Métodos de Microbiologia de anaeróbios estritos e de Biologia Molecular foram empregados para se conhecer a diversidade de microrganismos relacionados à degradação de ascarel em reatores anaeróbios metanogênicos. A avaliação de potencial metanogênico foi realizada para a escolha da melhor condição nutricional, bem como, para a seleção de material suporte e solvente adequado a solubilização do ascarel. Nos ensaios em batelada, a produção de metano foi maior nos reatores contendo etanol (média de 0,22 - 0,46 molCH4/gSTV, 46h). Remoção de 85,6% (86,7 mg/L de PCB em Aroclor 1016 e 1260) foi obtida na condição com espuma de poliuretano, etanol (46g/L) e formiato (680 mg/L). Diferentes solventes e surfactantes, tais como, DMSO, dioxano, ácido acético, ácido fórmico, n-hexano, acetona, etano, metanol, Tween 80, SDS (10%) e Triton X-100 foram avaliados para a solubilização de ascarel. Dentre esses, metanol, Triton X-100 e ácido fórmico foram eleitos para a realização de ensaio em reatores em batelada contendo espuma de poliuretano, com o propósito de avaliar o potencial metanogênico na degradação de PCB. Os valores de produção de metano foram muito semelhantes (0,21 0,38 molCH4/mLgSTV, 45h) nas diferentes condições, no entanto, a remoção de PCB foi maior nos reatores com metanol 790 mg/L (86,6%), ácido Fórmico 600 mg/L (84,5%) e Triton X-100 1% (72,1%). Portanto, a melhor condição foi contemplada para a operação do reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) no tratamento do ascarel, ou seja, células imobilizadas em espuma de poliuretano, etanol e formiato (como fonte de carbono), Triton X-100 (0,1%) e metanol (como solvente). No RAHLF, a remoção média de matéria orgânica (DQO) foi de 91% para concentração afluente média de 1270 mg/L. A presença de morfologias semelhantes à Methanosarcina e bacilos fluorescentes foi confirmada em exames microscópicos. Na análise filogenética, por meio de PCR/DGGE e seqüenciamento das bandas recortadas, os grupos encontrados foram relacionados aos Filos Proteobacteria, Firmicutes, Spirochaetes, Chlorobi e Chloroflexi, sendo que neste último estão incluídos representantes relacionados a degradação de PCBs. Dentre as arquéias metanogênicas verificou-se similaridade de 99% e 97% com Methanosaeta sp. e Methanolinea sp., relacionadas com a metanogenese acetoclástica e hidrogenotrófica, respectivamente / Molecular biology and microbiology methods were used to study the microbial communities related to degradation of ascarel at methanogenic conditions in an anaerobic reactor. The methanogenic potential was evaluated to choose the better nutritional condition as well as to select the better support material and the most suitable solvent to favor the solubilization of ascarel. The methane production was higher (0.22 0.46 molCH4/mLgSTV, 46h) in batch reactors containing ethanol (46 g/L) and formate (680 mg/L), the PCB elimination attaining 85.6% (86.7 mg/L de PCB as Aroclor 1016 and 1260) when Polyuretane foam was used as support material. Different solvents, namely DMSO, dioxane, n-hexane, acetic acid, formic acid, acetone, ethane, methanol, and surfactants, such as 10% SDS,, Triton X-100, were evaluated aiming o determine the better condition to solubilize ascarel. According to the results of such experiments, methanol, formic acid and Triton X-100 were selected for carrying out the batch experiments in reactors containing polyurethane foam to evaluate the methane production during the PCBs degradation. Regardless of the operation conditions the methane production rates were similar (0.21 0.38 molCH4/gSTV, 45h), however the elimination of PCB was higher in the reactors containing methanol (790 mg/L), formic acid (600 mg/L) and Triton X-100 (1%). Therefore, the better condition for treating ascarel-containing residues in a bench-scale horizontal-flow immobilized biomass (HAIB) was attained with cells immobilized in polyurethane foam when ethanol and formate were used as carbon sources, and in presence of Triton X-100 and methanol, the average elimination of organic material attaining 91% for affluent concentration of 1270 mg/L. The presence of Methanosarcina and fluorescent rods was confirmed by microscopy analysis. According to the filogenetics analysis, which was carried out by PCR/DGGE and band-sequencing, the Bacteria domain are related to the Filos Proteobacteria, Firmicutes, Spirochaetes, Chlorobi and Chloroflexi, this latter being directly related to the degradation of PCB. Among the methanogenic Archea, a similiraty of 99% and 97% was observed to Methanosaeta sp. and Methanolinea sp. related to acetoclastic and hydrogenthrophic methanogenesis, respectively

O uso de reatores de biomassa imobilizada para tratamento de esgoto tem se difundido devido a sua capacidade de manter o tempo de retenção celular (TRC) elevado, mesmo quando operados com baixo tempo de detenção hidráulica (TDH). Neste trabalho, investigou-se o desempenho de dois reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLF) em escala de bancada, usados no tratamento do efluente de uma indústria de refrigerantes, sendo um dos reatores preenchido com grânulos e o outro com espuma de poliuretano. A pesquisa foi dividida em três etapas, referentes aos tempos de detenção hidráulica (TDH) de, respectivamente, 20 h, 10 h e 5 h. O encerramento de cada etapa ocorria quando se verificava a estabilidade operacional do sistema através dos parâmetros: DQO, ácidos voláteis totais e pH. Ao final de cada etapa, foram obtidos os perfis de concentração de DQO ao longo dos reatores. Para TDH de 10 h, os valores obtidos para a constante cinética aparente (klapp) foram de 0,694 h-1, para o reator com grânulos, e de 0,467 h-1, para o reator preenchido com espuma de poliuretano. No decorrer da pesquisa, os reatores apresentaram alguns problemas operacionais, que aumentaram à medida em que se reduzia o TDH. Avaliou-se, também, o tempo de residência real do reator com espumas através de experimentos hidrodinâmicos (traçadores). Ao final do experimento, foram quantificados os sólidos voláteis em cada reator e buscou-se diferenciar o arranjo e a fauna microbiológica, presentes nos dois tipos de imobilização, através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). / Immobilized biomass reactors have been increasingly used for wastewater treatment due to their capacity of maintaining high cellular retention time (CRT) even when operating at low hydraulic detention time (HDT). In this work, the performances of two horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) bench-scale reactors treating soft drinks industry effluents were investigated and compared. One of the reactors was filled with granules and the other one with polyurethane foam matrices. The research was conducted in three stages, concerning to hydraulic detention times of, respectively, 20 h, 10 h and 5 h. A stage was considered finished when reactors operational stability was checked by means of COD, total volatile fatty acids and pH. COD profiles were obtained along the reactors at the end of each stage. In the second stage, when HDT was equal to 10 h, the apparent kinetic constant (klapp) values were 0.694 h-1, to the reactor filled with grains, and 0.467 h-1, to the other one. During the research, the reactors showed some operational problems, that increased when the HDT was reduced. The real hydraulic detention time (HDT) reactor with polyurethane foams was evaluated through the hydrodynamic experiments (tracers). Volatile solids of each reactor were quantified at the end of experiment. The arrangement and microbiological fauna inside the reactors were determined by Scanning Electron Microscopy (SEM).

Métodos de Microbiologia de anaeróbios estritos e de Biologia Molecular foram empregados para se conhecer a diversidade de microrganismos relacionados à degradação de ascarel em reatores anaeróbios metanogênicos. A avaliação de potencial metanogênico foi realizada para a escolha da melhor condição nutricional, bem como, para a seleção de material suporte e solvente adequado a solubilização do ascarel. Nos ensaios em batelada, a produção de metano foi maior nos reatores contendo etanol (média de 0,22 - 0,46 molCH4/gSTV, 46h). Remoção de 85,6% (86,7 mg/L de PCB em Aroclor 1016 e 1260) foi obtida na condição com espuma de poliuretano, etanol (46g/L) e formiato (680 mg/L). Diferentes solventes e surfactantes, tais como, DMSO, dioxano, ácido acético, ácido fórmico, n-hexano, acetona, etano, metanol, Tween 80, SDS (10%) e Triton X-100 foram avaliados para a solubilização de ascarel. Dentre esses, metanol, Triton X-100 e ácido fórmico foram eleitos para a realização de ensaio em reatores em batelada contendo espuma de poliuretano, com o propósito de avaliar o potencial metanogênico na degradação de PCB. Os valores de produção de metano foram muito semelhantes (0,21 0,38 molCH4/mLgSTV, 45h) nas diferentes condições, no entanto, a remoção de PCB foi maior nos reatores com metanol 790 mg/L (86,6%), ácido Fórmico 600 mg/L (84,5%) e Triton X-100 1% (72,1%). Portanto, a melhor condição foi contemplada para a operação do reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) no tratamento do ascarel, ou seja, células imobilizadas em espuma de poliuretano, etanol e formiato (como fonte de carbono), Triton X-100 (0,1%) e metanol (como solvente). No RAHLF, a remoção média de matéria orgânica (DQO) foi de 91% para concentração afluente média de 1270 mg/L. A presença de morfologias semelhantes à Methanosarcina e bacilos fluorescentes foi confirmada em exames microscópicos. Na análise filogenética, por meio de PCR/DGGE e seqüenciamento das bandas recortadas, os grupos encontrados foram relacionados aos Filos Proteobacteria, Firmicutes, Spirochaetes, Chlorobi e Chloroflexi, sendo que neste último estão incluídos representantes relacionados a degradação de PCBs. Dentre as arquéias metanogênicas verificou-se similaridade de 99% e 97% com Methanosaeta sp. e Methanolinea sp., relacionadas com a metanogenese acetoclástica e hidrogenotrófica, respectivamente / Molecular biology and microbiology methods were used to study the microbial communities related to degradation of ascarel at methanogenic conditions in an anaerobic reactor. The methanogenic potential was evaluated to choose the better nutritional condition as well as to select the better support material and the most suitable solvent to favor the solubilization of ascarel. The methane production was higher (0.22 0.46 molCH4/mLgSTV, 46h) in batch reactors containing ethanol (46 g/L) and formate (680 mg/L), the PCB elimination attaining 85.6% (86.7 mg/L de PCB as Aroclor 1016 and 1260) when Polyuretane foam was used as support material. Different solvents, namely DMSO, dioxane, n-hexane, acetic acid, formic acid, acetone, ethane, methanol, and surfactants, such as 10% SDS,, Triton X-100, were evaluated aiming o determine the better condition to solubilize ascarel. According to the results of such experiments, methanol, formic acid and Triton X-100 were selected for carrying out the batch experiments in reactors containing polyurethane foam to evaluate the methane production during the PCBs degradation. Regardless of the operation conditions the methane production rates were similar (0.21 0.38 molCH4/gSTV, 45h), however the elimination of PCB was higher in the reactors containing methanol (790 mg/L), formic acid (600 mg/L) and Triton X-100 (1%). Therefore, the better condition for treating ascarel-containing residues in a bench-scale horizontal-flow immobilized biomass (HAIB) was attained with cells immobilized in polyurethane foam when ethanol and formate were used as carbon sources, and in presence of Triton X-100 and methanol, the average elimination of organic material attaining 91% for affluent concentration of 1270 mg/L. The presence of Methanosarcina and fluorescent rods was confirmed by microscopy analysis. According to the filogenetics analysis, which was carried out by PCR/DGGE and band-sequencing, the Bacteria domain are related to the Filos Proteobacteria, Firmicutes, Spirochaetes, Chlorobi and Chloroflexi, this latter being directly related to the degradation of PCB. Among the methanogenic Archea, a similiraty of 99% and 97% was observed to Methanosaeta sp. and Methanolinea sp. related to acetoclastic and hydrogenthrophic methanogenesis, respectively

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

Neste trabalho de doutorado utilizou-se um reator anaeróbio em batelada seqüencial contendo biomassa imobilizada em matrizes cúbicas de espuma de poliuretano e agitação mecânica, com volume total de 5.5 L e volume útil de 4.5 L. A agitação do meio líquido foi realizada com quatro tipos de impelidores (turbina tipo hélice, lâminas planas, lâminas planas inclinadas e lâminas curvas, testados individualmente, sempre em número de 3), com 6 cm de diâmetro. A pesquisa foi realizada em quatro etapas experimentais. A etapa 1 objetivou determinar o tempo de mistura no reator para cada tipo de impelidor, ou seja, o tempo necessário para que o meio líquido ficasse totalmente homogêneo. A etapa 2 objetivou selecionar o tipo de impelidor e a respectiva intensidade de agitação que garantisse a minimização da resistência à transferência de massa externa no sistema. As intensidades de agitação testadas variaram de 200 a 1100 rpm, dependendo do tipo de impelidor. A etapa 3 foi realizada com tipo de impelidor e intensidade de agitação definidos na etapa 2, mas variando-se o tamanho da biopartícula (0,5, 1,0, 2,0 e 3,0 cm de aresta). O objetivo desta etapa foi selecionar o tamanho de biopartícula que minimizasse a resistência à transferência de massa interna. De posse das condições operacionais otimizadas (tipo de impelidor, intensidade de agitação e tamanho de partícula de suporte), a etapa 4 constituiu na aplicação das mesmas para o tratamento de um resíduo real, sendo escolhida água residuária de suinocultura. Na etapa 1, os resultados mostraram que os tempos de mistura para todos os tipos de impelidores foram desprezíveis em relação ao tempo total de ciclo. A etapa 2 revelou tempos de partida muito curtos (cerca de 20 dias), em todas as condições testadas, sendo atingidas remoções de DQO próximas de 70%. Além disso, o tipo de impelidor exerceu grande influência na qualidade final do efluente, fato este claramente constatado quando as frações de DQO foram consideradas separadamente (filtrada e suspensa). De acordo com os resultados obtidos na etapa 3, o tamanho da biopartícula teve influência decisiva no desempenho do sistema, nas condições testadas. As velocidades de dissolução foram aparentemente influenciadas pelo empacotamento do leito de espuma, enquanto que o consumo da fração de DQO correspondente às amostras filtradas foi provavelmente influenciado por fatores mais complexos. Finalmente, o teste realizado com resíduo diluído de suinocultura demonstrou que a operação do reator em estudo para o tratamento deste tipo de água residuária é possível. Os dados operacionais mostraram que o reator permaneceu estável durante o período testado. A agitação mecânica provou ser eficiente para melhorar a degradação da DQO suspensa, um dos maiores problemas no tratamento deste tipo de água residuária. Sendo assim, de acordo com os dados experimentais obtidos ao longo do trabalho, pode-se afirmar que a agitação em reatores em batelada mostrou-se importante não somente para proporcionar boas condições de mistura ou melhorar a transferência de massa na fase líquida, mas também para melhorar a solubilização da matéria orgânica particulada, melhorando as velocidades de consumo de matéria orgânica. / The bench-scale anaerobic sequencing batch reactor containing immobilized biomass and provided with mechanical stirring employed in this work had total and useful volumes of 5.5 and 4.5 L, respectively. The biomass was immobilized on cubic polyurethane foam matrices, and the agitation of the liquid medium was provided by four types of impellers (propeller, flat-blade, pitched-blade and curved-blade turbines, individually tested, always in a set of three), with 6 cm of diameter. The research was divided into 4 experimental steps. The first one aimed at determining the mixing time in the reactor for each sort of impeller, i.e., the time necessary for the system to be completely homogeneized. As for the second step, its objective was to choose the sort of impeller and the agitation rate suitable for minimizing the external mass-transfer resistance. The agitation rates tests ranged from 200 to 1100 rpm, depending on the impeller type. The step 3 was carried out utilizing the chosen impeller and agitation rate, but varying the bioparticle size (0.5, 1.0, 2.0 and 3.0 cm of side). The aim of these experiments was to determine the bioparticle size that minimized the solid-phase mass transfer. Using these optimized operational conditions (type of impeller and bioparticle size), the step 4 consisted of the utilization of them in the treatment of a real wastewater (diluted swine manure). As for the results, step 1 showed the mixing times were very low compared to the total cycle times employed in the experiments (8 and 24 h). Very short start-up periods were revealed by the second experimental part (about 20 days in average) for all conditions tested, and the removal efficiencies reached approximately 70%. Besides that, the impeller type exerted great influence on the final quality of the effluent, fact clearly observed when the COD fractions were analyzed separately (filtered and suspended). According to the data obtained in the step 3, the bioparticle size influenced decisively on the performance of the system, in the conditions tested. The bed packing apparently influenced the dissolution rates, whereas the consumption of the COD correspondent to the filtered samples was defined by more complex factors. Finally, the test with the diluted swine manure demonstrated that the operation of this reactor with this type of wastewater is feasible, as the operational data showed the reactor remained stable during all the period tested. The mechanical stirring proved to be efficient to improve the degradation of the suspended COD, one of the major problems in the treatment of this type of wastewater. In this sense, according to the experimental data obtained in this work, it can be affirmed the mechanical stirring in anaerobic sequencing batch reactors showed to be not only important to provide good mixing conditions and improve the liquid phase mass transfer, but also to improve the solubilization of the particulate organic matter and increase the overall organic matter consumption rates.

O uso de reatores de biomassa imobilizada para tratamento de esgoto tem se difundido devido a sua capacidade de manter o tempo de retenção celular (TRC) elevado, mesmo quando operados com baixo tempo de detenção hidráulica (TDH). Neste trabalho, investigou-se o desempenho de dois reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLF) em escala de bancada, usados no tratamento do efluente de uma indústria de refrigerantes, sendo um dos reatores preenchido com grânulos e o outro com espuma de poliuretano. A pesquisa foi dividida em três etapas, referentes aos tempos de detenção hidráulica (TDH) de, respectivamente, 20 h, 10 h e 5 h. O encerramento de cada etapa ocorria quando se verificava a estabilidade operacional do sistema através dos parâmetros: DQO, ácidos voláteis totais e pH. Ao final de cada etapa, foram obtidos os perfis de concentração de DQO ao longo dos reatores. Para TDH de 10 h, os valores obtidos para a constante cinética aparente (klapp) foram de 0,694 h-1, para o reator com grânulos, e de 0,467 h-1, para o reator preenchido com espuma de poliuretano. No decorrer da pesquisa, os reatores apresentaram alguns problemas operacionais, que aumentaram à medida em que se reduzia o TDH. Avaliou-se, também, o tempo de residência real do reator com espumas através de experimentos hidrodinâmicos (traçadores). Ao final do experimento, foram quantificados os sólidos voláteis em cada reator e buscou-se diferenciar o arranjo e a fauna microbiológica, presentes nos dois tipos de imobilização, através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). / Immobilized biomass reactors have been increasingly used for wastewater treatment due to their capacity of maintaining high cellular retention time (CRT) even when operating at low hydraulic detention time (HDT). In this work, the performances of two horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) bench-scale reactors treating soft drinks industry effluents were investigated and compared. One of the reactors was filled with granules and the other one with polyurethane foam matrices. The research was conducted in three stages, concerning to hydraulic detention times of, respectively, 20 h, 10 h and 5 h. A stage was considered finished when reactors operational stability was checked by means of COD, total volatile fatty acids and pH. COD profiles were obtained along the reactors at the end of each stage. In the second stage, when HDT was equal to 10 h, the apparent kinetic constant (klapp) values were 0.694 h-1, to the reactor filled with grains, and 0.467 h-1, to the other one. During the research, the reactors showed some operational problems, that increased when the HDT was reduced. The real hydraulic detention time (HDT) reactor with polyurethane foams was evaluated through the hydrodynamic experiments (tracers). Volatile solids of each reactor were quantified at the end of experiment. The arrangement and microbiological fauna inside the reactors were determined by Scanning Electron Microscopy (SEM).

O objetivo do presente trabalho foi realizar estudos acerca da degradação anaeróbia de proteínas no tocante à cinética de consumo de substrato e às rotas metabólicas presentes no processo. Inicialmente, realizou-se um estudo comparativo da degradação de efluentes sintéticos em reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLFs) em escala de bancada. Nesse intuito, foi proposto um modelo cinética de primeira ordem de reações em série e paralelo, que permitiu a estimativa dos parâmetros cinéticos das várias etapas do processo estudado. As fontes de carbono nos efluentes sintéticos foram primeiramente compostas por compostos protéicos, tendo sido posteriormente adicionadas fontes de carboidratos e lipídeos à sua composição. Nesse intuito, utilizaram-se duas proteínas, caseína e soro albumina bovina (S.A.B.), e um hidrolisado protéico, peptona. Os resultados preditos pelo modelo cinético proposto apresentaram boa correlação com os dados experimentais e, com isso, foi possível o entendimento dos vários aspectos envolvidos na degradação de compostos protéicos em reatores que apresentam regime de escoamento predominantemente pistonado. A peptona foi mais rapidamente consumida, seguida pela caseína e finalmente pela S.A.B.. A presença de lipídeos nos efluentes sintéticos utilizados se constituiu no maior problema para o processo estudado. Análises de microscopia e biologia molecular mostraram que houve realocação da biomassa nos RAHLFs à medida que foram adicionadas fontes alternativas de carbono aos efluentes sintéticos à base de proteína. As morfologias encontradas foram comuns em todos os ensaios realizados, tendo predominado as semelhantes a Methanosaeta sp., bacilos fluorescentes e não fluorescentes, bacilos curvos e cocos não fluorescentes. Também foram visualizados três tipos de filamentos, espiroquetas e morfologias semelhantes a Methanosarcina sp. A segunda etapa do presente trabalho foi o estudo comparativo do processo de degradação de água residuária proveniente de abatedouro de aves em dois reatores um UASB e um RAHLF. O modelo cinético de primeira ordem se ajustou bem aos dados de decaimento de matéria orgânica em ambos os reatores. Dessa forma, foi possível concluir que no reator UASB, o mecanismo de adsorção do material colóide e solúvel nos grânulos parece ter regulado o processo, resultando em maior velocidade de remoção dessas frações de matéria orgânica. No RAHLF, o que parece ter regulado o processo foi a retenção de sólidos orgânicos, aumentando, dessa forma, a velocidade de remoção dessa fração de matéria orgânica. / This work reports on the anaerobic degradation of proteins from the standpoint of substrate consumption kinetics and metabolic routes. Initially, a comparative study of synthetic effluents in a bench scale horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor was carried out. For this purpose, a kinetic model of irreversible first-order series-parallel reactions with two intermediate products was proposed. This allowed the estimative the kinetic parameters of several steps of the process. The carbon source in the synthetic effluents was composed primarily of casein, peptone and bovine serum albumin (B.S.A.). Then, sources of carbohydrate and lipid were added to the composition. The proposed model fitted the experimental protein degradation data well and allowed the best comprehension of the process. Thus it was possible to understand several aspects about the degradation of the protein substrates utilized in HAIB reactors. In relation to degradation rate, it was concluded that peptone was the most rapidly consumed, followed by casein, and finally BSA. Regarding substrate composition, the major problem for the studied process was the presence of lipids in the synthetics effluents. The results obtained from the microbiological analysis showed that relocation of biomass in the HAIBs reactors happened in correlation with the addition of alternative carbon sources to synthetic protein effluents. In all assays, common morphologies were found. These werepredominantly Methanosaeta sp. - like archaeas, fluorescent bacillus (three types), non-fluorescent bacillus (6 types), curved bacillus and non-fluorescent coccus. Three types of filaments, spirochetes and Methanosarcina sp. - like archaeas were also found. In a second phase, a comparative analysis of the degradation process of wastewater from a poultry slaughterhouse was carried out in two different reactors, one up flow anaerobic sludge blacked (UASB), and one HAIB. The first order kinetic model proposed fitted the experimental organic matter degradation data well in UASB and HAIB reactors treating residual water from avian abattoirs. In the UASB reactor, the adsorption mechanism of the granules for colloid and soluble material seems to regulate the process. This results in a higher rate of removal for these fractions of organic material. However, in the HAIB reactor, what seems to be controlling the process was the retention of organic solids, which increased the removal rate for this fraction of organic material.

Avaliou-se a influência da recirculação da fase líquida e do regime de alimentação em reator anaeróbio no tratamento de esgoto sanitário. Utilizou-se um reator anaeróbio operado em bateladas seqüenciais, contendo biomassa imobilizada (ASBBR), em escala piloto, com volume total de 1,2 \'M POT.3\' (\'fi\' 1,0 m e altura 1,53 m). O leito suporte para a imobilização da biomassa era constituído por matrizes cúbicas de espuma de poliuretano, com 5 cm de aresta, confinadas em cesto de aço inox 304, colocado no interior do reator. A influência da recirculação da fase líquida sobre o desempenho do ASBBR quanto à remoção de matéria orgânica e quanto ao arraste de sólidos foi avaliada submetendo-se o reator às velocidades ascensionais de 1,27; 3,82; 7,64 e 10,18 m/h resultantes das diferentes vazões de recirculação impostas. Contrariamente ao observado em pesquisas anteriores em reatores operados em escala de bancada e alimentados com água residuária sintética, não houve aumento significativo da eficiência do reator com o aumento da velocidade ascensional no tratamento de esgoto sanitário. A influência do regime de alimentação de esgoto sanitário no desempenho do ASBBR foi avaliada submetendo-se o reator a tempos de enchimento correspondentes a 0,25 e 0,5 do tempo total de ciclo, utilizando-se a vazão de recirculação de 6 \'M POT.3\'/h, que foi a que apresentou os melhores resultados nos ensaios anteriores. Concluiu-se que o reator pode ser operado sob batelada alimentada com duração de até 0,5 tempo de ciclo, sem que seu desempenho seja significativamente alterado. Esse resultado é importante, pois representa que o sistema de tratamento composto por reatores ASBBR pode ser projetado com número menor de reatores. A fim de esclarecer dúvidas sobre o desempenho do ASBBR observado no tratamento de água residuária de composição complexa (esgoto sanitário), o reator foi alimentado com água residuária facilmente degradável (etanol). O desempenho do reator foi aquém do esperado, mesmo quando alimentado com composto de fácil degradação. Os ensaios de atividade metanogênica específica (AME) demonstraram que houve decréscimo dos valores de AME com o aumento da velocidade ascensional. Os valores obtidos foram 0,0632; 0,0509; 0,0248 e 0,0299 g DQO-CH4/(g STV.d), respectivamente, para os valores de Va de 1,27; 3,82; 7,64 e 10,19 m/h. Concluiu-se que a baixa eficiência de remoção de matéria orgânica deveu-se ao abaixamento progressivo da atividade metanogênica do lodo, cujas causas não puderam ser completamente esclarecidas nesta pesquisa. / The influence of the liquid phase recirculation and the feeding regimen on the performance of an anaerobic sequencing batch reactor containing immobilized biomass (ASBBR) applied for the treatment of domestic sewage was evaluated. Biomass immobilization was provided by a basket containing cubic polyurethane foam matrices (5 cm side) inside the 1.2 \'M POT.3\' (1.0 m diameter and 1.53 m height) pilot-scale reactor. The influence of the liquid phase recirculation on the reactor performance in respect to organic matter and solids wash-out was verified by subjecting the reactor to a wide range of up flow velocities (1.27; 3.82; 7.64 and 10.18 m/h) resulting from different recirculation flow rates imposed. The increase of the up flow velocity did not increase the efficiency of the pilot reactor as expected. This result contradicts those obtained with bench-scale ASBBR experiments treating synthetic wastewaters. The influence of the feeding regimen was verified by subjecting the reactor to feeding times correspondent to 0.25 and 0.50 of the total cycle time, at the recirculation flow rate of 6 \'M POT.3\'/h. It could be concluded that the reactor can be operated at the feeding batch mode up to 0.5 of the cycle time. This result is important for full scale applications considering that a treatment system composed of ASBBR reactors can be designed using a lower number of units. In order to clear some aspects related to the limited performance of the ASBBR reactor treating a complex wastewater (sewage), the reactor was subjected to an easily degradable wastewater (ethanol). However, the performance was not improved even when the reactor was treating an easily degradable compound. The results from the specific methanogenic activity (SMA) demonstrated a decrease on the values of SMA with the increase of the up flow velocity. The values of SMA were 0.0632; 0.0509; 0.0248 and 0.0299 g DQO-CH4/(g STV.d) for the Va of 1.27; 3.82; 7.64 and 10.19 m/h respectively. It could be concluded that the low efficiency obtained for organic matter removal was due mainly to the progressive decrease of the sludge methanogenic activity. The causes for that behaviour could not be completely explained in this research. It could be concluded that the reactor performance was iv clearly limited by the low productivity of the methanogenic populations present in the biomass.

Este trabalho investigou o efeito da temperatura nos sistemas aneróbios com células imobilizadas tendo como estudo de caso um sistema anaeróbio em duas fases. Inicialmente, foram realizados experimentos preliminares com um sistema em duas fases composto por Reator Acidogênico Horizontal Tubular (RAHT) seguido de Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF), nas temperaturas de 15ºC, 20ºC e 25ºC. Os resultados mostraram que o RAHT alcançou 48% de remoção de DQO e que a desvantagem da ausência de microrganismos consumidores de H2 no sistema praticamente não afetou a produção de ácido acético. Pôde-se observar que na faixa de temperatura estudada o RAHT não apresentou mudanças significativas em seu desempenho. Posteriormente foram realizados experimentos com cinco reatores metanogênicos do tipo RAHLF, alimentados com esgoto sintético simulando o efluente do RAHT, com velocidades de 10,4 cm/h, a 52,0 cm/h e temperatura de 15ºC a 35ºC. Os resultados permitiriam o desenvolvimento de um modelo empírico-estatístico para simulação do desempenho dos reatores, tendo como variáveis a velocidade superficial do líquido sobre as biopartículas e a temperatura de operação. Os resultados preditos pelo modelo demonstraram boa representatividade dos valores experimentais. Com isso, foi possível observar as influências da velocidade superficial (vs) e da temperatura, nas concentrações residuais de substrato (Sr) e nas constantes cinéticas aparentes de primeira ordem (K1app). Conclui-se então, que apesar do aumento de vs resultar em maiores valores de K1app, também foi observado aumento no valor de Sr indicando que existe um tempo de contato mínimo entre os microrganismos e o substrato. / The effects of temperature and superficial velocity in an anaerobic methanogenic immobilized cell rector of a two phase-system were investigated. Preliminarily, a Tubular Horizontal Acidogenic Reactor (THAR) followed by Horizontal-flow Anaerobic Immobilized Biomass (HAIB) composed the experimental system, operated at the temperatures of 15°C, 20°C and 25°C. COD removal efficiency of 48% was observed in the THAR. Likewise, the disadvantage of the absence of H2-consumer methanogenics microorganisms in the system almost did not affect the production of acetic acid. The temperature variation has not caused significant changes in the THAR performance. The next step was the development of experiments using five methanogenics HAIB reactors fed on synthetic wastewater simulating THAR effluent having superficial velocities from 10,4 cm/h to 52,0 cm/h and temperature from 15°C to 35°C. The results enabled the development of a statistical-empiric modeling to simulate the reactors performance using the liquid superficial velocities and the temperature operation as model variables. The model demonstrated a good agreement with the experimental values. The influence of the superficial velocities (vs) and temperature, in the substrate residual concentration (Sr) and in the first order (K1app) apparent kinetic constant was observed. Despite the K1app values have increased largely with vs, the Sr concentration also increased. These results permit to conclude that a minimum contact time between the microorganisms and the substrate may be necessary in such processes.

A pesquisa que ora se apresenta visou estabelecer as condições nutricionais adequadas para o uso do sedimento do estuário de Santos - São Vicente do Estado de São Paulo, como inóculo no reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) no processo de degradação anaeróbia do pentaclorofenol (PCP) em busca da aplicação da tecnologia em escala real, assim como identificar grupos microbianos envolvidos no processo. Para tanto, sedimento do estuário de Santos-São Vicente, com características metanogênicas foi utilizado. Os microrganismos provenientes do sedimento estuarino foram enriquecidos sob condições metanogênicas e halofílicas, visando a utilização do sedimento como inoculo nos ensaios nutricionais e na operação dos reatores do tipo RAHLF. O meio de cultivo salino Biota, suplementado com glicose e formiato, foi utilizado para o desenvolvimento da comunidade microbiana metanogênica halofílica. Testes de degradação do PCP foram realizados previamente sob diferentes concentrações de nitrogênio e fósforo, com vistas a uma melhor compreensão da relação N:P adequada para o processo anaeróbio. Os resultados provenientes do acompanhamento da diversidade microbiana do domínio Bacteria nas diferentes relações testadas indicaram a seleção de distintas comunidades microbianas, resultando em diferentes velocidades de degradação do PCP. A relação N:P de 10:1 foi a que apresentou melhores resultados, pois além da rápida degradação do PCP quando comparada com as outras relações, apresentou a maior diversidade de microrganismos. Posteriormente, o sistema RAHLF foi operado com vazão média afluente de aproximadamente 44 mL/hora, com meio mineral salino Biota (DQO:N:P de 1000:130:45) para R1 e com a alteração para relação DQO:N:P de 1000:10:1 para R2. Duas diferentes estratégias foram adotadas para partida dos reatores. Para R1, optou-se por acrescentar PCP na concentração inicial de 10,0 mg/L, durante 110 dias causando desestabilização da metanogênese e acúmulo de PCP, requerendo intervenção para recuperação do reator pelo período de 90 dias. Na partida do RAHLF 2, optou-se pelo aumento gradual de concentração do PCP de 0,5 mg/L a 12,0 mg/L durante 52 dias. Após estabelecimento da metanogêsenese, R1 foi alimentado durante 270 dias com 5,0 mg PCP/L, durante 41 dias com 8,0 mg/L e 59 dias com 12 mg/L. O balanço de massa no reator RAHLF 1 demonstrou que 0,52% do PCP adicionado saiu no efluente e que não ocorreu adsorção no sistema. 22,34 mg de 2,4,6 TCP, intermediário da degradação do PCP, ficaram adsorvidos na biopartícula. Os resultados das análises de diversidade microbiana apontaram para mudança da comunidade microbiana do domínio Bacteria ao longo do período operacional e morfologias de bacilos fluorescentes semelhantes a Methanobacterium sp estiveram presentes no reator. No RAHLF 2, a degradação do PCP foi de 100%, até a concentração de 10,0 mg/L. No final da fase com 12,0 mg PCP/L, a concentração no efluente foi de 1,4 mg PCP/L, com eficiência média de remoção de 93,2 \'+ ou -\' 5,5%. 2,4,6 TCP foi o intermediário principal no efluente do reator. 4,06% do PCP adicionado ao sistema foram encontradas no efluente e 15,94% ficaram adsorvidas nas biopartículas do reator. Portanto, considera-se que 80% do PCP adicionado sofreu degradação anaeróbia microbiana. A presença dos microrganismos Methanocalcullus e Methanosaeta na fase final de operação do RAHLF 2 e determinadas no sedimento coletado foi considerada fundamental para manter estabilidade do reator. Essa descoberta contribui com informações sobre a real diversidade microbiana de ecossistemas tropicais, sobretudo em habitats anaeróbios, bem como sobre as condições nutricionais e os procedimentos necessários para confiná-la em reatores e usá-la em processos de biorremediação. / The research presented here aimed to determine the optimal nutritional conditions for the use of sediment from the Santos-São Vicente estuary in the state of São Paulo, Brazil, as an inoculum for a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass reactor (HAIB) applied to the anaerobic degradation of pentachlorophenol (PCP), seeking to apply the technology on the real scale and to identify the microbial groups involved in the process. To this end, sediment with methanogenic characteristics from the Santos-São Vicente estuary was used. The microorganisms from the estuarine sediment were enriched under methanogenic and halophilic conditions, aiming to use the sediment as an inoculum in nutritional assays and in the operation of HAIB reactors. Biota saline culture medium supplemented with glucose and formiate was used to develop the halophilic methanogenic microbial community. PCP degradation tests were carried out previously under different concentrations of nitrogen and phosphorus in order to gain a better understanding of the optimal N:P ratio for the anaerobic process. The findings on the microbial diversity of the domain Bacteria at the various ratios tested here indicated the selection of distinct microbial communities, resulting in different PCP degradation velocities. The N:P ratio utilized was 10:1 since it presented the best results not only in terms of faster PCP degradation than the other ratios but also highest diversity of microorganisms. The HAIB reactor was then operated with a mean inflow of approximately 44 mL/hour, using the biota saline mineral medium with a COD:N:P ratio of 1000:130:45 in R1 (reactor 1) and a COD:N:P ratio of 1000:10:1 in R2. Two distinct strategies were adopted to start up the reactors. In R1 PCP was added at an initial concentration of 10.0 mg/L for 100 days, causing destabilization of the methanogenesis and accumulation of PCP, requiring a 90-day intervention for the reactor\'s recovery. To start up R2, the PCP concentration was increased gradually from 0.5 mg/L to 12.0 mg/L for 52 days. After methanogenesis was established, R1 was fed for 270 days with 5.0 mg of PCP/L, followed by 41 days with 8.0 mg/L and 59 days with 12 mg/L. The mass balance in R1 indicated that 0.52% of the added PCP exited through the reactor\'s outflow and that adsorption of the system did not occur. 22.34 mg of 2,4,6 TCP, an intermediary of PCP degradation, was adsorbed in the bioparticles. The results of the analysis of microbial diversity indicated a change in the microbial community of the domain Bacteria along the operational period, with fluorescent bacilli morphologies resembling Methanobacterium sp present in the reactor. PCP degradation in R2 was 100% up to a concentration of 10.0 mg/L. At the end of the phase with 12.0 mg PCP/L, the effluent concentration was 1.4 mg PCP/L, with a mean removal efficiency of 93.2 \'+ or -\' 5,5%. 2,4,6 TCP was the main intermediary in the reactor\'s effluent. 4.06% of the PCP added to the system was found in the effluent and 15.94% was absorbed in the bioparticles of the reactor. Therefore, it was concluded that 80% of the added PCP underwent microbial anaerobic degradation. The presence of Methanocalcullus and Methanosaeta microorganisms in the final operating phase of R2, which was determined in the collected sediment, was considered fundamental for maintaining the reactor\'s stability. This discovery contributes to the body of information about the real microbial diversity of tropical ecosystems, above all in anaerobic habitats, and about the nutritional conditions and procedures involved in confining these microorganisms in reactors and using them in bioremediation processes.