Este trabalho de doutorado apresenta os resultados da avaliação de duas configurações diferentes de reatores com biomassa imobilizada em matrizes cúbicas de poliuretano, denominados reator misto radial de leito fixo (RMRLF), utilizado para o tratamento de esgoto sanitário peneirado e reator aeróbio-anaeróbio horizontal de leito fixo (RAAHLF) para o pós-tratamento de efluente de reator de manta de lodo tipo upflow anaerobic sludge blanket (UASB) tratando esgoto sanitário. O estudo avalia duas propostas de tratamento para remoção biológica de matéria orgânica e nitrogênio por meio do acompanhamento do desempenho dos reatores sob diferentes condições operacionais, quais sejam: variação na carga orgânica aplicada, diferentes dosagens de solução alcalina e variação na taxa de aplicação de ar comprimido para o fornecimento de oxigênio dissolvido aos reatores na etapa de nitrificação. Foram desenvolvidos ensaios para obtenção de dados sobre o comportamento hidrodinâmico no RMRLF, dados sobre transferência e consumo de oxigênio dissolvido e viabilidade da utilização de biogás como doador de elétrons para a desnitrificação autótrofa. Os principais parâmetros de desempenho foram avaliados através de análises físico-químicas das amostras e a observação dos microrganismos envolvidos no processo. O RMRLF operou durante todo o período dos experimentos com a temperatura do líquido no seu interior variando entre o valor mínimo de 14 'GRAUS' Celsius até máximo de 30 'GRAUS' Celsius. Os valores da demanda química de oxigênio (DQO) no efluente do reator mantiveram média inferior a 50 mg/L. A remoção de nitrogênio como nitrato aumentou em 75% após o início do fornecimento do 'H IND.2'S' por meio da injeção de biogás. O RAAHLF operou com a temperatura do líquido no seu interior variando entre mínimo de 14 'GRAUS' Celsius e máximo de 26 'GRAUS' Celsius. Os valores de DQO no efluente, em média, foram inferiores a 66 mg/L e a remoção de nitrato foi incrementada em 87% após o fornecimento do 'H IND.2'S' pela injeção de biogás na câmara anóxica do reator. Os resultados demonstram o potencial destes reatores como alternativa para o tratamento e pós-tratamento de esgoto sanitário com resultados promissores de remoção de matéria orgânica e nitrogênio. / This work presents results of the evaluation of two different immobilized biomass reactor configurations, referred as radial flow anaerobic/aerobic immobilized biomass reactor (RAAIB) utilized for the treatment of the sanitary screened wastewater and horizontal aerobic/anaerobic immobilized biomass reactor (HAAIB) for the post-treatment of an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) treating sanitary wastewater. This study evaluates the two proposals for the biological organic matter and nitrogen removal by the evaluation of the reactors performance under several operational conditions, such as organic matter load variation, alkalinity solution feeding, variation on the compressed air supply for the nitrification step and biogas supply for the denitrification process. Assays were developed in order to obtain data on the hydrodynamic behavior in the RAAIB reactor, oxygen transfer and consumption and the viability of use biogas as electron donor for the autotrofic denitrification. The main performance parameters were measured thru physical-chemical analysis and microscopic observations. The RAAIB reactor was operated during all the experiment period with its liquid temperature varying from 14 'DEGREES' Celsius to 30 'DEGREES' Celsius. The chemical oxygen demand (COD) values in the effluent presented a mean value below 50 mg/L. The nitrogen as nitrate removal efficiency incresead up to 75% after supplying 'H IND.2'S' thru biogas injection. The HAAIB reactor operated with temperatures varying from 14 'DEGREES' Celsius to 26 'DEGREES' Celsius. The COD values in the effluent presented a concentration value lower than 66 mg/L and the nitrate removal increased 87% after supplying 'H IND.2'S' thru the biogas injection in the anoxic reactor. The collected data proved the viability of the use of these reactors as an alternative for the treatment and post-treatment of sanitary wastewater due to the promising results obtained in the assays performed in the reactors.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carla Limberger _Lopes (Tese revisada) 2016.pdf: 2793834 bytes, checksum: bd8e57da9e9986df4f212107c57ca249 (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / The aim of this study was to evaluate a combined anaerobic-aerobic upflow fixed-bed reactor with recirculation of the liquid phase for the removal of nitrogen and organic matter from poultry slaughterhouse wastewater. The reactor was made of an acrylic tube of internal diameter of 93 mm and the length of 1000 mm with a useful volume of 5.6 L being 3.5 L corresponding to the anaerobic compartments and 2.1 L to the aerobic one. The bed for immobilization of the biomass was formed by expanded clay and polyurethane foam. For discussing the results, this study was divided into three articles. In the first article, was evaluated the reactor performance with respect to the elimination of nitrogen (≈65 mg.NT.L-1) and organic matter (≈600 mg.DQO.L-1) due to the recirculation rate (R = 0.5, 1 and 2) and the hydraulic retention time (HRT) of 11 h (6.8 h in anaerobic condition and 4.2 h in aerobic condition) over the time. The best operating condition was obtained at the recirculating rate of 2. In this condition, the total nitrogen removal was 65% with the effluent concentration of 6 mg.NH4+.L-1 e 12 mg.NO3-.L-1. For all condition, the organic matter removal was greater than to 95% with the effluent concentration of approximately 20 mg.COD.L-1. Thus, the increasing of the recirculation rate influenced positively in the reactor performance. In the second article, the hydraulic detention time was evaluated (HDT) at 14 h, 11 h and 8 h with the recirculation rate (R) of 0.5 (Step I), R = 1 (Step II) and R 2 = (Step III). The affluent average concentrations were 65 mg.NT.L-1, 580 mg.COD.L-1, 77 mg L-1 of total alkalinity and pH of 6.4. The samples were collected inlet and output of each compartment along the reactor height. In the Step I, the nitrification efficiencies were 76%, 70% and 41% respectively for 14 h, 8 h and 11 h, showing the effect of HRT. In all steps, the alkalinity has been regarded as the limiting factor of the process and its deficit was 10 to 30%. It was attributed to this factor the low efficiency of total nitrogen removal of about 45%. Throughout the experiment the removal efficiency of organic matter in terms of chemical oxygen demand (COD) was over 90% and made to fit the first order kinetic model for degradation of the substrate. In the third article, was evaluated the hydrodynamic behavior of this system, through stimulus response tests using eosin Y dye as tracer. It has been evaluated the hydraulic retention time of 8 h with three recirculation rates, of .0.5, 1 and 2 times. Under these conditions, the removal of organic matter was greater than 90% and nitrogen conversion was favored by applying lower loads of (0.18 Kg.N.m-3.d-1). It was found that the hydrodynamic evaluation showed the continuous-stirred reactors behavior with 2 to 2.5 reactors in series (N-CSTR). / O objetivo desse trabalho foi avaliar um reator combinado anaeróbio-aeróbio de leito fixo e fluxo ascendente com recirculação da fase líquida, para a remoção de nitrogênio e matéria orgânica proveniente de água residuária de abatedouro de aves. O reator foi confeccionado em um tubo de acrílico de diâmetro interno de 93 mm e comprimento de 1000 mm, com volume útil de 5,6 L, sendo 3,5 L correspondentes aos compartimentos anaeróbios e 2,1 L correspondentes ao compartimento aeróbio. O leito para a imobilização da biomassa foi formado por argila expandida e espuma de poliuretano. A apresentação desse trabalho foi dividida em três artigos. No primeiro artigo, avaliou-se o desempenho do reator em relação à remoção de nitrogênio (≈65 mg.N.L-1) e de matéria orgânica (≈600 mg.DQO.L-1) em função da taxa de recirculação (R=0,5; 1 e 2) e do tempo de detenção hidráulica (TDH) de 11 horas (6,8 horas na condição anaeróbia e 4,2 horas na condição aeróbia), ao longo do tempo. A melhor condição operacional foi obtida com taxa de recirculação de 2. Nessa condição, a eficiência de remoção de nitrogênio total foi de 65% com concentrações efluentes de 6 mg.NH4+.L-1 e 12 mg.NO3-.L-1. Para todas as condições testadas, a eficiência de remoção de matéria orgânica apresentou-se superior a 95%, com concentração efluente de aproximadamente 20 mg.DQO.L-1. Assim, o aumento da taxa de recirculação influenciou positivamente no desempenho do reator. No segundo artigo, avaliaram-se os tempos de detenção hidráulica (TDH) de 14 horas, 11 horas e 8 horas com taxa de recirculação (R) de 0,5 (Ensaio I), R=1 (Ensaio II) e R=2 (Ensaio III). As concentrações médias afluentes foram 65 mg.NT.L-1, 580 mg.DQO.L-1, 77 mg.L-1 de alcalinidade total e pH de 6,4. As amostras foram coletadas na entrada e saída de cada compartimento, ao longo da altura do reator. Na Etapa I, e as eficiências de nitrificação foram de 76%, 70% e 41%, respectivamente para 14 horas, 11 horas e 8 horas, evidenciando o efeito do TDH. Em todas as etapas, a alcalinidade foi considerada o fator limitante do processo e o seu déficit variou de 10% a 30%. Atribuiu-se a esse fator a baixa eficiência na eliminação de nitrogênio total de aproximadamente 45%. Durante todo o experimento, a eficiência de remoção de matéria orgânica em termos de demanda química de oxigênio (DQO) foi superior a 90% e apresentou ajuste ao modelo cinético de primeira ordem para a degradação do substrato. No terceiro artigo, avaliou-se o comportamento hidrodinâmico desse sistema, a partir de ensaios de estímulo resposta utilizando o traçador Eosina Y. Avaliou-se o tempo de detenção hidráulica de 8 horas com as três taxas de recirculação, de 0,5, 1 e 2 vezes. Nessas condições, a remoção de matéria orgânica foi superior a 90% e a conversão de nitrogênio foi beneficiada com a aplicação de cargas menores (0,18 Kg.N.m-3.d-1). Na avaliação hidrodinâmica verificou-se que o reator apresentou comportamento de reator de mistura completa com 2 a 2,5 reatores em série (N-CSTR).

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:25:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriana.pdf: 968040 bytes, checksum: 23975797e6990ff1ba29ebced647c90a (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / Agroindustrial effluents from meat processing are characterized by high levels of suspended solids, organic compounds and nutrients, mainly nitrogen on its different forms. It is crucial to remove nitrogen compounds from these effluents because of its eutrophying potential and risks to aquatic life as well as to human health. Thus, this trial aimed at evaluating the efficiency of a sequencing batch reactor (SBR), as a post-treatment, on biological removal of nitrogen in cattle slaughterhouse wastewater by nitrification/denitrification processes. The experimental unit consisted of a SBR made of polyethylene with 185 mm diameter x 205 mm height and a 4 L working volume. The effects of initial concentration of ammoniacal nitrogen were investigated at 100, 150 and 200 mg L-1 and air flow rate of 0.125, 0.375 and 0.625 L min-1 Lreactor -1 on nitrogen compounds removal. A central rotatable composite design (CRCD) was applied with four runs in -1 and +1 levels, four runs on levels of axial points (-1.414 and +1.414) and three replications at the central point (0). Nitrification performance was evaluated according to the efficiency of nitrogen ammoniacal removal, conversion of nitrite to nitrate and nitrite accumulation (%), denitrification performance based on the efficiency of nitrite/nitrate and organic matter (%) removal, as well as the efficiency of the whole process by the removal of total nitrogen (%). During the treatment system management, the observed parameters were: temperature, pH, alkalinity, dissolved oxygen, C/N ratio, free ammonia and nitrous acid. During nitrification process, there were changes among 11.5 and 100%, 9.2 and 94.9% and 4.0 and 19.6% in order to have an efficient removal of ammoniacal nitrogen, conversion of ammoniacal nitrogen to nitrate and nitrite concentration, respectively. Nitrite concentration of less than 20% may be a clue of a complete nitrification. Both studied factors, initial concentration of ammoniacal nitrogen and air flow rate, showed significant effects at 10% on the recorded variables response, although the interaction among factors showed no significance. The increased air flow and decrease concerning the initial concentration of ammoniacal nitrogen resulted in higher efficiencies of ammoniacal and total nitrogen removal, as well as the conversion of ammoniacal nitrogen to nitrate. During the preestablished intervals of this study, the highest efficiencies above 80% were achieved in air flow levels between 0.375 and 0.725 L min-1 Lreactor -1 and initial concentration of ammoniacal nitrogen between 80 and 200 mg L-1. On denitrification process, the answers ranged from 91.5 and 96.9 and 78.3% and 87.9% concerning the efficiencies to remove nitrite/nitrate and organic matter. The evaluation of kinetic behavior showed a possible reduction in cycle times of aerobic and anoxic phases, since removals of nitrogen compounds, superior to 90%, were achieved in only 12 and 1 h, respectively. Maximum concentrations, 13.8 and 6.8 x 10-9 mg L-1 of free ammonia and nitrous acid, did not inhibit ammoniacal nitrogen oxidation. The SBR system, used to remove nitrogen, proved to be feasible for the treatment of effluent from cattle slaughterhouse, as it has shown high levels of oxidation of nitrogen compounds that met the discharge standards, required by law / Efluentes agroindustriais oriundos do processamento de carnes são caracterizados por elevados teores de sólidos em suspensão, compostos orgânicos e nutrientes, principalmente nitrogênio em suas diferentes formas. A remoção dos compostos nitrogenados desses efluentes se torna indispensável em decorrência de seu potencial eutrofizante e dos riscos à vida aquática e à saúde humana. Dentro desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de um reator em batelada sequencial (RBS), como póstratamento, na remoção biológica de nitrogênio de efluente de abatedouro de bovinos por meio de processos de nitrificação/desnitrificação. A unidade experimental constituiu-se de um RBS confeccionado de polietileno com 185 mm de diâmetro x 205 mm de altura e volume útil de 4 L. Foram investigados os efeitos da concentração inicial de nitrogênio amoniacal de 100, 150 e 200 mg L-1 e as vazões de ar de 0,125, 0,375 e 0,625 Lmin-1 Lreator -1 na remoção de compostos nitrogenados. Foi utilizado delineamento composto central rotacional (DCCR), com quatro ensaios nos níveis -1 e +1, quatro ensaios nos níveis dos pontos axiais (-1,414 e +1,414) e três repetições no ponto central (0). Foi avaliado o desempenho da nitrificação através da eficiência de remoção do nitrogênio amoniacal, conversão de nitrito a nitrato e acúmulo de nitrito (%) e o desempenho da desnitrificação através da eficiência de remoção de nitrito/nitrato e matéria orgânica (%), além da eficiência do processo completo pela remoção de nitrogênio total (%). Durante a operação do sistema de tratamento, foram monitorados os parâmetros temperatura, pH, alcalinidade, oxigênio dissolvido, relação C/N, amônia livre e ácido nitroso. No processo de nitrificação, foram verificadas variações de 11,5 a 100%, 9,2 a 94,9% e 4,0 a 19,6% nas eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal, conversão de nitrogênio amoniacal a nitrato e acúmulo de nitrito, respectivamente. O acúmulo de nitrito inferior a 20% pode ser indicativo de nitrificação completa. Os fatores avaliados, concentração inicial de nitrogênio amoniacal e vazão de ar apresentaram efeitos significativos a 10% sobre as variáveis respostas obtidas, porém a interação entre os fatores não apresentou significância. O aumento da vazão de ar e a diminuição da concentração inicial de nitrogênio amoniacal resultaram em maiores eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal e total e conversão de nitrogênio amoniacal a nitrato. Nos intervalos pré-estabelecidos de estudo, as eficiências acima de 80% foram atingidas nos níveis de vazão de ar de 0,375 a 0,725 L min-1 Lreator -1, combinadas com concentração inicial de nitrogênio amoniacal de 80 a 200 mg L-1. No processo de desnitrificação, foram obtidas variações de 91,5 a 96,9% e 78,3 a 87,9% nas eficiências de remoção de nitrito/nitrato e matéria orgânica, respectivamente. A avaliação do comportamento cinético indicou possível redução nos tempos de ciclo das fases aeróbia e anóxica, uma vez que foram alcançadas remoções dos compostos nitrogenados, superiores a 90%, em apenas 12 e 1 h, respectivamente. Concentrações máximas, na ordem de 13,8 e 6,8 x 10-9 mg L-1 de amônia livre e ácido nitroso, não inibiram a oxidação do nitrogênio amoniacal. O sistema RBS, aplicado na remoção de nitrogênio, mostrou-se viável para o tratamento de efluente de abatedouro de bovinos, visto que apresentou níveis elevados de oxidação de compostos nitrogenados que atenderam aos padrões de lançamento, exigidos pela legislação ambiental vigente

O presente trabalho apresenta o Reator Aeróbio-Anóxico de Leito Fixo (RAALF), constituído de duas câmaras sobrepostas, como uma alternativa ao pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios com vistas à remoção de matéria orgânica carbonácea e nitrogênio. Como material suporte, foram utilizados cubos de espuma de poliuretano com aresta de 5 mm. Foram realizados ensaios de caracterização hidrodinâmica no RAALF para obtenção do padrão de escoamento. Também foi verificada a viabilidade da utilização de biogás como doador de elétrons para a desnitrificação. Avaliou-se a influência da variação do tempo de detenção hidráulica e da diferente composição e concentração biogás do nos processos. O RAALF foi operado a uma temperatura de 30±2°C. Os resultados obtidos a partir dos estudos hidrodinâmicos indicaram que o escoamento do reator tende a pistonado. A nova configuração de reator permitiu a ocorrência dos processos de interesse, seja remoção de matéria orgânica carbonácea (com eficiências de até 98%), seja remoção de nitrogênio via nitrificação-desnitrificação (com eficiências acima de 90%). A utilização de biogás na desnitrificação mostrou-se viável e a taxa de desnitrificação foi maior na sub-condição 2.2 (média de 178±43 g-N/\'M POT.3\'.dia), etapa na qual o doador sulfeto de hidrogênio foi fornecido em alta concentração (50 g\'M POT.3\'). Foi possível detectar intermediário (metanol) a partir da oxidação parcial do metano, ainda que de forma inconstante. Resultados de atividade desnitrificante e número mais provável evidenciaram a coexistência da desnítrificação autotrófica e heterotrófica na câmara anóxica. O reator mostrou capacidade adicional como um sistema de tratamento de gases, atingindo eficiência de remoção de 100% para o \'H IND.2\'S\' e acima de 60% para o \'CH IND.4\'. De maneira geral, os resultados demonstram o potencial do RAALF como alternativa para pós-tratamento de esgoto sanitário de efluentes de reatores anaeróbios. / This work presents the Aerobic-Anoxic Fix Bed Reactor (AAFBR), with superimposed chambers, as an alternative concerning the post-treatment of anaerobic reactors efiluents aiming the removal of carbonaceous organic matter and nitrogen. Polyurethane foam cubic matrices (5 mm) were used packing material. Hydrodynamic essays were carried out in order to obtain the flow pattern and to verify the influence of air bubbles on the behavior of liquid flow. The hydrogen sulfide and methane (synthetic biogas) were evaluated as electron donors to denitrification. The influence ofboth hydraulic retention time (down-flow velocity) and the concentration of gases from the synthetic mixture were evaluated. The main performance parameters were evaluated by the hand of physico-chemical analysis, besides the observation of the microorganisms involved in the processes. AAFBR was operated under a temperature of 30±2°C. The innovative reactor configuration enabled the occurrence of the processes aimed, such as carbonaceous organic matter removal (efficiencies higher than 90%), or nitrogen via nitrification-denitrification (efficiencies higher than 90%). Denitrification rates (178±43 g-N/\'M POT.3\'.dia) were higher during the condition 2.2, in which high concentrations of hydrogen sulfide (50 g\'M POT.3\') were applied into the reactor. Methanol was the only intermediate detected from the partial oxidation of methane. Results obtained from the denitrifying activity and most probable number indicated the coexistence of both autotrophic and heterotrophic denitrification in the anoxic chamber. AAFBR showed additional ability as gas removal system, achieving global removal efficiencies of 100% for \'H IND.2\'S\' and above 60% for \'CH IND.4\'. Overall, the results showed that AAFBR has potential to be used as an alternative for the tertiary treatment of wastewater.

Esta tese apresenta e discute os dados obtidos a partir de trabalho experimental projetado para avaliar comparativamente o desempenho de reatores desnitrificantes em batelada, tendo etanol, metanol e gás metano como doadores de elétrons. Os experimentos foram realizados em reatores em escala de bancada. Os ensaios com gás metano objetivaram verificar a efetividade deste sub-produto de reatores anaeróbios em substituir os doadores exógenos de elétrons comumente utilizados, tais como metanol e etanol. Para alcançar o objetivo principal deste trabalho, os parâmetros cinéticos de desnitrificação, para os doadores de elétrons ensaiados, foram determinados nas diferentes condições operacionais. Além disso, as alterações ocorridas na população microbiana, ao longo do período experimental, foram avaliadas em relação à diversidade microbiana, por meio de análises microscópicas (óptica, de fluorescência e eletrônica de varredura) e da técnica de Biologia Molecular de PCR/DGGE. A completa desnitrificação foi alcançada para todos os compostos testados, e o etanol foi o doador de elétrons mais eficiente para a desnitrificação. A melhor razão carbono-nitrogênio para a desnitrificação foi igual a 1,0. Contudo, este parâmetro foi encontrado ser inadequado para utilização no processo de desnitrificação, uma vez que não expressa a capacidade real do composto usado em doar elétrons. A desnitrificação com metano ocorreu tanto na presença como na ausência de oxigênio, embora a baixas velocidades quando comparado com os outros compostos. No entanto, a configuração do reator utilizado neste estudo não foi adequada para promover a efetiva dissolução do gás metano na fase líquida. Por essa razão, sugere-se o desenvolvimento de configurações de reatores apropriadas para minimizar as resistências à transferência de massa da fase gasosa para a líquida e também desta para a biomassa. / This thesis presents and discusses the data obtained from an experimental work designed to evaluate the comparative performance of denitrifying batch reactors utilizing ethanol, methanol and methane gas as electron donors. The experiments were carried out at using bench-scale reactors. The experiments using methane gas were meant to verify the effectiveness of such a by-product of anaerobic reactors instead of exogenous electron donors commonly used, such as methanol and ethanol. To achieve this main objective, the kinetic parameters of denitrification for the distinct electron donors assayed were determined in different operating conditions. Besides, the microbial population changes inside the reactors along the experimental time were evaluated in respect to the microbial diversity, by means of microscopy analysis (optical, fluorescent and electronic scanning) and the Molecular Biology technique, PCR/DGGE. Complete denitrification was achieved with all the compounds tested, and ethanol was the most effective electron donor for denitrification. The best carbon to nitrogen ratio for denitrification was 1.0. However, this parameter was found to be inadequate for using in denitrification process, since it does not express the real capacity of the compound used to donate electrons. Denitrification with methane occurred in the presence and also in the absence of oxygen, although at lower velocities compared to those with the other compounds. However, the reactor configuration utilized in this study was not adequate to promote the effective methane gas dissolution in the liquid phase. Therefore, it is suggested the development of appropriate reactor configurations to minimize mass transfer resistances from the gas to the liquid phase and also from that to the biomass.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriana.pdf: 968040 bytes, checksum: 23975797e6990ff1ba29ebced647c90a (MD5) Previous issue date: 2012-02-16 / Agroindustrial effluents from meat processing are characterized by high levels of suspended solids, organic compounds and nutrients, mainly nitrogen on its different forms. It is crucial to remove nitrogen compounds from these effluents because of its eutrophying potential and risks to aquatic life as well as to human health. Thus, this trial aimed at evaluating the efficiency of a sequencing batch reactor (SBR), as a post-treatment, on biological removal of nitrogen in cattle slaughterhouse wastewater by nitrification/denitrification processes. The experimental unit consisted of a SBR made of polyethylene with 185 mm diameter x 205 mm height and a 4 L working volume. The effects of initial concentration of ammoniacal nitrogen were investigated at 100, 150 and 200 mg L-1 and air flow rate of 0.125, 0.375 and 0.625 L min-1 Lreactor -1 on nitrogen compounds removal. A central rotatable composite design (CRCD) was applied with four runs in -1 and +1 levels, four runs on levels of axial points (-1.414 and +1.414) and three replications at the central point (0). Nitrification performance was evaluated according to the efficiency of nitrogen ammoniacal removal, conversion of nitrite to nitrate and nitrite accumulation (%), denitrification performance based on the efficiency of nitrite/nitrate and organic matter (%) removal, as well as the efficiency of the whole process by the removal of total nitrogen (%). During the treatment system management, the observed parameters were: temperature, pH, alkalinity, dissolved oxygen, C/N ratio, free ammonia and nitrous acid. During nitrification process, there were changes among 11.5 and 100%, 9.2 and 94.9% and 4.0 and 19.6% in order to have an efficient removal of ammoniacal nitrogen, conversion of ammoniacal nitrogen to nitrate and nitrite concentration, respectively. Nitrite concentration of less than 20% may be a clue of a complete nitrification. Both studied factors, initial concentration of ammoniacal nitrogen and air flow rate, showed significant effects at 10% on the recorded variables response, although the interaction among factors showed no significance. The increased air flow and decrease concerning the initial concentration of ammoniacal nitrogen resulted in higher efficiencies of ammoniacal and total nitrogen removal, as well as the conversion of ammoniacal nitrogen to nitrate. During the preestablished intervals of this study, the highest efficiencies above 80% were achieved in air flow levels between 0.375 and 0.725 L min-1 Lreactor -1 and initial concentration of ammoniacal nitrogen between 80 and 200 mg L-1. On denitrification process, the answers ranged from 91.5 and 96.9 and 78.3% and 87.9% concerning the efficiencies to remove nitrite/nitrate and organic matter. The evaluation of kinetic behavior showed a possible reduction in cycle times of aerobic and anoxic phases, since removals of nitrogen compounds, superior to 90%, were achieved in only 12 and 1 h, respectively. Maximum concentrations, 13.8 and 6.8 x 10-9 mg L-1 of free ammonia and nitrous acid, did not inhibit ammoniacal nitrogen oxidation. The SBR system, used to remove nitrogen, proved to be feasible for the treatment of effluent from cattle slaughterhouse, as it has shown high levels of oxidation of nitrogen compounds that met the discharge standards, required by law / Efluentes agroindustriais oriundos do processamento de carnes são caracterizados por elevados teores de sólidos em suspensão, compostos orgânicos e nutrientes, principalmente nitrogênio em suas diferentes formas. A remoção dos compostos nitrogenados desses efluentes se torna indispensável em decorrência de seu potencial eutrofizante e dos riscos à vida aquática e à saúde humana. Dentro desse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de um reator em batelada sequencial (RBS), como póstratamento, na remoção biológica de nitrogênio de efluente de abatedouro de bovinos por meio de processos de nitrificação/desnitrificação. A unidade experimental constituiu-se de um RBS confeccionado de polietileno com 185 mm de diâmetro x 205 mm de altura e volume útil de 4 L. Foram investigados os efeitos da concentração inicial de nitrogênio amoniacal de 100, 150 e 200 mg L-1 e as vazões de ar de 0,125, 0,375 e 0,625 Lmin-1 Lreator -1 na remoção de compostos nitrogenados. Foi utilizado delineamento composto central rotacional (DCCR), com quatro ensaios nos níveis -1 e +1, quatro ensaios nos níveis dos pontos axiais (-1,414 e +1,414) e três repetições no ponto central (0). Foi avaliado o desempenho da nitrificação através da eficiência de remoção do nitrogênio amoniacal, conversão de nitrito a nitrato e acúmulo de nitrito (%) e o desempenho da desnitrificação através da eficiência de remoção de nitrito/nitrato e matéria orgânica (%), além da eficiência do processo completo pela remoção de nitrogênio total (%). Durante a operação do sistema de tratamento, foram monitorados os parâmetros temperatura, pH, alcalinidade, oxigênio dissolvido, relação C/N, amônia livre e ácido nitroso. No processo de nitrificação, foram verificadas variações de 11,5 a 100%, 9,2 a 94,9% e 4,0 a 19,6% nas eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal, conversão de nitrogênio amoniacal a nitrato e acúmulo de nitrito, respectivamente. O acúmulo de nitrito inferior a 20% pode ser indicativo de nitrificação completa. Os fatores avaliados, concentração inicial de nitrogênio amoniacal e vazão de ar apresentaram efeitos significativos a 10% sobre as variáveis respostas obtidas, porém a interação entre os fatores não apresentou significância. O aumento da vazão de ar e a diminuição da concentração inicial de nitrogênio amoniacal resultaram em maiores eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal e total e conversão de nitrogênio amoniacal a nitrato. Nos intervalos pré-estabelecidos de estudo, as eficiências acima de 80% foram atingidas nos níveis de vazão de ar de 0,375 a 0,725 L min-1 Lreator -1, combinadas com concentração inicial de nitrogênio amoniacal de 80 a 200 mg L-1. No processo de desnitrificação, foram obtidas variações de 91,5 a 96,9% e 78,3 a 87,9% nas eficiências de remoção de nitrito/nitrato e matéria orgânica, respectivamente. A avaliação do comportamento cinético indicou possível redução nos tempos de ciclo das fases aeróbia e anóxica, uma vez que foram alcançadas remoções dos compostos nitrogenados, superiores a 90%, em apenas 12 e 1 h, respectivamente. Concentrações máximas, na ordem de 13,8 e 6,8 x 10-9 mg L-1 de amônia livre e ácido nitroso, não inibiram a oxidação do nitrogênio amoniacal. O sistema RBS, aplicado na remoção de nitrogênio, mostrou-se viável para o tratamento de efluente de abatedouro de bovinos, visto que apresentou níveis elevados de oxidação de compostos nitrogenados que atenderam aos padrões de lançamento, exigidos pela legislação ambiental vigente

Embora o nitrogênio seja um nutriente limitado, em excesso, ele pode causar a degradação de sistemas aquáticos. Apesar de, no âmbito nacional, o Brasil não apresentar problemas de escassez hídrica, regiões altamente populosas já tem enfrentado problemas de déficit hídrico, inclusive em função da poluição difusa de nitrogênio. Zonas ripárias têm sido apontadas como um dos atributos da bacia hidrográfica que pode ajudar na melhoria e manutenção da qualidade hídrica devido a sua capacidade de retirar nitrogênio do sistema terrestre oriundo de fontes difusas. Essa característica lhe é conferida por serem ambientes favoráveis ao processo de desnitrificação. A desnitrificação é um dos processos, se não o primeiro, responsável por converter o nitrato para formas gasosas N2O e N2. Considerando que os estudos sobre a função desempenhada por vegetações ripárias como sumidouro de nitrogênio se concentraram em países de clima temperado e que paisagens alteradas são o uso da terra majoritário no Estado de São Paulo, onde o problema de déficit hídrico já é uma realidade. Entender o papel que zonas ripárias desempenham sobre a dinâmica do nitrogênio torna-se fundamental para o desenvolvimento de estratégias de manejo do uso da terra voltadas para a manutenção da qualidade de sistemas aquáticos em regiões tropicais. O objetivo do trabalho é investigar se existe mudança dos processos que regulam a dinâmica do nitrogênio no solo em paisagens alteradas, enfatizando o papel desempenhado por vegetações ripárias como sumidouros de nitrogênio. A bacia hidrográfica do ribeirão Caxambu, com elevada influência antrópica, foi selecionada. Dentro dela dois rios foram escolhidos: (i) ribeirão Cachoeira drenando uma vertente com uso pastoril, na qual o pasto se estende até a zona ripária e (ii) ribeirão Caxambu drenando uma vertente agrícola com presença de floresta ripária. Extratores de solução do solo foram instalados ao longo de ambas vertentes para a quantificação do nitrogênio inorgânico dissolvido (NID) transportado ao longo de um ano. Amostras de solo foram coletadas nas porções: ripária e encosta de ambas vertentes para a quantificação das taxas líquidas de mineralização e nitrificação e também da desnitrificação potencial em cinco meses ao longo de um ano. Variáveis físico-químicas, incluindo NID, foram monitoradas em ambos os ribeirões. Os resultados indicam que as florestas ripárias estão processando o nitrogênio mais ativamente do que pastos ripários. As taxas líquidas de mineralização e nitrificação foram significativamente superiores no solo de florestas ripárias em relação ao solo de pasto ripário. No entanto, não houve diferença estatística significativa entre solo de floresta ripária e pasto ripário com relação à desnitrificação potencial. Não houve mudança das concentrações de NID na solução do solo ao longo da vertente pastoril, sendo estas relativamente baixas. Contrariamente, na vertente agrícola, submetida à fertilização, houve redução da concentração de NID na solução do solo quando se passou da encosta agrícola para a floresta ripária. Essa redução pode ser atribuída também ao processo de desnitrificação. Porém, outros processos além da desnitrificação devem estar atuando como moduladores da dinâmica do nitrogênio no solo de florestas ripárias. Tendo em vista que houve redução da ciclagem de nitrogênio na pastagem em relação à floresta, a inferência sobre o papel que o pasto ripário poderia desempenhar caso haja um elevado aporte de nitrogênio para essa zona ripária foi limitada. Concluí-se que as florestas ripárias podem atuar como sumidouro de nitrogênio em ambientes tropicais alterados. Portanto, podem ser uma ferramenta para o manejo sustentável de recursos hídricos na propriedade rural / Although nitrogen is a limiting nutrient, in excess, it can lead to the degradation of aquatic systems. Despite the fact that at national level Brazil does not have problems of water scarcity; regions highly populated are already facing deficit of water, caused among other things by nitrogen diffuse pollution. Riparian zones have been indicated as an attribute of the watershed that can maintain quality of water because their capacity in preventing diffuse pollution. Denitrification is one, if not the primary process responsible for this function, converting nitrate to gaseous N2O or N2. Considering that studies about the role of riparian vegetations in removing nitrogen loads are concentrated in temperate countries, and that altered landscapes is the main land cover of the State of Sao Paulo, where water scarcity is already a problem; understanding about the role of riparian zones on nitrogen dynamics is fundamental to orient land management practices aiming at preservation of aquatic systems in tropical regions. The objective of this study is to investigate whether processes that regulate the nitrogen dynamic in the soil change among altered landscapes, emphasizing the role of riparian vegetations as nitrogen sinks. The study area is the Caxambu watershed which is under intense anthropogenic influence. Two streams were selected: (i) Cachoeira stream draining a pasture slope with a riparian zone under pasture use and (ii) Caxambu stream draining an agricultural slope with riparian forests. Soil solution extractors were installed in each slope to quantify the concentration of dissolved inorganic nitrogen (DIN) at 50 cm deep during one year. Soil samples were collected at four sites: riparian zone with pasture, upland with pasture, riparian zone with forest, and upland with agriculture in order to quantify net mineralization, net nitrification, and denitrification potential during five months, in a period of one year. Physical-chemical variables, including DIN, in each stream were monitored during one year. The results show that nitrogen cycling in riparian forests soils is more intense than riparian pastures. Net mineralization and net nitrification are higher at riparian forests in relation to riparian pastures and other sampled sites. However there is no significant difference between riparian forests and riparian pastures in relation to denitrification potential. There is no significant difference between DIN concentration in the soil solution at pasture slope, and these concentrations are relatively low. On the contrary, at the agricultural slope under fertilization DIN concentrations are reduced significantly as soil solution moves through the riparian forests. This reduction could be the result of higher denitrification that occurs at riparian forest soils. However, besides denitrification other processes may be playing important role as modulators of nitrogen dynamic in the soils of riparian forests. Because the results show that nitrogen cycling is lower in the pasture compared to forest, inferring about the role that riparian pastures could play as nitrogen sinks was limited. In conclusion there is an indication that riparian forests can play an important role as nitrogen sink at altered landscapes in tropical region. Therefore restoring riparian zones could be an interesting tool to further deterioration of aquatic systems

Esta tese apresenta os resultados obtidos com a utilização de efluente produzido em digestor hidrolítico de lodo primário, para a remoção de nutrientes em reator em bateladas seqüenciais (RBS) tratando efluente de reator UASB. Assim, foram realizados dois estudos. O primeiro consistiu na verificação da melhor condição operacional para que se alcançasse a maior produção de ácidos graxos voláteis (AGV) em digestor hidrolítico de lodo (DHL), enquanto que, o segundo estudo, consistiu na avaliação do desempenho do RBS na remoção de nitrogênio e fósforo diante da aplicação dos AGV presentes no sobrenadante de lodo hidrolisado, do DHL. Os resultados do primeiro estudo permitiram a verificação de que a produção de AGV no DHL foi proporcional à taxa de aplicação. Foi verificado, também, que a maior produção destes ácidos se deu com a aplicação de tempos de detenção de lodo da ordem de 2 dias. Os resultados do segundo estudo permitiram a verificação de que a relação C/N igual, ou próxima a 3, se mostrou como a mais viável para o processo de desnitrificação, onde, neste caso foram observadas desnitrificações superiores a 70%. Nesta mesma condição, foram observadas remoções de fósforo da ordem de 25%. Entretanto, a utilização do sobrenadante de lodo hidrolisado, e os AGVs nele contido como fonte de carbono, ficou comprometida devido a alta concentração de nitrogênio (predominantemente sob a forma amoniacal) nele presente. O nitrogênio introduzido no RBS, pela adição de sobrenadante de lodo hidrolisado, se manteve inalterado fazendo com que o RBS acabasse por apresentar altas concentrações deste nutriente ao final do ciclo. Portanto, a aplicação deste tipo de fonte de carbono em escala plena para remoção de nutrientes, acabou ficando inviável da forma como se propôs, nesta pesquisa, que fosse realizada. / This thesis presents the results obtained with the use of effluent produced in primary sludge hydrolytic digester for nutrient removal in sequential batch reactor (SBR) treating effluents from an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. Two bench scale studies were developed. The first one consisted in verifying the best operational condition to produce volatile fatty acids (VFA) in the primary sludge hydrolytic reactor; the second one aimed to evaluate the sequential batch reactor (SBR) performances in the removal of nitrogen and phosphorus. In this operational condition, VFA from the liquid phase of the hydrolytic reactor was applied as external carbon source. The results from the first study permitted to verify that the VFA production in the HSR was proportional to the application rate (AR). The best VFA production was obtained for sludge retention time (SRT) of two days. In the second study, the best C/N ratio for the denitrification process was found to be close to 3, with denitrification efficiency higher than 70%. In this condition, phosphorus removal efficiency was approximately 25%. However, nitrogen removal was deeply affected by the high concentration of ammonium nitrogen in the liquid phase of the hydrolyzed sludge that remains unaltered in the SBR. Consequently, the use of such endogenous carbon source for denitrification needs further development in order to be applied in full-scale treatment systems.

Constata-se, principalmente em países em desenvolvimento, o uso crescente de reatores anaeróbios de manta de lodo (UASB) como primeira unidade de tratamento biológico de esgotos sanitários. Embora eficientes na remoção de fração considerável de matéria orgânica, os reatores anaeróbios produzem efluentes que requerem pós-tratamento, principalmente para a remoção de compostos nitrogenados reduzidos. No presente estudo, foi avaliado o desempenho de uma nova configuração de filtro biológico percolador (FB), constituído por dois compartimentos superpostos, um para a nitrificação e outro para a desnitrificação. Utilizou-se um novo material plástico como leito suporte para crescimento da biomassa e avaliou-se a viabilidade da utilização do biogás produzido no reator UASB como doador de elétrons para desnitrificação. Embora a nova configuração de FB tenha permitido a ocorrência dos processos de nitrificação e desnitrificação, são necessárias mudanças no projeto da interface entre os compartimentos para evitar o acúmulo de biomassa nesse local. O material suporte caracterizou-se pela durabilidade e elevado índice de vazios, além de ter oferecido condições favoráveis para a aderência e colonização de biomassa. A utilização de biogás para a desnitrificação mostrou-se viável e eficiente. Como foi constatada a presença de oxigenio dissolvido no compartimento desnitrificante, o metano foi o principal constituinte do biogás utilizado como doador de elétrons. Para a taxa de carregamento hidráulica média aplicada de 5,6 \'M POT.3\'/\'M POT.2\'.d e taxa de carregamento orgânica média aplicada de 0,26 kgDQO/\'M POT.3\'.d, a nitrificação ocorreu de forma eficiente, obtendo-se entre 60 e 74% de conversão de N-amon, sendo que o efluente final apresentou, em média, concentração abaixo de 10 mg/L. A desnitrificação ocorreu de forma bastante satisfatória mesmo na presença de OD. Obtiveram-se concentrações de nitrato menores que 10 mg/L. Contudo, acredita-se ser possível a obtenção de maiores eficiencias de remoção desde que as condições anóxicas no compartimento desnitrificante sejas mantidas. / UASB reactors have been increased used as first unit of biological domestic sewage treatment mainly in developing countries. Although efficient in the removal of considerable fraction of organic matter, effluents from anaerobic reactors, however, require being post-treated, especially for the removal of reduced nitrogen compounds. In the present study, the performance of a new configuration of trickling filter (TF) composed of a nitrification compartment at its upper part followed by a denitrification compartment was evaluated. A new plastic material was used as support media for biomass attached-growth and the biogas produced by the UASB reactor was used as electron donor for denitrification. Although the new TF configuration has allowed obtaining the nitrification and denitrification, the design in the interface among the compartments should be changed to avoid biomass accumulation. The support media was characterized by the durability and high percentage of void spaces, resides offering favorable conditions for the biomass attachment and colonization. The use of the biogas for denitrification was found to be viable and efficient. The presence of disolved oxygen (DO) was verified in the denitrification compartment, leading to the hypothesis that methane might have been the main component of the biogas used as electrons donor. Regarding the performance of TF for nitrogen removal, efficient nitrification was achieved for the applied hydraulic load around 5.6 \'M POT.3\'/\'M POT.2\'.d and applied organic load around 0.26 kgDQO/\'M POT.3\'.d. Under such conditions, about 74% of N-ammonia was removed and the final effluent presented average concentrations of N-ammonia below 10 mg/L. Despite the presence of OD, the denitrification was performed in a satisfactory way. Nitrate concentrations smaller than 10 mg/L were obtained. In addition, it is believed that maintaining anoxic conditions in the lower compartment would make it possible to obtain higher denitrification efficiencies.

I studied nine streams near Grand Teton National Park, Wyoming, covering a land use gradient (urban, agricultural, and forested) to assess influences of land use on denitrification rates and hyporheic exchange. I hypothesized denitrification in the hyporheic zone is governed by availability of chemical substrates and hydrologic transport. I tested this hypothesis by coupling measurements of denitrification potentials in hyporheic sediments with a 2-storage zone solute transport model. Denitrification potentials were lowest on average in hyporheic sediments from forested streams and highest from agricultural streams. Modeling results suggest, on average, agricultural sites are transport-limited by having the slowest exchange rate with hyporheic zone and longest transport before entering storage. Land use influences the capacity for hyporheic denitrification in two ways 1) agricultural and urban practices supply substrates that build the microbial potential for denitrification and 2) agricultural and urban activities alter channel form and substrates, limiting hyporheic exchange.