O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência da intensidade de agitação e tipo de impelidor, bem como a estratégia de alimentação, em reator anaeróbio operado em batelada seqüencial, escala piloto (\'da ordem de\' 1 \'M POT.3\'), com agitação mecânica e em duas configurações: uma com biomassa granulada (ASBR) e outra com biomassa imobilizada em suporte inerte de espuma de poliuretano (ASBBR), aplicadas ao tratamento de esgoto doméstico. No estudo da intensidade de agitação e tipo de impelidor, para cada reator foram avaliadas três tipos de impelidores (turbina de pás planas, turbina de pás inclinadas 45º e hélice) associados a duas intensidades de agitação (40 e 80 rpm), obtendo uma combinação de 6 (seis) condições experimentais. A combinação da intensidade de agitação e tipo de impelidor que apresentou melhor desempenho no processo foi utilizado no estudo da estratégia de alimentação, na qual foi avaliada as seguintes condições: batelada alimentada durante 25%, 50%, 75% e 100% do ciclo. Os resultados obtidos permitiram concluir que: no ASBBR o aumento da intensidade de agitação de 40 rpm para 80 rpm permitiu uma melhoria nos fluxos de transferência de massa e, portanto, aumentou a velocidade de consumo de substrato; no ASBR o aumento da intensidade de agitação de 40 rpm para 80 rpm proporcinou uma desestabilização do sistema, provavelmente por causa da ruptura dos grânulos provocada pela maior agitação; os sistemas operados com impelidor do tipo hélice apresentaram vantagens, tais como: melhor eficiência de remoção de sólidos, maior valor da constante cinética de primeira ordem (melhor fluxo de transferência de massa e conseqüentemente maior consumo de substrato) e maior produção de alcalinidade, ou seja, maior estabilidade para o sistema; tanto o sistema ASBR como o ASBBR quando operados nas condições de batelada típica, batelada alimentada durante 50% e 75% do ciclo apresentaram melhores desempenhos no processo de tratamento, mostrando a flexibilidade operacional dos reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais; e comparando os sistemas ASBBR e ASBR verificou-se que estes apresentaram comportamentos similares em todas as condições de operação de batelada alimentada avaliadas, não sendo possível, estatisticamente apontar um sistema com melhor desempenho. / The objective of this work was to assess the effect of the stirring speed, the type of impeller and the feed strategy in a mechanically stirred pilot-scale (\'da ordem de\' 1 \'M POT.3\') anaerobic sequencing batch reactor to two configurations: a containing granulated biomass (ASBR) and the other containing immobilized biomass (AnSBBR). Domestic wastewater was treated in 8-h cycles. Three impeller types (turbine with six-flat blades, turbine with six 45º-inclined blades and helix with three blades) were assessed at two different stirring speeds (40 and 80 rpm), totaling six experimental conditions. The stirring speed and the impeller that resulted in the best combination was used in work of the feed strategy . The reactors were operated at room temperature at four different feed strategies (fed batch during 25%, 50% and 75% of the cycle, and conventional fed-batch). The results allowed conclude that: in the AnSBBR increasing the stirring speed from 40 rpm to 80 rpm showed to improve mass transfer, with consequent increase in substrate consumption; in the ASBR increasing the stirring speed from 40 rpm to 80 rpm showed desestabilization in system, because of the disruption caused in the granules witth greater agitation; operation with the helix impeller showed some advantages over the turbine impellers, such as: improved efficiency in solids removal, higher value of the first order kinetic constant and higher alkalinity production; both for the ASBR as for the ASBBR the best performance in wastewater treatment was obtained when the reactors were operated at conventional batch, fed-batch during 50% and 75% of the cycle; no significant difference in performance was observed among these three conditions. Despite poor performance of the conventional fed-batch and fed-batch during 25% of the cycle compared to the other conditions, both these conditions presented operational stability. Hence, the anaerobic sequencing batch reactors presented operational flexibility as far as feed strategy is concerned.

Este projeto estudou a influência do substrato na dinâmica do processo de formação do biofilme em espuma de poliuretano, em reatores anaeróbios horizontais de leito fixo diferenciais, alimentados com extrato de carne, glicose, amido, lipídeos e esgoto sanitário sintético. O estudo constitui em acompanhar a colonização das matrizes de espuma, ao longo do tempo, em relação a quantidade de biomassa aculumada, polímero extracelular produzido e características morfológicas das células presentes nos suportes retirados dos reatores diferenciais. O uso dessas técnicas permitiu o melhor entendimento do processo de aderência, além da verificação da composição morfológica e a estrutura do biofilme aderido ao suporte, possibilitando correlacionar a ocorrência de determinadas morfologias com cada etapa da colonização observada. A influência do substrato na dinâmica de aderência foi verificada devido aos diferentes padrões de colonização encontrados. Foi observada uma grande variabilidade morfológica em relação ao substrato utilizado. Todavia, uma grande ocorrência de organismos semelhantes a Methanosaeta sp foi verificada em todos os ciclos, principalmente em relação a Methanosarcina sp. O fenômeno de excreção de polímeros pareceu ser de fundamental importância no processo de colonização de matrizes de poliuretano, estando vinculado provavelmente à fixação das células aos suportes. A produção de polímeros, na etapa de aderência inicial, apresentou comportamento diferenciado para cada substrato utilizado. De acordo com os modelos propostos e as análises de microscopia eletrônica de varredura, verificou-se que os polímeros extracelulares podem estar ligados ao entupimento de reatores de leito fixo, permanecendo no interior dos suportes e nos interstícios do leito, causando problemas operacionais. As rápidas partidas observadas em trabalhos utilizando reatores de leito fixo e espuma de poliuretano como suporte podem estar vinculadas à rápida aderência dos organismos em todos os ciclos estudados. / This work focused on the influence of the type of substrate on the process of biofilm formation onto polyurethane foam matrices, in differential horizontal anaerobic immobilized sludge reactors, fed with meat extract (protein), glucose, starch, lipid and synthetic domestic wastewater. It consisted of accompanying the colonization of foam matrices with time, regarding to biomass amount, extracellular polymers produced and the morphological characteristics of the cells present on the supports packed in the differential reactors. These techniques permitted a better understanding of the adhesion process, besides a verification of the morphological composition and the structure of the biofilm attached to the support, making possible a correlation of the particular morphologies occurrences with each colonization step. The influence of the substrate was verified due to the different colonization patterns found. It was observed considerable morphological variety depending on the substrate utilized. However, the presence of Methanosaeta sp.- like organisms was often verified in all cycles, specially Methanosarcina sp. The excretion of polymers seemed to be crucial in the colonization process of the polyurethane matrices, being probably related to the cell fixation on the support. The polymeric production, in the inital adhesion step, showed a particular behavior for each substrate employed. According to the proposed models and the scanning electronic microscopy analysis, it was verified that the extracellular polymers can be related to the clogging of the fixed-bed reactors, as it keeps into the supports and the bed interstices, causing operational problems. The fast start-ups observed in works using fixed-bed reactors and polyurethane foam as support can be related to the fast cell adhesion during all cycles studied.

O projeto proposto teve como objetivo principal à avaliação do suporte no desempenho do reator anaeróbio operado em bateladas seqüenciais, com agitação, contendo biomassa imobilizada no tratamento de esgoto sanitário do Campus da USP em São Carlos. O estudo do desempenho global deste tipo de configuração de reator é extremamente vinculado com o suporte inerte o qual proporciona a aderência e crescimento da biomassa. Neste trabalho foram estudados três suportes inertes: espuma de poliuretano, carvão vegetal e polietileno de baixa densidade reciclado. A avaliação global foi realizada sob análise de três diferentes e dependentes variáveis locais: o desempenho do reator, a análise cinética e os exames microbiológicos. A espuma de poliuretano pôde ser considerada como sendo o material mais adequado para tal finalidade, apresentando maiores eficiências de redução da DQO de amostras brutas e filtradas de 61% e 71%, respectivamente, o melhor coeficiente cinético aparente de primeira ordem (k1T): 0,52 ± 0,04 h-1, e uma biomassa predominantemente caracterizada por arqueas metanogênicas e bactérias fototróficas. O carvão vegetal apresentou resultados intermediários, no entanto não satisfatórios, na redução de DQO e ainda uma biomassa não compatível com a esperada para um tratamento anaeróbio biológico. Ou seja, pode-se inferir que neste tipo de suporte houve seleção de biomassa inadequada para se tratar esgoto sanitário. Por fim, o polietileno apresentou os resultados menos expressivos, porém, dada sua caracterização microbiológica constatou-se ser um suporte com potencial para o tratamento de esgoto sanitário quando nele for aplicado um tratamento prévio, objetivando melhores características físico-químicos, como rugosidade, por exemplo. / The main objective of this study was the evaluation of bed materials on the performance of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor, with agitation, treating sewage wastewater of the Campus of University of São Paulo in São Carlos. The study of the global performance of this reactor configuration is extremely linked with the bed material which provides adhesive and growing conditions. In this work three different bed materials were investigated : polyurethane foam, vegetal carbon and recycled low-density polyethylene. The global evaluation was performed under analysis of three different and dependant local variables: the reactor performance, kinetic analyses and microbial exams. The polyurethane foam was considered the most suitable material. Using the polyurethane foam as a bed material were obtained the highest COD removal efficiencies, 61% and 71% corresponding to total and filtered samples, respectively. In Addition, the polyurethane foam showed the best modified first-order kinetic model (k1T) of 0,52 ± 0,04 h-1, and a biomass predominately characterized by microorganisms resembling to methanogenic archea and phototrophic bacteria . The vegetal carbon showed intermediate results, which were not satisfactory enough, in the COD removal. Also, the vegetal carbon showed an incompatible biomass in accordance with the expected anaerobic biomass. In others words, it can be inferred that, using this type of material, there was a selective biomass process in which an inappropriate biomass was selected. Finally, the recycled low-density polyethylene showed the less expressive results. However, because of its microbial characterization, it can be concluded that the polyethylene material has potential to be applied as a bed material in the sewage wastewater treatment. Nevertheless, a previous treatment physics-chemical must be applied in this kind of bed material to improve the physics-chemical properties such as porosity and surface area.

Orientador: Roberto Alves de Oliveira / Banca: Marcelo Zaiat / Banca: Tania Leme de Almeida / Resumo: Neste trabalho foi avaliado o desempenho de três reatores anaeróbios horizontais instalados em série, em escala de bancada, com volume de 1,2 L cada, para o tratamento de águas residuárias do beneficamento do café por via úmida. Foi utilizado um reator anaeróbio horizontal com manta de lodo (R1) e dois de leito fixo, preenchidos com anéis de bambu (R2) e fibras da casca de coco (R3) como meio suporte. O reator R1 foi inoculado com lodo proveniente de reator UASB tratando águas residuárias de suinocultura. Os tempos de detenção hidráulica (TDH) aplicados aos reatores anaeróbios horizontais (R1+R2+R3) foram de 90, 72 e 54 h resultando em cargas orgânicas volumétricas médias (COV) de 12,8, 13,2 e 19,7 kg DQOtotal (m3 d)-1, nos ensaios 1, 2 e 3, respectivamente. Os valores médios da DQO total do afluente foram de 16002, 13198 e 14774 mg L-1, nos ensaios 1, 2 e 3, respectivamente. Os valores médios da DQO total dos efluentes dos reatores R1, R2 e R3 foram 6424, 4067 e 2975 mg L-1 , 6807, 5232 e 4081 mg L-1 e 8154, 6871 e 5700 mg L-1 nos ensaios 1, 2 e 3, respectivamente. As eficiências médias de remoção de DQO total no sistema de tratamento com os três reatores, foram de 76, 69 e 61%, nos ensaios 1, 2 e 3, respectivamente. A produção volumétrica média foi de 1,70, 1,25 e 0,70 L CH4 (L reator d)-1 no conjunto dos reatores, (R1+R2+R3), respectivamente. As eficiências médias de de remoção de DQOtotal, SST, e fenóis totais no conjunto de reatores (R1+R2+R3) não apresentaram diferença significativa e foram de 76, 69 e 61%, de 77, 81, 82% e de 58, 62 e 69% nos ensaios 1, 2 e 3, respectivamente. Os valores médios de pH nos efluentes dos reatores variaram de 6,2 a 7,9. A concentração média de ácidos voláteis totais do afluente e efluente do R3 foram de 2206, 1630 e 1732 mg CH3COOH L-1 e de 168, 1269 e 1220 mg CH3COOH L-1, nos ensaios 1, 2 e 3, respectivamente... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work it was evaluated the efficiency of three horizontal anaerobic reactors installed in series, in bench scale (volume of 1,2 L each), one with sludge blanket (R1) and two of fixed bed filled out with bamboo rings (R2) and coconut fibers (R3) as it supports. The reactor R1 was inoculated with sludge originating from reactor UASB treating swine residual water. These reactors were fed whit wastewater from the coffee pulping originating by hand pulping of the dry coffee beans, simulating the wastewater of the mechanical pulping of the coffee beans. Each reactor was submitted at hydraulic detention time (HDT) of 30, 24 and 18 h resulting in organic load rate (OLR) of 12,8, 13,2 and 19,7 kg COD (m3 d)-1, in the rehearsals 1 and 2, respectively. The average values of total COD of the influent in the rehearsals 1, 2 and 3 were of 16002, 13198 and 14774 mg L-1, respectively. The average values of total COD of the effluent of the reactors R1, R2 and R3 were 6424, 4067 and 2975 mg L-1, 6807, 5232 and 4081 mg L-1 and 8154, 6871 and 5700 mg L-1 in the rehearsals 1, 2 and 3, respectively. The average efficiencies of removal of total COD in the treatment system with the three reactors, in the rehearsals 1, 2 and 3 were of 76, 69 and 61%, respectively. The content of methane in the biogas was of 76, 69 and 61% and the maximum volumetric methane production was of 1,7 L CH4 (L reactor d)-1 in the system of treatment, with OLR of 12,8 kg DQO (m3 d)-1 and HDT of 30 h, in the second rehearsal the average content of methane was 71, 64 and 17% in the reactors R1, R2 and R3, respectively with volumetric methane production of 1,21 L CH4 (L reactor d)-1 in the system of treatment. The average values of pH in the effluent of the reactors ranged from 6,2 to 7,9. In the rehearsal 1 the average concentration of total volatile acids of the influent was of 2206 mg CH3COOH L-1 and in the effluent... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Este trabalho buscou avaliar o desempenho de um reator de leito fixo e escoamento ascendente, operado de modo contínuo, com argila expandida e espuma de poliuretano como suportes para imobilização da biomassa, no tratamento de água residuária proveniente de abatedouro de aves. Na primeira fase do trabalho, o reator foi operado em condição anaeróbia e anaeróbia-aeróbia, no tratamento da água residuária bruta proveniente do abatedouro. No entanto, sua eficiência na redução de matéria orgânica pode ser atribuída a processos de adsorção e não biodegradação, o que resultou em períodos de operação curtos devido à obstrução do leito reacional. Na segunda fase, o reator foi alimentado com água residuária coletada após o pré-tratamento por sistema de flotação por ar dissolvido (FAD), realizado no próprio abatedouro, com intuito de minimizar a carga lipídica e a concentração de sólidos na entrada do reator. Assim, a vida útil do reator foi prolongada, com eficiências médias de remoção de DQO e nitrogênio total de 90 \'+ OU -\' 4% e 44 \'+ OU -\' 10%, respectivamente, e eficiência de desnitrificação de 89 \'+ OU -\' 6%, para o reator anaeróbio-aeróbio com razão de recirculação do efluente líquido igual a 1,5. Assim, o reator demonstrou bom desempenho na remoção simultânea de matéria orgânica e nutrientes, desde que seja precedido por sistema de pré-tratamento para remoção parcial de sólidos e óleos e graxas. / This work aimed to evaluate the performance of an up-flow fixed bed reactor, operated in a continuous way, using expanded clay and polyurethane foam as supports for immobilization of the biomass, for treatment of poultry slaughterhouse wastewater. Initially, the reactor was operated under anaerobic and anaerobic-aerobic conditions for the treatment of poultry slaughterhouse wastewater. However, the COD removal efficiency was related to adsorption and not to biodegradation processes. In this way, the operational periods were short due to solids retention in the system. In the second part of this work, trying to reduce the lipids and solids concentration in the reactor\'s affluent, the wastewater was collected after a pre-treatment installed at the poultry slaughterhouse. This pre-treatment was constituted of a dissolved air flotation (DAF) system. As a result, the operational longevity of the reactor was increased and the COD and total nitrogen removal efficiencies were 90 \'+ OU -\' 4% and 44 \'+ OU -\' 10% respectively, and the denitrification efficiency was 89 \'+ OU -\' 6% under an anaerobic-aerobic condition with a recycle ratio of the liquid phase of 1,5. Therefore, the reactor showed a good performance in reducing the organic matter and removing nutrients simultaneously, since it is preceded by a pre-treatment for the partial removal of solids, oils and grease.

Este projeto estudou a influência do substrato na dinâmica do processo de formação do biofilme em espuma de poliuretano, em reatores anaeróbios horizontais de leito fixo diferenciais, alimentados com extrato de carne, glicose, amido, lipídeos e esgoto sanitário sintético. O estudo constitui em acompanhar a colonização das matrizes de espuma, ao longo do tempo, em relação a quantidade de biomassa aculumada, polímero extracelular produzido e características morfológicas das células presentes nos suportes retirados dos reatores diferenciais. O uso dessas técnicas permitiu o melhor entendimento do processo de aderência, além da verificação da composição morfológica e a estrutura do biofilme aderido ao suporte, possibilitando correlacionar a ocorrência de determinadas morfologias com cada etapa da colonização observada. A influência do substrato na dinâmica de aderência foi verificada devido aos diferentes padrões de colonização encontrados. Foi observada uma grande variabilidade morfológica em relação ao substrato utilizado. Todavia, uma grande ocorrência de organismos semelhantes a Methanosaeta sp foi verificada em todos os ciclos, principalmente em relação a Methanosarcina sp. O fenômeno de excreção de polímeros pareceu ser de fundamental importância no processo de colonização de matrizes de poliuretano, estando vinculado provavelmente à fixação das células aos suportes. A produção de polímeros, na etapa de aderência inicial, apresentou comportamento diferenciado para cada substrato utilizado. De acordo com os modelos propostos e as análises de microscopia eletrônica de varredura, verificou-se que os polímeros extracelulares podem estar ligados ao entupimento de reatores de leito fixo, permanecendo no interior dos suportes e nos interstícios do leito, causando problemas operacionais. As rápidas partidas observadas em trabalhos utilizando reatores de leito fixo e espuma de poliuretano como suporte podem estar vinculadas à rápida aderência dos organismos em todos os ciclos estudados. / This work focused on the influence of the type of substrate on the process of biofilm formation onto polyurethane foam matrices, in differential horizontal anaerobic immobilized sludge reactors, fed with meat extract (protein), glucose, starch, lipid and synthetic domestic wastewater. It consisted of accompanying the colonization of foam matrices with time, regarding to biomass amount, extracellular polymers produced and the morphological characteristics of the cells present on the supports packed in the differential reactors. These techniques permitted a better understanding of the adhesion process, besides a verification of the morphological composition and the structure of the biofilm attached to the support, making possible a correlation of the particular morphologies occurrences with each colonization step. The influence of the substrate was verified due to the different colonization patterns found. It was observed considerable morphological variety depending on the substrate utilized. However, the presence of Methanosaeta sp.- like organisms was often verified in all cycles, specially Methanosarcina sp. The excretion of polymers seemed to be crucial in the colonization process of the polyurethane matrices, being probably related to the cell fixation on the support. The polymeric production, in the inital adhesion step, showed a particular behavior for each substrate employed. According to the proposed models and the scanning electronic microscopy analysis, it was verified that the extracellular polymers can be related to the clogging of the fixed-bed reactors, as it keeps into the supports and the bed interstices, causing operational problems. The fast start-ups observed in works using fixed-bed reactors and polyurethane foam as support can be related to the fast cell adhesion during all cycles studied.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência da intensidade de agitação e tipo de impelidor, bem como a estratégia de alimentação, em reator anaeróbio operado em batelada seqüencial, escala piloto (\'da ordem de\' 1 \'M POT.3\'), com agitação mecânica e em duas configurações: uma com biomassa granulada (ASBR) e outra com biomassa imobilizada em suporte inerte de espuma de poliuretano (ASBBR), aplicadas ao tratamento de esgoto doméstico. No estudo da intensidade de agitação e tipo de impelidor, para cada reator foram avaliadas três tipos de impelidores (turbina de pás planas, turbina de pás inclinadas 45º e hélice) associados a duas intensidades de agitação (40 e 80 rpm), obtendo uma combinação de 6 (seis) condições experimentais. A combinação da intensidade de agitação e tipo de impelidor que apresentou melhor desempenho no processo foi utilizado no estudo da estratégia de alimentação, na qual foi avaliada as seguintes condições: batelada alimentada durante 25%, 50%, 75% e 100% do ciclo. Os resultados obtidos permitiram concluir que: no ASBBR o aumento da intensidade de agitação de 40 rpm para 80 rpm permitiu uma melhoria nos fluxos de transferência de massa e, portanto, aumentou a velocidade de consumo de substrato; no ASBR o aumento da intensidade de agitação de 40 rpm para 80 rpm proporcinou uma desestabilização do sistema, provavelmente por causa da ruptura dos grânulos provocada pela maior agitação; os sistemas operados com impelidor do tipo hélice apresentaram vantagens, tais como: melhor eficiência de remoção de sólidos, maior valor da constante cinética de primeira ordem (melhor fluxo de transferência de massa e conseqüentemente maior consumo de substrato) e maior produção de alcalinidade, ou seja, maior estabilidade para o sistema; tanto o sistema ASBR como o ASBBR quando operados nas condições de batelada típica, batelada alimentada durante 50% e 75% do ciclo apresentaram melhores desempenhos no processo de tratamento, mostrando a flexibilidade operacional dos reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais; e comparando os sistemas ASBBR e ASBR verificou-se que estes apresentaram comportamentos similares em todas as condições de operação de batelada alimentada avaliadas, não sendo possível, estatisticamente apontar um sistema com melhor desempenho. / The objective of this work was to assess the effect of the stirring speed, the type of impeller and the feed strategy in a mechanically stirred pilot-scale (\'da ordem de\' 1 \'M POT.3\') anaerobic sequencing batch reactor to two configurations: a containing granulated biomass (ASBR) and the other containing immobilized biomass (AnSBBR). Domestic wastewater was treated in 8-h cycles. Three impeller types (turbine with six-flat blades, turbine with six 45º-inclined blades and helix with three blades) were assessed at two different stirring speeds (40 and 80 rpm), totaling six experimental conditions. The stirring speed and the impeller that resulted in the best combination was used in work of the feed strategy . The reactors were operated at room temperature at four different feed strategies (fed batch during 25%, 50% and 75% of the cycle, and conventional fed-batch). The results allowed conclude that: in the AnSBBR increasing the stirring speed from 40 rpm to 80 rpm showed to improve mass transfer, with consequent increase in substrate consumption; in the ASBR increasing the stirring speed from 40 rpm to 80 rpm showed desestabilization in system, because of the disruption caused in the granules witth greater agitation; operation with the helix impeller showed some advantages over the turbine impellers, such as: improved efficiency in solids removal, higher value of the first order kinetic constant and higher alkalinity production; both for the ASBR as for the ASBBR the best performance in wastewater treatment was obtained when the reactors were operated at conventional batch, fed-batch during 50% and 75% of the cycle; no significant difference in performance was observed among these three conditions. Despite poor performance of the conventional fed-batch and fed-batch during 25% of the cycle compared to the other conditions, both these conditions presented operational stability. Hence, the anaerobic sequencing batch reactors presented operational flexibility as far as feed strategy is concerned.

O projeto proposto teve como objetivo principal à avaliação do suporte no desempenho do reator anaeróbio operado em bateladas seqüenciais, com agitação, contendo biomassa imobilizada no tratamento de esgoto sanitário do Campus da USP em São Carlos. O estudo do desempenho global deste tipo de configuração de reator é extremamente vinculado com o suporte inerte o qual proporciona a aderência e crescimento da biomassa. Neste trabalho foram estudados três suportes inertes: espuma de poliuretano, carvão vegetal e polietileno de baixa densidade reciclado. A avaliação global foi realizada sob análise de três diferentes e dependentes variáveis locais: o desempenho do reator, a análise cinética e os exames microbiológicos. A espuma de poliuretano pôde ser considerada como sendo o material mais adequado para tal finalidade, apresentando maiores eficiências de redução da DQO de amostras brutas e filtradas de 61% e 71%, respectivamente, o melhor coeficiente cinético aparente de primeira ordem (k1T): 0,52 ± 0,04 h-1, e uma biomassa predominantemente caracterizada por arqueas metanogênicas e bactérias fototróficas. O carvão vegetal apresentou resultados intermediários, no entanto não satisfatórios, na redução de DQO e ainda uma biomassa não compatível com a esperada para um tratamento anaeróbio biológico. Ou seja, pode-se inferir que neste tipo de suporte houve seleção de biomassa inadequada para se tratar esgoto sanitário. Por fim, o polietileno apresentou os resultados menos expressivos, porém, dada sua caracterização microbiológica constatou-se ser um suporte com potencial para o tratamento de esgoto sanitário quando nele for aplicado um tratamento prévio, objetivando melhores características físico-químicos, como rugosidade, por exemplo. / The main objective of this study was the evaluation of bed materials on the performance of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor, with agitation, treating sewage wastewater of the Campus of University of São Paulo in São Carlos. The study of the global performance of this reactor configuration is extremely linked with the bed material which provides adhesive and growing conditions. In this work three different bed materials were investigated : polyurethane foam, vegetal carbon and recycled low-density polyethylene. The global evaluation was performed under analysis of three different and dependant local variables: the reactor performance, kinetic analyses and microbial exams. The polyurethane foam was considered the most suitable material. Using the polyurethane foam as a bed material were obtained the highest COD removal efficiencies, 61% and 71% corresponding to total and filtered samples, respectively. In Addition, the polyurethane foam showed the best modified first-order kinetic model (k1T) of 0,52 ± 0,04 h-1, and a biomass predominately characterized by microorganisms resembling to methanogenic archea and phototrophic bacteria . The vegetal carbon showed intermediate results, which were not satisfactory enough, in the COD removal. Also, the vegetal carbon showed an incompatible biomass in accordance with the expected anaerobic biomass. In others words, it can be inferred that, using this type of material, there was a selective biomass process in which an inappropriate biomass was selected. Finally, the recycled low-density polyethylene showed the less expressive results. However, because of its microbial characterization, it can be concluded that the polyethylene material has potential to be applied as a bed material in the sewage wastewater treatment. Nevertheless, a previous treatment physics-chemical must be applied in this kind of bed material to improve the physics-chemical properties such as porosity and surface area.

Dentro do escopo de estudo de aspectos fundamentais e tecnológicos, este trabalho foi direcionado à avaliação do comportamento da estabilidade e da eficiência de um reator anaeróbio contendo biomassa imobilizada em espuma de poliuretano para o tratamento de água residuária sintética com concentração de aproximadamente 500 mgDQO/L. O reator, de 6 litros de volume nominal, mantido à temperatura de 30 +/- 1ºC e sob a agitação mecânica de 500 rpm, foi operado em bateladas seqüenciais com a renovação de apenas parte do volume de água residuária tratada por ciclo, ou seja, a descarga do reator não foi completa, mas apenas parcial. Neste contexto, a principal característica operacional investigada foi a relação entre o volume de água residuária afluente, o qual era alimentado a cada novo ciclo de operação, e o volume de meio contido no reator, o qual não era descarregado no ciclo anterior, mantendo-se a mesma carga orgânica volumétrica. Desta forma, foi possível verificar a flexibilidade operacional do sistema com relação ao volume de água residuária tratada a cada ciclo e o tempo de duração do ciclo para uma mesma carga orgânica. Os resultados indicaram que o reator pôde operar com diferentes relações entre o volume alimentado e o volume de meio reacional sem diminuição significativa do seu desempenho, permitindo-se, assim, maior flexibilidade operacional. Para as condições em que o volume renovado foi maior ou igual a 50% do volume de meio do reator (ciclos de 4 a 8 horas), as eficiências de remoção de matéria orgânica filtrada e não filtrada mantiveram-se no patamar de 84 e 79%, respectivamente, enquanto que nas demais condições de maior diluição inicial do afluente (ciclos de 1 e 2 horas), essas eficiências foram ligeiramente menores, em torno de 80 e 74%, respectivamente. A alta velocidade de formação de material viscoso de aparência polimérica, nas condições de maior diluição inicial do afluente, dificultou a manutenção do volume de meio reacional do reator constante. / An assessment was performed on the stability and efficiency of an anaerobic reactor containing biomass immobilized on polyurethane foam for the treatment of synthetic wastewater with organic loading of approximately 500 mgCOD/L. The reactor had a total volume of 6 L. Batch operation took place at a temperature of 30 +/- 1ºC and an agitation rate of 500 rpm. During operation only part of the treated wastewater was renewed per cycle, i.e., reactor discharge was not complete, but partial. The main operation characteristic investigated was the ratio between influent wastewater volume, which was fed at each cycle, and the volume of medium contained in the reactor, which had not been discharged in the previous cycle, maintaining the same volumetric organic load. This way, it was possible to verify operation flexibility of the system regarding treated wastewater volume in each cycle as well as cycle time duration for the same volumetric organic loading. Results indicated that the reactor was able to operate at different ratios between feed and reaction medium volume without significant loss in performance, allowing, hence, greater operation flexibility. For conditions at which renewed volume was greater than or equal to 50% of the reactor medium (cycles from 4 to 8 hours), filtered and non-filtered organic matter removal efficiencies were about 84 and 79%, respectively, whereas at conditions of higher initial influent dilution (cycles from 1 to 2 hours) these efficiencies were slightly lower, about 80 and 74%, respectively. The high formation rate of viscous polymer-like material probably of microbiological origin, at the conditions of higher initial influent dilution hindered maintenance of constant reactor medium volume.

O projeto consistiu na concepção e avaliação do desempenho de um sistema anaeróbio-aeróbio para tratamento de esgoto sanitário. O leito do reator foi dividido em quatro compartimentos de igual volume. Foi usada espuma de poliuretano para imobilização da biomassa e, para facilitar a partida do reator, esse material suporte foi previamente inoculado. O projeto teve três fases distintas: na primeira etapa, foi observada a importância da concentração de biomassa anaeróbia no desempenho de reator anaeróbio a princípio operado com metade do leito reacional com espuma e, a seguir, com o leito todo preenchido com espuma. Na segunda etapa, foram testados diferentes tempos de detenção hidráulica no reator que operou apenas em condições anaeróbias. Na última etapa foi operado o reator combinado anaeróbio-aeróbio. Ficou constatada a importância da concentração de microrganismos no desempenho do reator anaeróbio, pois com o aumento da quantidade de espuma, o reator atingiu resultados melhores e maior estabilidade operacional. Foi comprovada a influência do tempo de detenção hidráulica (TDH) no desempenho do reator. Tempos de detenção muito altos acarretam problemas de transferência de massa líquido-sólido, e baixos TDH dificultam adequada ação dos microrganismos. O melhor resultado para o reator em operação exclusivamente anaeróbia foi para o TDH de 10 horas, no qual se conseguiu reduzir a DQO de amostra bruta de 389 +/- 70 mg/L para 137 +/- 16 mg/L, em média. Para o reator operado anaeróbio-aeróbio a DQO de amostra bruta decresceu de 259 +/- 69 mg/L para 93 +/- 31 mg/L, em média. A comparação de todos os resultados obtidos, evidenciou a importância do pós-tratamento aeróbio na remoção de parcela de matéria orgânica não removida em tratamento unicamente anaeróbio. / The project consisted in the design and performance evaluation of an anaerobic-aerobic system for wastewater treatment. Polyurethane foam was used for biomass immobilization and, to smooth the reactor start-up, this supporting material was previously inoculated. The project was divided in three distinct phases. In the first one, the importance of the anaerobic biomass concentration was observed in the performance of the anaerobic reactor in a way to operate the reactor primarily with half of the reaction bed filled with foam and subsequently operate it with the bed completely filled with foam. In the second phase, different times of hydraulic retention were tested with the reactor operating exclusively in anerobic conditions. In the third and last phase, an anaerobic-aerobic combined reactor was operated. It was possible to confirm the importance of microorganism concentration in the performance of the anaerobic reactor, since the increase in the amount of foam allowed the reactor to reach better results and greater operational stability. The influence of the hydraulic retention time in the reactor performance was also proved. Very high retention times cause problems in the liquid-solid mass transference, while low retention times do not allow an adequate action of microorganisms. The best result for the reactor with an exclusive anaerobic operation was the 10 hour retention time, when it was possible to reduce the COD of a 389 +/- 70 mg/L gross sample to a 137 +/- 16 mg/L in average. On the other hand, for the anaerobic-aerobic operating reactor, the COD of a gross sample dropped from 259 +/- 69 mg/ L to 93 +/- 31 mg/L in average. Finally, comparing all the obtained results, it was possible to verify the importance of the anaerobic post treatment in the removal of a part of the organic matter not removed in an exclusively anaerobic treatment.