância é indiscutível para o estado de São Paulo / This study has an innovative character, once aimed to evaluate the biotechnological application of anaerobic microorganisms degrading pentachlorophenol (PCP) at a severely polluted area in Brazil, estuary of Santos-São Vicente, São Paulo state. This study integrated a group of researches of the sub-project - Diversity of Bacteria Associated to the Degradation of Recalcitrant Compounds, supported by major project BIOTA FAPESP which theme is Molecular Ecology and Polyphasic Taxonomy of Bacteria of Environmental and Agriculture-Industrial Interest. The fundamental question to be answered by the accomplished experimental results was: are the autochthonus microorganisms of the estuary capable of serving as inoculum to degrade the PCP in bioreactors under methanogenic conditions? In order to evaluate this hypothesis, two groups of samples were collected: sediments taken from several sites of the estuary and sediments taken from two sites, one severely contaminated with organochlorine compounds, in front of the São Paulo Metallurgical Company (COSIPA) and other, less contaminated, in the area of Canéus. The establishment of protocol for the PCP and less chlorinated compounds chromatographic determination showed that the extraction method by ultrosonication followed by metilation of the chlorinated compounds was appropriated to evaluate concentrations of 200 ug chlorophenol/Kg of sediment, 2,3; 2,6 dichlorophenols; 2,4,6 and 2,3,6 trichlorophenols. However, it was not appropriated for evaluation of PCP and 2,3,4 trichlorophenol. For the culture medium, the extraction method by vortex agitation followed by acetilation was appropriated for all of the chlorophenols compounds. The quantification limit was 0,1 mg/L. The evaluation of the methanogenic potential and PCP biodegradation was accomplished with the samples of the estuary enriched under halophylic conditions. In the experiments without PCP was possible to obtain cultures of Methanosarcina sp, identified by FISH technique and cells of domain Bacteria, identified by DGGE. In the experiment with PCP dehalogenated cultures were not obtained. To evaluate PCP anaerobic biodegradation by sediments of COSIPA and Caneus sites, sediments collected under anaerobic conditions by a corer device were enriched in a halophylic brine medium with glucose and PCP at concentration of 2.5 mg PCP/g VTS. Periodic additions of 50% of the initial concentration of PCP and 1.25 to 2.5 g/L of glucose were done. With this strategy was possible to obtain PCP dehalogenated cultures. The adsorption was the main mechanism of 50% of PCP removal in the first 12 hours of incubation. The PCP reduction of 77% for Caneus reactor and 70% for COSIPA reactor was related to anaerobic biodegradation. Microscopic exams showed selection of microorganisms, with predominance of cells related to Clostridium sp., and filaments related to methanogenic acetoclastic archaea Methanosaeta sp. chlorophenols volatilization was not observed. The biotechnological application of HAIB reactor in PCP biodegradation was evaluated using sediment of COSIPA site previously enriched with glucose. The reactor was operated by 126 days and hydraulic detention time of 18 hours, with saline brine medium containing glucose (1 g/L) and NaPCP in concentrations of 5, 13, 15 and 21 mg/L. PCP amendments did not affect the overall performance and functional stability of the process. COD and PCP reduction was close to 80% and 100%, respectively with detection of trichlorophenols and dichlorophenols. Percentage of methane in the biogas closed to 30%. Adsorption analyses demonstrated that 287 mg of PCP was removed by adsorption in the biofilm and 825 mg was removed by biodegradation. Biofilm DGGE-profiling showed the presence of specific bands of Bacteria and Archaea domains when PCP was amended. The appearance of new bands of Bacteria showed that this organisms had a direct influence at PCP dehalogentation. Archaea organisms of Methanosarcinaceae family had an indirect influence in this metabolism. This thesis demonstrated that HAIB reactors, using autochthonous microorganisms under halophylic and methanogenic conditions, are a potential alternative for organochlorines bioremediation