Este trabalho apresenta e discute os resultados obtidos na operação de quatro reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais, projetados em escala piloto, para tratamento de 7,8 m3.dia-1 de esgotos sanitários, coletados da rede coletora que atravessa o Campus da USP de São Carlos. Cada sistema (1,2 m3) foi concebido para tratamento de 1,95 m3.dia-1 de esgoto sanitário, com concepções geométricas (relação L-altura/D-diâmetro), mecânicas (agitação mecânica ou recirculação de líquido) e tipo de retenção de biomassa diferentes. Três unidades eram do tipo ASBR (anaerobic sequencing batch reactor) e outro tipo ASBBR (anaerobic sequencing batch biofilm reactor) com leito fixo composto de matrizes cúbicas de espuma de poliuretano. Os ciclos operacionais tinham duração de oito horas perfazendo no total três ciclos por dia em cada sistema. O monitoramento dos reatores incluiu a determinação de DQO, pH, sólidos em suspensão totais (SST) e voláteis, ácidos voláteis totais, alcalinidade no afluente e efluente, bem como a concentração de metano no biogás. O ensaio experimental foi dividido em duas etapas distintas, sendo que na primeira (227 dias), os reatores não receberam inóculo e na segunda (66 dias) houve a inoculação prévia de lodo anaeróbio granular. Em ambas etapas, os dois reatores ASBR com mesmo tipo de agitação por recirculação de líquido, mas com diferente relação L/D não apresentaram desempenho satisfatório. Os valores médios de eficiência de remoção de DQO e de SST foram próximos de 40% e 60%, respectivamente. No efluente a concentração média foi de 300 mgDQO/L e de 100 mgSST/L. Nos reatores, ASBR com agitação mecânica e, ASBBR com biomassa imobilizada, os resultados médios obtidos foram melhores. O reator ASBBR atingiu eficiência média de 65% e 75% em remoção de DQO e SST, enquanto no ASBR com agitação mecânica chegou-se a 60% e 85%, respectivamente. A concentração média no efluente dos reator foi de 150 mgDQO/L e 60 mgSST/L no ASBBR e 220 mgDQO/L e 50 mgSST/L no ASBR com agitação mecânica. / This study reports and discuss several data obtained using four pilot scale anaerobic sequencing batch reactor, treating 7.8 m3.d-1 of domestic sewage from the Sao Paulo University sewer treatment system (Campus- São Carlos). Each reactor system (1.2 m3) was designed for the treatment of 1.95 m3.d-1 of domestic sewage with different geometric reactor characteristics (ratio L-length/D-diameter), mechanical (mechanical mixing or liquor re-circulation) and biomass retention type. Three reactors were a conventional ASBR (anaerobic sequencing batch reactor) with granular biomass and another one, an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (ASBBR), which was composed with cubic matrices of polyurethane foam. The reactors were operated within 8-h of a sequential batch cycle, which were attained in three cycles by day for each system. Chemical oxygen demand (COD), pH, total suspended solids (TSS), volatile fatty acids, bicarbonate alkalinity in both the influent and effluent were monitored in the different cycles. Methane concentration was also assessed in the same period using Gas Chromatography (GC). The experiments were divided in two different phases. In the first phase, which corresponded to 227 d, the reactors were not inoculated. In the second phase (66 d) the reactors were then inoculated with anaerobic granular sludge. It was observed that in both operational phases, the two ASBR reactors, with the same re-circulating process of the mixed liquor, but with different L/D ratio, showed non-satisfactory results. The average values of COD and TSS removal were close to 40 and 60%, respectively. In the effluent, the average values were of 300 mgDQO/L and 100 mgTSS/L. ASBR reactors with mechanical mixing and ASBBR reactor with immobilized biomass showed better results. The average removal efficiency observed was of 65 and 75% for COD and TSS, respectively. ASBR reactors with mechanical mixing reached the efficiency of 60 and 85% for COD and TSS removal. The average concentration in the effluent was of 150 mgDQO/L and 60 mgSST/l in the ASBBR reactor; and 220 mgCOD/L and 50 mgTSS/L in the ASBR reactor with mechanical mixing.

Nesse estudo, procurou-se investigar a influência do aumento de carga orgânica em um ASBR operado a 30ºC, agitado mecanicamente e contendo microrganismos imobilizados em suporte inerte. Para tal, foi aplicado um carregamento orgânico volumétrico variando de 1,5 a 6,0 g DQO/L.dia, alimentando-se um reator construído em acrílico (5,4 L) com 2 L de água residuária sintética com concentrações de 500 a 2000 mg DQO/L com fontes de carboidrato/proteína/lipídio, em bateladas de 8 a 12 h. O sistema apresentou eficiências de remoção de material orgânico entre 73% e 88% para as condições estudadas. Entretanto, quando o reator foi alimentado com uma concentração de 2000 mg DQO/L em bateladas de 8 h, verificou-se o acúmulo de ácidos voláteis totais, refletindo na redução da eficiência de remoção de material orgânico para 55%, para amostras filtradas. Os perfis dinâmicos ao longo da batelada permitiram concluir que, para a condição com o mesmo carregamento orgânico, porém com concentrações afluentes e tempos de ciclo diferentes, a produção inicial de ácidos voláteis totais foi mais acentuada para o caso de alimentação com maior concentração. Para condições com concentrações afluentes iguais, o tempo a mais para o ciclo foi fundamental para obter-se efluente de melhor qualidade em termos de remoção de matéria orgânica. / The current study investigated the effect of increasing organic load in an ASBR operated at 30ºC with mechanical stirring and containing immobilized on inert support. Accordingly, volumetric organic loading rates ranging from 1.5 to 6.0 g COD/L.day were used by feeding an acrylic reactor (5.4 L) with 2 L of influent at concentrations of 500 to 2000 mg COD/L from wastewater containing carbohydrates, proteins and lipids in 8 and 12 h batches. Organic matter removal efficiencies between 73% and 88% were observed under the conditions investigated. However, when the reactor was fed at a concentration of 2000 mg COD/L in 8 h batches, accumulation of total volatile acids was detected, leading to a reduction in organic matter removal efficiency as low as 55% for filtered samples. The dynamic batches profiles allowed to conclude that for the same organic loading rates and different concentration influent and cycle times, the initial production of total volatile acids showed to be more pronounced for better quality effluent in terms of organic matter removal.

Os reatores anaeróbios em batelada (ASBR) de leito fixo, em desenvolvimento no Instituto Mauá de Tecnologia e na Escola de Engenharia de São Carlos, têm apresentado desempenho satisfatório no tratamento de esgotos sanitários. A escolha do leito suporte é um dos importantes aspectos dessa etapa de desenvolvimento, além do aprofundamento do conhecimento dos aspectos fundamentais do processo e daqueles relacionados à operação do reator. Esta investigação estudou o comportamento de um ASBR de leito fixo, em escala de bancada, formado por matrizes de pedra pome, para suporte da biomassa, provido de agitador mecânico, no tratamento de esgotos sanitários coletados no Campus da USP, em São Carlos. O reator, com volume total de 7,2 L, foi operado em ciclos de 8 horas de duração, durante 86 dias, totalizando 216 ciclos. A DQO média afluente, no período, foi de 446 ± 169 mg/L, com valores médios, no efluente, respectivamente iguais a 233 ± 52, 64 ± 31, 32 ± 15 e 141 ± 32 mg/L para a DOQ total, fração particulada, coloidal e solúvel. Esses valores confirmam o bom desempenho do reator na remoção da fração particulada da matéria orgânica (eficiência de remoção de 84%). O modelo cinético para a velocidade de decaimento da DQO, que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o de primeira ordem com residual (k1ap = 0,63 ± 0,06/h). Apesar do bom desempenho do reator, a presença, no efluente, de concentrações elevadas de sólidos solúveis fixos e valores anormais de alcalinidade e pH, alertaram para a necessidade de estudo mais aprofundado do leito, concluindo-se que a pedra pome sintética não apresenta a estabilidade química necessária para seu uso como material suporte nesse tipo de reator, pois ocorreu a perda contínua de cálcio do leito que resultou na perda da estabilidade estrutural das matrizes / The anaerobic sequencing batch reactors (ASBR) with immobilized biomass, that are under development at Mauá Institute of Technology and at São Carlos Engineering School, presented good performance in the wastewater treatment. Recent researches are trying to improve this reactor design and operation. The choice of the support material is one of the important aspects of this development stage, besides the knowledge enhancement of the fundamental process aspects and the ones related with the reactor operation and its influence in the performance. This work presents the results of the ASBR operation and their influence in its performance, in bench scale, filled with pumice stones matrices used as biomass support. The reactor was provided with a mechanical agitator to treat the sewage collected at USP-São Carlos. The reactor volume was 7,2 liters and was operated with 8 hours duration cycles, during 86 days, totalizing 216 cycles. The mean inflow COD was 446 ± 169 mg/L, obtaining mean values, in the effluent, respectively equal to a 233 ± 52, 64 ± 31, 32 ± 15 e 141 ± 32 mg/L for total COD, particulate fraction, colloidal fraction and soluble fraction. This data confirm the good reactor performance in the removal of the particulate fraction of the organic matter (removal efficiency of 84%). The kinetic model for the COD decay rate that best fit the experimental data was a first order model with residual (k1ap=0,63 ± 0,06 /h). Despite of the good reactor performance, the high fixed soluble solids concentration in the effluent, as the abnormal alkalinity and pH values, took the matrices study further. It was concluded that the synthetic pumice stones, does not present a chemical stability necessary for its use as support material in this kind of reactor, because the matrices continuously lost calcium, resulting in the lost of its structural stability

Um reator anaeróbio tratando esgoto sintético de baixa concentração de matéria orgânica (500 mgDQO/L-1) e enriquecido com diferentes concentrações de sulfato (razões DQO/[SO4-2] de 1,34, 0,67 e 0,34) foi submetido à diferentes estratégias de alimentação (batelada e batelada alimentada de 3 h e de 6 h). O reator operou com capacidade de 4,0 L e tratou por ciclo de 8 h um volume de 2,0 L de esgoto sintético. Desta forma, executaram-se 9 condições diferentes que foram submetidas à análise com o objetivo de investigar a influência do tempo de alimentação e da razão DQO/[SO4-2] no desempenho do sistema. A temperatura do reator foi constante em 30 ± 1°C e a agitação mecânica foi fixada em 400 rpm. Como suporte para a imobilização da biomassa foram utilizados cubos de espuma de poliuretano. Os resultados obtidos demonstraram que a operação em batelada alimentada de 3 h com uma razão DQO/[SO4-2] de 0,34 apresentou as melhores condições para a remoção de matéria orgânica (89%). Quanto à remoção de sulfato observou-se uma estagnação neste mesmo modo de operação ao aumentar a concentração de sulfato no afluente, enquanto que na operação com alimentação em batelada alimentada de 6 h, a carga de sulfato removida (CSR) cresceu linearmente. Assim, a maior carga de sulfato removida foi registrada durante o ensaio em batelada alimentada de 6 h com uma razão DQO/[SO4-2] de 0,34, no qual foram removidos 0,55 g SO4-2(L.d). Com uma razão DQO/[SO4-2] de 1,34 e um tempo de enchimento de 6 h, o reator apresentou o melhor desempenho em termos de eficiência de remoção de sulfato (71%). Em todos os ensaios o reator apresentou estabilidade, com uma produção alta de alcalinidade a bicarbonato e a concentração de ácidos voláteis se manteve em níveis adequados. / An anaerobic sequencing batch reactor treating synthetic low strength wastewater (500 mgCOD/L-1) enriched with different sulfate concentrations (COD/[SO42] ratios of 1,34, 0,67 and 0,34) was operated at different fill times (batch mode and sequencing batch mode of 3 h and 6 h fill time). The reactor operated with a capacity of 4,0 L and treated per 8-h cycle 2,0 L of synthetic wastewater. Thus, 9 different configurations resulted from this configuration and were submitted under analyses with the objective to investigate the influence of each of those parameters on the performance of the system. The reactor was operated at a constant temperature of 30 ± 1°C and an mechanical agitation rate of 400 rpm. Cubic particles of polyurethane were used as support material for anaerobic biomass immobilization. The results showed that operating the reactor with a fill time of 3 h and a COD/[4-2] ratio of 0,34 was the most eficient strategy for COD removal (89%). During the same operation mode (3 h fill time) sulfate removal seemed to suffer stagnation due to the increasing sulfite concentation in the reactor, whereas with a fill time of 6 h the sulfate load removal increased linerally with increasing sulfate load. So the biggest removal, in terms of volumetric sulfate load, was obtained operating the reactor in sequencing batch mode with a fill time of 6 h and a COD/[4-2] ratio of 0,34. During this test the reactor removed 0,55 gSO4-2/(L.d) of 2,29 gSO4-2/(L.d) applied on the system. Operating at a COD/[SO4-2] ratio of 1,34 and a fill time of 6 h the reactor obtained the best results in terms of sulfate removal efficiency, with 71% of the sulfate removed from the system. In the entire period of analisis the reactor showed stability with a suficient production of alkalinity to maintain the concentration of volatil acids in adequate levels.

O reator anaeróbio em batelada seqüencial é constituído por um frasco de vidro cilíndrico de volume total de cinco litros, envolvido por uma camisa de vidro, por onde escoa a água aquecida, permitindo a operação em temperatura controlada. A biomassa encontra-se imobilizada em partículas cúbicas de espuma de poliuretano (densidade aparente de 23 kg/\'M POT.3\', as quais estão colocadas em um cesto adaptado dentro do frasco cilíndrico. A mistura é promovida por três impelidores de 3,0 cm de diâmetro, distanciados 4,0 cm um do outro, situados ao longo do eixo vertical no centro do reator. O desempenho dessa nova configuração de reator anaeróbio foi avaliado sob diferentes condições os efeitos de transferência de massa nas fases sólida e líquida. Todos os ensaios foram efetuados à temperatura de 30 ± 1 grau Celsius. Cada batelada compreende três etapas: alimentação, reação e descarga. Para avaliar os efeitos da transferência de massa na fase sólida foram feitos quatro ensaios utilizando-se partículas cúbicas de espumas de poliuretano com tamanhos de 0,5 cm; 1,0 cm; 2,0 cm e 3,0 cm de lado, com impelidor tipo hélice e intensidade de agitação de 500 rpm, determinada através de um ensaio preliminar. Para avaliar os efeitos da transferência de massa nas fases sólida e líquida foram feitos experimentos com quatro tipos de impelidores: hélice, turbina plana, turbina inclinada e turbina curva, com intensidades de agitação na faixa de 100 rpm a 1100 rpm. Também foram realizados ensaios hidrodinâmicos para verificar o tempo de mistura e ensaio para verificar a condição de anaerobiose no sistema. A água residuária utilizada em todos os ensaios foi sintética com concentração de 530 ± 37 mg DQO/L. Em todas as condições estudadas o reator apresentou boa eficiência de remoção da matéria orgânica, em torno de 87%. A concentração efluente de ácidos voláteis totais manteve-se em 13 ± 9 mg HAc/L, alcalinidade a bicarbonato de 223 ± 14 mg Ca\'CO IND.3\'/L e pH entre 6,7 e 7,2. A transferência de massa na fase sólida não foi a etapa limitante na conversão da matéria orgânica, quando partículas de 0,5 cm a 2,0 cm de aresta foram usadas no reator anaeróbio em batelada seqüencial. A resistência à transferência de massa na fase sólida somente influenciou a taxa global de reação, quando foram usados tamanhos de partículas cúbicas de 3,0 cm de aresta. A resistência à transferência de massa na fase líquida não foi somente afetada pela intensidade de agitação, mas também pela eficiência da mistura obtida por cada tipo de impelidor. A mistura do líquido dentro do reator obtida pelo impelidor turbina plana foi a mais eficiente. O uso deste tipo de impelidor resultou em menores consumos de energia e ótimo desempenho do reator com baixas taxas de agitação. Os resultados deste estudo permitiram concluir que esta nova configuração não permite a manutenção de condição de anaerobiose estrita no meio, principalmente quando altas intensidades de agitação foram aplicadas e as limitações da eficiência do processo, neste sistema, estão relacionadas principalmente as resistências à transferência de massa do que restrições cinéticas bioquímicas. / The bench-scale anaerobic sequencing batch reactor consisted of a cylindrical glass flask with a total capacity of 5 liters. The reactor was surrounded by a water jacket that allowed the operation to proceed at a constant temperature throughout the experiment. The biomass was immobilized in 5-mm cubic particles of polyurethane foam (apparent density of 23 kg/\'M POT.3\') placed in a basket inside the cylindrical flask. The mixing was provided by three mechanical impellers with diameters of 3 cm, placed 4 cm apart along a vertical axis, at the center of the reactor. All experiments were conducted at the temperature of 30 Celsius degrees. Each batch consisted of three steps: feed, react and liquid withdrawal. The performance of this new reactor configuration was evaluated under different conditions of solid and liquid-phase mass transfer. In order to evaluate the effects of the solid-phase mass transfer, four experiments were carried out with cubical polyurethane foam particles of 0.5 cm, 1.0 cm, 2.0, cm and 3.0 cm side, and with propeller impellers rotating at 500 rpm, achieved by preliminary experiment. The effects of the liquid-phase mass transfer were evaluated through four experiments with four types of impellers: propeller, flat-blade, pitched-blade and curved-blade turbines, at agitation rates from 100 rpm and 1100 rpm. A hydrodynamic test was also carried out in order to verify the mixing time, energy consumption and occurrence of strict anaerobic activity in system. A low-strength synthetic substrate was used in all the experiments with a mean chemical oxygen demand (COD) of 530 ± 37 mg DQO/L. The influence of the solid and liquid-phase mass transfer on the reactor\'s performance was assessed by measuring COD temporal profiles along batch cycles. In all conditions studied the reactor achieved good efficiency, with mean removal of organic matter (COD) of 87%. The effluent mean TVA concentration was 13 ± 9 mg HAc/L, bicarbonate alkalinity was 223 ± 14 mg Ca\'CO IND.3\'/L and the pH values ranged from 6,7 e 7,2. The solid-phase mass transfer was not the limiting step in the organic matter conversion when 0.5 to 2.0-cm side bioparticles were used in the anaerobic sequencing batch reactor. Solid-phase mass transfer resistance only influenced the overall reaction rate when 3.0-cm cubic bioparticles were used. The liquid-phase mass transfer resistance was affected both by agitation and by efficiency of mixture provided by each type of impeller. Among the impellers assayed, the flat-blade one was the most efficient in providing the required mixing conditions. The use of this type impeller resulted in small energy consumption and excellent performance of the reactor with low agitation rate (N = 300 rpm). The results of this study also indicated that this new configuration did not provide conditions for the establishment of strict anaerobic conditions, mainly when high agitation rates were used. Anaerobic process efficiency limitations in this system were mainly related to mass transfer resistances rather than biochemical kinetic restrictions.

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 apresenta as avaliações de desempenho, das demandas operacionais e dos fatores intervenientes no aumento da escala da unidade piloto do Reator anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF) no tratamento de esgoto sanitário após passagem por peneira com malha de 1 mm, durante dois anos de operação. O reator dispunha de volume total de 237,5 1, construídos com tubos comerciais de PVC de 14,5 cm de diâmetro (D), dispostos em cinco módulos horizontais em série de 2,88 m, perfazendo um comprimento total de (L) de 14,4 m e relação de total de L/D de 100. O suporte de imobilização de biomassa, espuma de poliuretano em matrizes cúbicas de 1 cm de aresta, mostrou-se adequado ao desenvolvimento do biofilme. Em partida, sem inoculação prévia, ocorreu a sua consolidação a partir de 70 dias, com predominância de morfologia semelhante a Methanosaeta sp. em relação a da Methanosarcina. Em torno de 90 dias com afluente de 350 mg/l de DQO, observe-se a melhor qualidade do efluente, com valor de 100 mg/l de DQO. Em longa operação ocorreu queda de rendimento e menor reprodutibilidade das previsões do projeto, atribuída aos constantes entupimentos e ineficácia das operações de limpeza, com o comprometimento de volume reacional verificados por estudos de hidrodinâmica. Da investigação das origens dos equipamentos observou-se tratar mais de um efeito local e qualitativamente relacionado à biomassa retida que propriamente quantitativo e extensivo ao longo de todo reator, com produção continuada de polímeros extracelulares, promovendo um efeito sinérgico com os predominantes organismos filamentosos e com os sólidos particulados retidos no leito. Diante das potencialidades desta configuração de reator apontam-se alternativas de mitigação dos entupimentos e o direcionamento dos estudos necessários para novo aumento de escala para o tratamento de esgoto sanitário. / This work evaluated the performance, the operational demands and the intervenient factors in the scale-up of the horizontal flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor pilot unit, treating domestic sewage previously screened. The operation was monitored for two years. The five- module (2.88 m length each) reactor volume was 237.5 liters and it was built with commercial PVC pipes of 14.5 cm of diameter (D), resulting in a total length (L) of 14.4 m and in a total ratio L/D of approximately 100. The immobilization support, cubic matrices of polyurethane foam (1 cm edge), showed to be suitable for the anaerobic biofilm development. During the start-up, without previous inoculation, the biofilm seemed to be consolidated after 70 days, and Methanosaeta sp. morphology predominated, in detriment of Methanosarcina. With an affluent of 350 mg COD/L, the best reactor performance was observed in about 90 days of operation (100 mg COD/L in the effluent). However, with the continuous operation, its performance decreased and the project predictions did not seem to fit anymore. These facts were probably due to the frequent cloggings ant the inefficiency of the backwashing procedures, leading to a decreasing of the operational volume. The origin of the clogging seemed to be related to the extracellular polymer production, linked to a synergic effect with the filamentous organisms and the particulate solids in the bed. Despite these operational problems, there were found alternatives to mitigate the clogging, and studies about a new scale-up methodology, in order to treat domestic sewage, were strongly recommended.

Este trabalho avaliou o desempenho de um sistema que combina os processos anaeróbio e aeróbio, para tratamento de esgoto sanitário, operado de modo contínuo sem e com recirculação da fase líquida. A combinação dos processos anaeróbio e aeróbio tem como objetivo aproveitar as vantagens de cada um, minimizando seus aspectos negativos. Foi utilizado um reator, em escala de bancada, de leito fixo e fluxo contínuo de escoamento ascendente com argila expandida e espuma de poliuretano como suportes de imobilização da biomassa. O desempenho do sistema foi avaliado em três diferentes tempos de detenção hidráulica (TDH), 6, 8 e 10 horas, na fase anaeróbia, nos quais os melhores valores de remoção de matéria orgânica chegaram a 80%, com valores de DQO efluente abaixo de 150 mg/L. Com a inserção da fase aeróbia ao sistema (TDH de aproximadamente 11 horas, sendo 8 horas para a fase anaeróbia e 3 horas para a fase aeróbia), a eficiência subiu para mais de 90% com DQO efluente abaixo dos 50 mg/L. A nitrificação ocorreu perto do 15° dia operacional do sistema combinado e estava praticamente estável ao fim dessa etapa operacional. Após o 20º dia de operação as concentrações de nitrito mantiveram-se sempre baixas, o que indica equilíbrio da nitrificação. Foram obtidos ganhos quando feita recirculação do efluente tratado, principalmente em relação à remoção de matéria orgânica (95%) e remoção de nitrogênio total que foi de 75% para razão de recirculação de 1,5. O reator avaliado apresentou estabilidade operacional, alta remoção de matéria orgânica e nitrogênio sem a necessidade de adição de fonte exógena de carbono e de suplementação de alcalinidade. / This work evaluated the performance of a system that combines anaerobic and aerobic processes, for treatment of domestic sewage. The bench-scale fixed-film reactor was operated in a continuous way without and with recycle of the liquid phase. Expanded clay and polyurethane foam were used as supports for immobilization of the biomass. Initially, the system was operated under anaerobic condition and its performance was evaluated for three different hydraulic retention times (HRT), 6, 8 and 10 h. In this phase, COD removal efficiency of 80% was reached for HRT of 10 h, with effluent COD below 150 mgCOD/L. The combined anaerobic-aerobic operation (HRT of approximately 11 h, being 8 h for the anaerobic phase and 3 h for the aerobic phase) favored the organic matter removal that reached 90%, with effluent COD below 50 mgCOD/L. The operation with liquid recycle provided the best results with COD removal of 95% and total nitrogen removal of 75% under recycle ratio of 1.5. The anaerobic-aerobic fixed bed reactor, with recycle of the liquid phase, proved to be an excellent alternative for domestic sewage treatment, mainly when organic matter and nitrogen removals are required. The concomitant C and N removal without addition of exogenous source electron donor and with no additional alkalinity supplementation was the main advantage of this reactor over the conventional reactors applied for this purpose.

Submeteu-se um reator anaeróbio operado em batelada seqüencial a diferentes tempos de enchimento, com o objetivo de verificar-se o desempenho do sistema. O reator, construído em acrílico e com capacidade de 6,3 L, tratou por ciclo um volume de 2,5 L de esgoto sintético com concentração de aproximadamente 500 mgDQO/L. O sistema foi operado à temperatura de 30 graus mais ou menos 1, com duração de 8 h para cada ciclo (tC) e agitação de 500 rpm implementada mecanicamente. Cubos de espuma de poliuretano foram usados como suporte para imobilização da biomassa. No início de cada ciclo, o reator foi carregado com 60 % do volume do esgoto; o restante foi preenchido durante tempos de enchimento (tF) que caracterizaram as diferentes estratégias de alimentação. Os resultados obtidos demonstram que para razões tF/tC <= 0,5 o sistema alcança médias de remoção de matéria orgânica acima de 75 % e 70% para amostras filtradas e não filtradas, respectivamente. Nos ensaios em que tF/tC > 0,5, registrou-se perda na eficiência e formação de polímeros extracelulares, apesar da estabilidade observada. O estudo contribuiu para o melhor entendimento do sistema e definição de técnicas de operação em futuras aplicações. / An anaerobic sequencing batch reactor was operated at different fill times with the objective to asses system performance. The reactor, made of plexiglas and with a capacity of 6.3 L, treated per cycle 2.5 L of synthetic wastewater with a concentration of nearly 500 mgCOD/L. The system was operated at a temperature of 30oC, with 8-h cycles (tC) and mechanical agitation rate of 500 rpm. Cubic particles of polyurethane foam were used as support material for anaerobic biomass immobilization. At the start of each cycle, the reactor was fed with 60 % of the wastewater volume, the remainder was filled at different feeding times (tF) that characterized the different feeding strategies. The results obtained showed that for a ratio of tF/tC <= 0.5 the system attained average filtered and non-filtered substrate removal efficiency of 75 % and 70 %, respectively. Ratios of tF/tC > 0.5, resulted in loss in efficiency and formation of extra cellular polymers, in spite of system stability. The study contributed to a better understanding of the system and definition of operational techniques for future applications.

Este trabalho fundamentou-se na concepção, desenvolvimento tecnológico, ampliação de escala e avaliação do comportamento de sistema combinado anaeróbio-aeróbio de leito fixo e fluxo ascendente, com recirculação da fase líquida, para tratamento de esgoto sanitário. O reator, em escala piloto, foi construído em formato cilíndrico e confeccionado em fibra de vidro com volume total de aproximadamente 2,5 \'M POT.3\', com intuito de desenvolver um sistema capaz de operar como única unidade de tratamento para remoção de matéria orgânica e nitrogênio, reduzindo a geração de lodo e o consumo de energia pela combinação dos processos anaeróbio e aeróbio, possibilitando o aproveitamento das vantagens de cada um e minimizando seus aspectos negativos. Os melhores resultados operacionais foram encontrados para a etapa com tempo de detenção hidráulica total (TDH) de 12 horas e razão de recirculação (r) igual a 3,0, apresentando eficiências médias de remoção de DQO, \'N\'-NTK e SST de 92 ± 3%; 68 ± 11% e 75 ± 7%, respectivamente, com valores médios efluentes de 54 ± 22 mgDQO/L, 14 ± 10 mg \'N\'-NTK/L e 70 ± 42 mgSST/L. Os valores médios de carga orgânica volumétrica (COV) e carga volumétrica de nitrogênio (CVN) removidas foram de 1,08 ± 0,04 kgDQO/\'M POT.3\'.dia e 0,06 ± 0,02 kgNTK/\'M POT.3\'.dia para esta etapa. A estabilidade operacional durante a etapa com TDH de 12 h, a alta remoção de matéria orgânica e nitrogênio, sem a necessidade de adição de fonte exógena de carbono, para promover o processo de desnitrificação, e de suplementação de alcalinidade consumida durante a nitrificação, e a reduzida necessidade de manutenção devido à tecnologia de fabricação adotada, comprovam a viabilidade técnica de utilização do reator combinado de leito fixo como unidade compacta para pequenas comunidades ou vazões afluentes, para tratamento de esgoto sanitário. / This work was based on design, technology development, scale up and performance evaluation of an up-flow combined anaerobic-aerobic fixed bed system, with recycle of the liquid phase, for treatment of domestic sewage. The pilot scale reactor was built in a fiberglass cylindrical shape with a total volume of approximately 2.5 \'M POT.3\', aiming at the development of a system capable of operate as a single treatment unit for organic matter and nitrogen removal, with low sludge production and energy consumption by the advantages of combination of anaerobic and aerobic processes. The improved operating results were found for the condition with overall hydraulic retention time (HRT) of 12 hours and recycle ratio (r) equal to 3.0, with average removal efficiencies of COD, TKN and TSS of 92 ± 3%, 68 ± 11% and 75 ± 7%, respectively, with average effluent values of 54 ± 22 mgCOD/L, 14 ± 10 mgTKN/L and 70 ± 42 mgTSS/L. The average values of removed organic loading rate (OLR) and nitrogen volumetric loading (NVL) reached 1.06 ± 0.04 kgCOD/\'M POT.3.d and 0.06 ± 0.02 kgTKN/\'\'M POT.3\'.d for this phase. The operational stability during the stage with HRT of 12 h, the high organic matter and nitrogen removal, without addition of exogenous carbon source (electron donor) to promote the denitrification process, with no supplementation of alkalinity consumed during nitrification, and the reduced maintenance due to manufacturing technology adopted, proved the technical feasibility of the combined fixed-bed reactor as a compact unit for small communities or low inflow rates, for treatment of domestic sewage.