O presente trabalho aborda a biodegradação de sulfametoxazol e ciprofloxacino em 2 reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLF). Os reatores foram operados e mantidos em regime permanente com um tempo de detenção hidráulica de 16 a 17 horas com uma água residuária sintética que simula o esgoto sanitário na temperatura de 25°C. Foi avaliado o estado dos reatores como ponto de referência para os próximos passos. A contaminação com sulfametoxazol e ciprofloxacino iniciou-se, então, e o comportamento dos reatores foi avaliado. As concentrações dos antimicrobianos foram analisadas por extração em fase sólida acoplada com espectrometria de massa. Ambos antimicrobianos foram degradados pelos reatores até níveis abaixo do limite de quantificação dos métodos de análise. Utilizando os dados de DQO e as análises dos antimicrobianos, junto com dados cinéticos obtidos, foi determinado que o RAHLF tem resistência a estes compostos e concentrações até uma ordem de magnitude acima das encontradas em condições reais. A degradação do sulfametoxazol foi muito eficiente e é previsto que um RAHLF típico em operação consegue degradar mais que 99% do sulfametoxazol. A degradação do ciprofloxacino foi menos eficiente, com remoção prevista para RAHLF típico de 80% a 90%. / The present project approaches sulfamethoxazole and ciprofloxacin biodegradation in two horizontal anaerobic immobilized sludge (HAIS) reactors. The reactors were operated and maintained at dynamic stability with a hydraulic retention time of 16 to 17 hours using synthetic wastewater, which simulates domestic wastewater, at 25°C. The dynamically stable state was evaluated as a control for the following steps. The reactors were then continuously fed with synthetic wastewater contaminated with sulfamethoxazole and ciprofloxacin, independently, and their behaviors were observed. The antibiotics\' concentrations were analyzed by solid phase extraction couples with mass spectrometry. Both antibiotics were degraded in the bioreactors to below quantification limits. Using COD and antibiotic data and derived kinetic constants, it was shown that a typical operating HAIS reactor with a hydraulic retention time of 6 to 8 hours should be capable of removing over 99% of sulfamethoxazole in its influent. Ciprofloxacin removal was less efficient, but was nevertheless promising, with a removal rate of 80% to 90% in typical conditions.

O presente trabalho aborda a biodegradação de sulfametoxazol e ciprofloxacino em 2 reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLF). Os reatores foram operados e mantidos em regime permanente com um tempo de detenção hidráulica de 16 a 17 horas com uma água residuária sintética que simula o esgoto sanitário na temperatura de 25°C. Foi avaliado o estado dos reatores como ponto de referência para os próximos passos. A contaminação com sulfametoxazol e ciprofloxacino iniciou-se, então, e o comportamento dos reatores foi avaliado. As concentrações dos antimicrobianos foram analisadas por extração em fase sólida acoplada com espectrometria de massa. Ambos antimicrobianos foram degradados pelos reatores até níveis abaixo do limite de quantificação dos métodos de análise. Utilizando os dados de DQO e as análises dos antimicrobianos, junto com dados cinéticos obtidos, foi determinado que o RAHLF tem resistência a estes compostos e concentrações até uma ordem de magnitude acima das encontradas em condições reais. A degradação do sulfametoxazol foi muito eficiente e é previsto que um RAHLF típico em operação consegue degradar mais que 99% do sulfametoxazol. A degradação do ciprofloxacino foi menos eficiente, com remoção prevista para RAHLF típico de 80% a 90%. / The present project approaches sulfamethoxazole and ciprofloxacin biodegradation in two horizontal anaerobic immobilized sludge (HAIS) reactors. The reactors were operated and maintained at dynamic stability with a hydraulic retention time of 16 to 17 hours using synthetic wastewater, which simulates domestic wastewater, at 25°C. The dynamically stable state was evaluated as a control for the following steps. The reactors were then continuously fed with synthetic wastewater contaminated with sulfamethoxazole and ciprofloxacin, independently, and their behaviors were observed. The antibiotics\' concentrations were analyzed by solid phase extraction couples with mass spectrometry. Both antibiotics were degraded in the bioreactors to below quantification limits. Using COD and antibiotic data and derived kinetic constants, it was shown that a typical operating HAIS reactor with a hydraulic retention time of 6 to 8 hours should be capable of removing over 99% of sulfamethoxazole in its influent. Ciprofloxacin removal was less efficient, but was nevertheless promising, with a removal rate of 80% to 90% in typical conditions.

Alguns dos chamados processos oxidativos avançados (POA) foram aplicados após um processo biológico anaeróbio no tratamento de efluentes do processo industrial de branqueamento da polpa celulósica, visando a aumentar a biodegradabilidade desses efluentes e remover compostos tóxicos, de modo a permitir que um posterior tratamento biológico possa ser mais eficiente e atender às regulamentações ambientais. Para que esse objetivo fosse alcançado, as seguintes etapas de tratamento foram realizadas: processo biológico realizado em reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF), visando à redução inicial da carga orgânica do efluente, seguido de aplicação de um dos POA: 'O IND.3', 'O IND.3'/'H IND.2'O IND.2', 'O IND.3'/UV, UV, 'H IND.2'O IND.2', 'H IND.2'O IND.2'/UV e 'O IND.3'/'H IND.2'O IND.2'/UV, visando a aumentar a biodegradabilidade dos compostos recalcitrantes encontrados no efluente do primeiro tratamento biológico e diminuir a toxicidade. No tratamento biológico, a biomassa anaeróbia se adaptou facilmente à água residuária. Dessa forma, o reator atingiu a estabilidade e apresentou eficiências de remoção de DQO e AOX adequadas para esta etapa da pesquisa (média de 50%), satisfazendo o objetivo de promover uma redução inicial da matéria orgânica de fácil degradação presente nessa água residuária. Com relação aos POA, foi concluído que todos os processos testados provocaram modificações na biodegradabilidade do efluente do RAHLF. O processo 'O IND.3'/UV, realizado em meio neutro, foi considerado o mais eficiente, provocando um aumento de biodegradabilidade de 160%, após 45 minutos de oxidação com uma concentração de ozônio de 1155 mg/L. Através da análise de AOX, observaram-se também degradações médias dos compostos organoclorados maiores que 95% para todos os processos testados. Os resultados gerais mostram a importância e a vantagem de se utilizar um POA como complemento de um tratamento biológico para efluentes de baixa biodegradabilidade, provocada pela presença de compostos recalcitrantes e tóxicos. / Some advanced oxidation processes (AOP) were applied after an anaerobic process for the treatment of bleaching effluents from a kraft pulp mill, aiming the increase of the effluent biodegradability and the removal of toxic compounds, in a way that a further biological treatment could be more efficient to attain the environmental regulations. A horizontal anaerobic imobilizaded sludge reactor (HAIS) was used as the anaerobic treatment in order to reduce the effluent initial organic load. The AOP used were 'O IND.3', 'O IND.3'/'H IND.2'O IND.2', 'O IND.3'/UV, UV, 'H IND.2'O IND.2', 'H IND.2'O IND.2'/UV and 'O IND.3'/'H IND.2'O IND.2'/UV. These AOP were not applied only to promote a further degradation of the remaining COD from the HAIS reactor, but in order to increase the effluent biodegradability and eliminate AOX or other toxic compounds from this effluent. In this way, the AOP would provide an effluent with characteristics to be easily treated by a further and final biological process. In the biological process, the anaerobic biomass was fast adapted to the wastewater. The HAIS reactor reached the stability and had efficiency in COD and AOX removals of approximately 50%, satisfying the aim of promoting an initial reduction in the easy-to-degrade organic matter presented in the bleaching effluents. All the tested AOP promoted modifications in de HAIS effluent biodegradability. The 'O IND.3'/UV at pH 8 was the more efficient process, achieving an increase of 160% on the biodegradability of the HAIS effluent after 45 minutes of oxidation and an ozone concentration of 1155 mg/L. By the AOX analyses, it was observed average degradations of the organochlorine compounds higher than 95% for all the AOP tested. The general results show the importance and the advantage of using an AOP as a complement of a biological treatment process for the degradation of effluents with low biodegradability, due to the presence of recalcitrant and toxic compounds.

Alguns dos chamados processos oxidativos avançados (POA) foram aplicados após um processo biológico anaeróbio no tratamento de efluentes do processo industrial de branqueamento da polpa celulósica, visando a aumentar a biodegradabilidade desses efluentes e remover compostos tóxicos, de modo a permitir que um posterior tratamento biológico possa ser mais eficiente e atender às regulamentações ambientais. Para que esse objetivo fosse alcançado, as seguintes etapas de tratamento foram realizadas: processo biológico realizado em reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF), visando à redução inicial da carga orgânica do efluente, seguido de aplicação de um dos POA: 'O IND.3', 'O IND.3'/'H IND.2'O IND.2', 'O IND.3'/UV, UV, 'H IND.2'O IND.2', 'H IND.2'O IND.2'/UV e 'O IND.3'/'H IND.2'O IND.2'/UV, visando a aumentar a biodegradabilidade dos compostos recalcitrantes encontrados no efluente do primeiro tratamento biológico e diminuir a toxicidade. No tratamento biológico, a biomassa anaeróbia se adaptou facilmente à água residuária. Dessa forma, o reator atingiu a estabilidade e apresentou eficiências de remoção de DQO e AOX adequadas para esta etapa da pesquisa (média de 50%), satisfazendo o objetivo de promover uma redução inicial da matéria orgânica de fácil degradação presente nessa água residuária. Com relação aos POA, foi concluído que todos os processos testados provocaram modificações na biodegradabilidade do efluente do RAHLF. O processo 'O IND.3'/UV, realizado em meio neutro, foi considerado o mais eficiente, provocando um aumento de biodegradabilidade de 160%, após 45 minutos de oxidação com uma concentração de ozônio de 1155 mg/L. Através da análise de AOX, observaram-se também degradações médias dos compostos organoclorados maiores que 95% para todos os processos testados. Os resultados gerais mostram a importância e a vantagem de se utilizar um POA como complemento de um tratamento biológico para efluentes de baixa biodegradabilidade, provocada pela presença de compostos recalcitrantes e tóxicos. / Some advanced oxidation processes (AOP) were applied after an anaerobic process for the treatment of bleaching effluents from a kraft pulp mill, aiming the increase of the effluent biodegradability and the removal of toxic compounds, in a way that a further biological treatment could be more efficient to attain the environmental regulations. A horizontal anaerobic imobilizaded sludge reactor (HAIS) was used as the anaerobic treatment in order to reduce the effluent initial organic load. The AOP used were 'O IND.3', 'O IND.3'/'H IND.2'O IND.2', 'O IND.3'/UV, UV, 'H IND.2'O IND.2', 'H IND.2'O IND.2'/UV and 'O IND.3'/'H IND.2'O IND.2'/UV. These AOP were not applied only to promote a further degradation of the remaining COD from the HAIS reactor, but in order to increase the effluent biodegradability and eliminate AOX or other toxic compounds from this effluent. In this way, the AOP would provide an effluent with characteristics to be easily treated by a further and final biological process. In the biological process, the anaerobic biomass was fast adapted to the wastewater. The HAIS reactor reached the stability and had efficiency in COD and AOX removals of approximately 50%, satisfying the aim of promoting an initial reduction in the easy-to-degrade organic matter presented in the bleaching effluents. All the tested AOP promoted modifications in de HAIS effluent biodegradability. The 'O IND.3'/UV at pH 8 was the more efficient process, achieving an increase of 160% on the biodegradability of the HAIS effluent after 45 minutes of oxidation and an ozone concentration of 1155 mg/L. By the AOX analyses, it was observed average degradations of the organochlorine compounds higher than 95% for all the AOP tested. The general results show the importance and the advantage of using an AOP as a complement of a biological treatment process for the degradation of effluents with low biodegradability, due to the presence of recalcitrant and toxic compounds.

Os efeitos das relações DQO/sulfato e das variações progressivas da concentração de sulfato sobre o desempenho de um reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) em escala de bancada, tratando substrato sintético submetido a aumentos na concentração de sulfato afluente, foram investigados. O substrato sintético foi composto por glicose, acetato de amônio, bicarbonato de sódio e soluções nutricionais de sais e metais traços. O reator foi preenchido com matrizes cúbicas de espuma de poliuretano para imobilização da biomassa. A demanda química de oxigênio (DQO) no afluente foi de cerca de 2435 '+ OU -' 632 mg/L ao longo dos experimentos, enquanto a concentração de sulfato afluente foi progressivamente aumentada de 28 para 1000 e 2000 mg/L, resultando em relações DQO/sulfato de 87, 2,4 e 1,22, respectivamente, nas quatro etapas experimentais avaliadas. Sob relação DQO/sulfato de 87 houve indicações de sintrofismo entre microrganismos metanogênicos (MM) e microrganismos redutores de sulfato (MRS). Na relação DQO/sulfato de 2,4 houve predomínio da redução de sulfato, e portanto dos MRS, enquanto na relação DQO/sulfato de 1,22 houve limitação da redução de sulfato, indicando provável predomínio de MM sobre MRS, devida a limitações de biomassa ou de matéria orgânica disponível, ou de transferência de massa para o sulfato. Entretanto, metanogênese e redução de sulfato não foram processos excludentes. De maneira a melhorar a separação líquido-gás, uma nova configuração segmentada foi internamente testada no reator, de modo que o mesmo fosse capaz de atingir e manter o estado de equilíbrio dinâmico aparente / The effects of the COD to sulfate ratio and of the progressive variations of sulfate concentrations on the performance of a bench-scale horizontal-flow anaerobic immobilized sludge (HAIS) reactor treating a synthetic substrate under increasing sulfate concentrations was investigated. The synthetic substrate was composed of glucose, ammonium acetate, sodium bicarbonate and trace metal nutritional solution. The reactor was filled with polyurethane foam cubic matrices for biomass immobilization. Influent chemical oxigen demand (COD) was kept almost constant along the experiments (2453 '+ OR -' 632 mg/L) while the influent sulfate concentration was increased from 28 to 1000 and 2000 mg/L, resulting in COD/'SO IND.4 POT.-2' ratios of 87; 2,4; and 1,22, respectively, in the four experimental phases assayed. Under COD/'SO IND.4 POT.-2' ratio of 87, there was indication of syntrophism between methanogenic microorganisms (MM) and sulfatereducing microorganisms (SRM). Under COD/'SO IND.4 POT.-2' ratio of 2,4, there was a sulfate reduction predominance and therefore, of SRM, while under COD/'SO IND.4 POT.-2' of 1,22, there was a sulfate reduction limitation, that probably indicates a MM predominance over SRM, due to biomass limitation, or available organic matter limitation, or sulfate mass transfer limitation. Meanwhile, there was no exclusion between methanogenesis and sulfate reduction processes. In order to improve better liquid-gas separation, a new staged configuration was tested inside the reactor, so that it was able to reach and to maintain the dynamic steady-state equilibrium

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3506.pdf: 2271432 bytes, checksum: fc1d05123fb3be32395a9e84b2da5ad8 (MD5) Previous issue date: 2011-02-25 / Universidade Federal de Sao Carlos / This work investigated numerical methods in the solution of mathematical models of fixed-bed reactors. For the reactors modeling and simulation, two numerical methods were used: sequencing method (SM) and finite volume method (FVM). There were also proposed two mathematical models: the pseudo-homogeneous model and the dimensionless one, which is based on the Peclet (Pe) and Biot (Bi) numbers. A horizontal-flow anaerobic immobilized sludge (HAIS) reactor developed in bench scale and after a scale-up, reducing the COD in the wastewater treatment was simulated by sequencing method, varying the numbers of mesh; a tubular fixed-bed reactor with biomass immobilized for the startup period of lactic acid fermentation, also simulated by sequencing method and compared with experimental data; and was also evaluated the precision of sequencing and finite volume methods over the reactor s profile, varying the Peclet e Biot numbers. The models development was based on studies about hydrodynamics and biochemistry kinetics. Both methods described satisfactorily the behavior of the reactors in the performed simulations, but in high values of Peclet, the finite volume method generated inadequacies such as oscillatory responses and over the limit. This paper is an elucidation to sequencing method, which besides its huge range and simplicity, still is not so studied neither known, because it s a recent method. / Este trabalho investigou metodos numericos na solucao de modelos matematicos para reatores de leito fixo. Para a modelagem e simulacao dos reatores, foram utilizados dois metodos numericos: metodo da sequencia (SM) e metodo dos volumes finitos (FVM). Foram propostos dois modelos matematicos: o pseudo-homogeneo e o adimensional, sendo este ultimo baseado nos numeros de Peclet (Pe) e Biot (Bi). Um reator anaerobio horizontal de leito fixo (RAHLF) desenvolvido inicialmente em escala de bancada e posterior aumento de escala na reducao da DQO de aguas residuarias foi simulado pelo metodo da sequencia, variando-se o numero de malhas; um reator tubular de leito fixo com biomassa anaerobia imobilizada no periodo da partida da fermentacao de acido latico, tambem simulado pelo metodo da sequencia e comparado com dados experimentais; e avaliou-se a precisao dos metodos da sequencia e dos volumes finitos sobre o perfil da concentracao de um reator, variando-se os valores de Peclet e Biot. O desenvolvimento dos modelos foi baseado em estudos sobre caracteristicas hidrodinamicas do sistema e de cinetica bioquimica. Ambos os metodos descreveram satisfatoriamente o comportamento dos reatores nas simulacoes realizadas, porem em valores elevados de Peclet, o metodo dos volumes finitos gerou inadequacoes como respostas oscilatorias e superiores ao limite. Este trabalho foi uma elucidacao ao metodo da sequencia, que apesar da sua grande abrangencia e simplicidade, por ser um metodo recente, ainda e pouco estudado e conhecido.

Os efeitos das relações DQO/sulfato e das variações progressivas da concentração de sulfato sobre o desempenho de um reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) em escala de bancada, tratando substrato sintético submetido a aumentos na concentração de sulfato afluente, foram investigados. O substrato sintético foi composto por glicose, acetato de amônio, bicarbonato de sódio e soluções nutricionais de sais e metais traços. O reator foi preenchido com matrizes cúbicas de espuma de poliuretano para imobilização da biomassa. A demanda química de oxigênio (DQO) no afluente foi de cerca de 2435 '+ OU -' 632 mg/L ao longo dos experimentos, enquanto a concentração de sulfato afluente foi progressivamente aumentada de 28 para 1000 e 2000 mg/L, resultando em relações DQO/sulfato de 87, 2,4 e 1,22, respectivamente, nas quatro etapas experimentais avaliadas. Sob relação DQO/sulfato de 87 houve indicações de sintrofismo entre microrganismos metanogênicos (MM) e microrganismos redutores de sulfato (MRS). Na relação DQO/sulfato de 2,4 houve predomínio da redução de sulfato, e portanto dos MRS, enquanto na relação DQO/sulfato de 1,22 houve limitação da redução de sulfato, indicando provável predomínio de MM sobre MRS, devida a limitações de biomassa ou de matéria orgânica disponível, ou de transferência de massa para o sulfato. Entretanto, metanogênese e redução de sulfato não foram processos excludentes. De maneira a melhorar a separação líquido-gás, uma nova configuração segmentada foi internamente testada no reator, de modo que o mesmo fosse capaz de atingir e manter o estado de equilíbrio dinâmico aparente / The effects of the COD to sulfate ratio and of the progressive variations of sulfate concentrations on the performance of a bench-scale horizontal-flow anaerobic immobilized sludge (HAIS) reactor treating a synthetic substrate under increasing sulfate concentrations was investigated. The synthetic substrate was composed of glucose, ammonium acetate, sodium bicarbonate and trace metal nutritional solution. The reactor was filled with polyurethane foam cubic matrices for biomass immobilization. Influent chemical oxigen demand (COD) was kept almost constant along the experiments (2453 '+ OR -' 632 mg/L) while the influent sulfate concentration was increased from 28 to 1000 and 2000 mg/L, resulting in COD/'SO IND.4 POT.-2' ratios of 87; 2,4; and 1,22, respectively, in the four experimental phases assayed. Under COD/'SO IND.4 POT.-2' ratio of 87, there was indication of syntrophism between methanogenic microorganisms (MM) and sulfatereducing microorganisms (SRM). Under COD/'SO IND.4 POT.-2' ratio of 2,4, there was a sulfate reduction predominance and therefore, of SRM, while under COD/'SO IND.4 POT.-2' of 1,22, there was a sulfate reduction limitation, that probably indicates a MM predominance over SRM, due to biomass limitation, or available organic matter limitation, or sulfate mass transfer limitation. Meanwhile, there was no exclusion between methanogenesis and sulfate reduction processes. In order to improve better liquid-gas separation, a new staged configuration was tested inside the reactor, so that it was able to reach and to maintain the dynamic steady-state equilibrium