Unlike thin tissues (e.g., skin) which has been successfully grown, growing thick tissues (e.g., bone and muscle) still exhibit certain limitations due to lack of nutrients (e.g., glucose and oxygen) feeding on cells in extracapillary space (ECS) region, or also known as scaffold in an in vitro static culture. The transport of glucose and oxygen into the cells is depended solely on diffusion process which results in a condition where the cells are deprived of adequate glucose and oxygen supply. This condition is termed as hypoxia and leads to premature cell death. Hollow fibre membrane bioreactors (HFMBs) which operate under perfusive cell culture conditions, have been attempted to reduce the diffusion limitation problem. However, direct sampling of glucose and oxygen is almost impossible; hence noninvasive methods (e.g., mathematical models) have been developed in the past. These models have defined that the glucose diffusivity in cell culture medium (CCM) is similar to the diffusivity in water; thus, they do not represent precisely the nutrient transport processes occurring inside the HFMB. In this research, we define glucose as our nutrient specie due to its limited published information with regard to its diffusivity values, especially one that corresponds to cell/tissue engineering (TE) experiments. A series of well-defined diffusion experiments are carried out with TE materials of varying pore size and shapes imbibed in water and CCM, namely, cellulose nitrate (CN) membrane, polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane, poly(L-lactide) (PLLA) scaffold, poly(caprolactone) (PCL) scaffold and collagen scaffold. A diffusion cell is constructed to study the diffusion of glucose across these materials. The glucose diffusion across cell-free membranes and scaffolds is investigated first where pore size distribution, porosity and tortuosity are determined and correlated to the effective diffusivity. As expected, the effective diffusivity increases correspondingly with the pore size of the materials. We also observe that the effective glucose diffusivity through the pores of these materials in CCM is smaller than in water. Next, we seeded human osteoblast cells (HOSTE85) on the scaffolds for a culture period of up to 3 weeks. Similar to the first series of the diffusion experiments, we have attempted to determine the effective glucose diffusivity through the pores of the scaffolds where cells have grown at 37°C. The results show that cell growth changes the morphological structure of the scaffolds, reducing the effective pore space which leads to reduced effective diffusivity. In addition, the self-diffusion of glucose in CCM and water has also been determined using a diaphragm cell method (DCM). The results have shown that the glucose diffusivity in CCM has significantly reduced in comparison to the water diffusivity which is due to the larger dynamic viscosity of CCM. The presence of other components and difference in fluid properties of CCM may also contribute to the decrease. We finally employ our experimentally deduced effective diffusivity and self-diffusivity values into a mathematical model based on the Krogh cylinder assumption. The glucose concentration is predicted to be the lowest near the bioreactor outlet, or in the scaffold region, hence this region becomes a location of interest. The governing transport equations are non-dimensionalised and solved numerically. The results shown offer an insight into pointing out the important parameters that should be considered when one wishes to develop and optimise the HFMB design.

Si le procédé de traitement des eaux usées urbaines par bioréacteur à membranes est en plein essor depuis quelques années, il ne reste pas moins plusieurs verrous technologiques qui ralentissent l'expansion de sa commercialisation. Ce travail de thèse s'attache à apporter des éléments de réponse sur quelques uns des freins à sa progression. Le premier réside dans la détermination d'un âge de boues adapté permettant une épuration maximale de l'azote et de la matière organique, par une biomasse active où le colmatage est limité et la production de boues faible. Le choix s'est porté sur 50 jours qui rempli l'ensemble de ces critères. Une autre barrière se situe dans le manque de données permettant l'extrapolation des informations obtenues en laboratoire à celles engrangées sur site. Une des étapes clés est de déterminer les conséquences du changement d'effluent (synthétique ou réel) sur les performances et le colmatage du procédé. L'utilisation d'une méthode de fluorescence récente a permis la détermination de l'implication des protéines et substances humiques-like extraits des polymères extracellulaires solubles dans le colmatage. / For several years, membrane bioreactor for urban wastewater treatment has been booming. Nevertheless some issues still slow down its expansion. This work tries to answer some of the brakes to its progression. First one concerns the choice of the suitable sludge adge which guarantee maximal removal rates of ammonium and organic matter, by an active biomasse where fouling is limited and slude production low. 50 days is fulling all the criteria. An other concern is about the lack of data allowing extrapolation from laboratory to wastewater treatment plant. One key step is to detremine the impact of influent nature (synthetic or real) on process results and fouling. Use of recent fluorescence method allows determining the implication of proteins and humic substances-like from soluble extra polymeric substances on fouling.

Si les risques liés à la présence de résidus médicamenteux dans l'environnement sont encore méconnus, les premiers cas avérés et l'introduction récente de trois médicaments (2013) sur une liste de surveillance de l'UE imposent d'ores et déjà le développement de procédés de traitement capables d'éliminer cette pollution spécifique. C'est dans ce contexte que le traitement des effluents d'un service d'oncologie par un bioréacteur à membranes a été évalué dans cette thèse. Les effluents collectés sont caractérisés par une importante variabilité de la charge polluante et des concentrations médicamenteuses très élevées, parfois supérieures à 1 mg.L-1. Ces conditions n'ont pas favorisé le développement continu de la biomasse épuratrice. Il a toutefois été démontré que la toxicité de ces effluents n'est pas proportionnelle à la charge appliquée puisqu'une charge massique supérieure à 0.20 kgDCO.kgMVS-1.j-1 permet la croissance de la biomasse. Le colmatage des membranes a permis une rétention significative des médicaments sélectionnés. L'élimination des médicaments sélectionnés a par ailleurs été systématiquement améliorée par les boues acclimatées avec notamment le développement de capacités de biotransformation sur des molécules parfois uniquement éliminées par sorption dans les stations d'épuration. / The risks concerning the presence of pharmaceutical residues into the environment are still unknown. However, the first confirmed cases and the recent introduction of three drugs (2013) on a surveillance list of EU already require the development of processes able to remove this specific pollution. It is against that background that oncological ward wastewater treatment by a membrane bioreactor was investigated in this thesis. These effluents are characterized by a very variable charge and high pharmaceutical concentrations, sometimes above 1 mg.L-1. These conditions did not favor the continuous development of the biomass. However, it could be demonstrated that the toxicity of these effluents is not related to the applied charge since a food to microorganisms ratio above 0.20 kgCOD.kgMLVSS-1.d-1 allows biomass growth. Membrane fouling played a major role in the significant retention of the investigated drugs. In comparison to unacclimated activated sludge from WWTP pharmaceutical removal was systematically enhanced by the acclimated biomass with the development of biotransformation possibilities.

The second-generation bioethanol production in which lignocellulosic material is used as feedstock faces some difficulties. Lignocellulosic materials have to be pretreated prior to fermentation. In the pretreatment stages several inhibitory compounds, which can negatively affect the metabolic and physiologic activity of the microorganism used, Saccharomyces cerevisiae, are released. Moreover, wild strains of Saccharomyces cerevisiae cannot co-utilize the hexose and pentose saccharides present in the lignocellulosic substrate. In this study, reverse membrane bioreactor (rMBR) was applied to address the difficulties faced in the secondgeneration ethanol production. Semi-synthetic medium and pretreated wheat straw slurry containing different level of glucose, xylose and inhibitor concentrations were fermented in rMBR using genetically-modified xylose-consuming S. cerevisiae. The diffusion rate of different substrates and metabolites during fermentation were measured and analyzed. The results showed that the application of rMBR facilitated simultaneous utilization of hexose and pentose sugars and enhanced the cell tolerance of the inhibitor present in the medium.

Les industries de production de boissons génèrent quotidiennement des volumes importants d’eaux usées. Du fait des résidus de production et des produits de lavage et de désinfection, ces rejets industriels, en plus d’être chargés en matière organique, contiennent des polluants minéraux comme le sodium. L’osmose inverse (OI), l’électrodyalyse (ED) et la nanofiltration (NF) sont des procédés performants pour l’élimination des polluants minéraux dissouts et le bioréacteur réacteur à membrane (BàM) pour la dégradation de la pollution organique. 4 pilotes de BàM, 2 de NF et 1 d’ED ont été utilisées pour étudier le traitement d’effluents d’industrie de production de bières et de boissons gazeuses par des technologies membranaires dans le contexte climatique sahélien. L’évolution de la biomasse dans le réacteur biologique et les performances épuratoires des systèmes ont été suivies. L’influence des conditions opératoires sur le fonctionnement des installations a également été évaluée. Les résultats obtenus montrent que les caractéristiques des eaux usées industrielles étudiées connaissent des variations importantes avec des teneurs moyennes de demande chimique en oxygène (DCO) de 5 gO2/L, de sodium de 0,5 mg/L et de pH de 11. L’évolution des microorganismes dans le réacteur biologique est influencée par les conditions opératoires notamment le pH, la température, la charge organique de l’alimentation, le temps de séjour des boues et les performances mécaniques du système. L’élimination de la pollution organique a été influencée par l’acclimatation de la biomasse et par la charge massique dans le réacteur. Des rendements d’élimination de la DCO compris entre 93 et 96 % ont été obtenus aussi bien en conditions aérobie qu’anaérobie. Le sodium a été très peu retenu par le traitement au BàM avec des rendements d’élimination faibles. Le rendement moyen de production de biogaz avec le BàM anaérobie est estimé à 0,21±0,03 L biogaz/gDCO éliminé pour un débit moyen de 89±40 L/j. L’application de la NF au perméat du BàM a conduit à des effluents de meilleure qualité avec une élimination aussi bien de la matière organique dissoute que des ions. L’ED a conduit à une meilleure élimination de la salinité à la suite du BàM mais moins de la matière organique dissoute. Les concentrations de sodium dans les produits finaux de traitement avec la NF et l’ED sont inférieures à 150 mg/L autorisant ainsi une possible réutilisation des eaux traitées pour l’irrigation et un déversement sans risque dans l’environnement. Tenant compte des différentes activités, le cout d’exploitation de la station de prétraitement actuelle de la Brakina est évaluée à 140 FCFA/m3 d’eau traitée (0,213 euros) dont environ 70% consacré à la neutralisation des eaux usées par l’addition d’acide concentré. L’amélioration du traitement avec un couplage BàM-NF fait ressortir un investissement estimé à 3,8 milliards de FCFA (5,7 millions d’euros). Les charges d’exploitation sont pour leur part évaluées à 322 FCFA/m3 d’eau traitée (0,49 euros/m3 d’eau traitée) pour un BàM aéré contre 227 FCFA/m3 d’eau traitée (0,34 euro/m3 d’eau traitée) pour un BàM anaérobie soit une baisse de 30%. La construction d’un tel système pourrait occasionner la pérennisation de la maraîcheculture en aval de la station de traitement de Kossodo et générer des centaines d’emplois permanents avec des revenus nets supérieurs à 12 millions FCFA/mois (18 675 euros). Aussi, cela pourrait constituer une vitrine pour la politique sociale et environnementale de la Brakina. Toutefois, les investissements importants, la disponibilité spatiale et l’absence de compétence technique pour la maintenance curative du système pourraient être les principales contraintes à la mise en œuvre de ce projet.Mots clés : bioréacteur à membrane, eaux usées industrielles, électrodyalyse, industrie de production de boissons, nanofiltration / The beverage industries generate large volumes of wastewater daily. Due to production residues and washing and disinfecting products, these industrial discharges, in addition to being loaded with organic matter, contain mineral pollutants such as sodium. Reverse osmosis (RO), electrodialysis (ED) and nanofiltration (NF) are efficient processes for the removal of dissolved inorganic pollutants and the membrane bioreactor (MBR) for the degradation of organic pollution. 4 MBR pilots, 2 from NF and 1 from ED were used to study the treatment of effluents from the beer and soft drinks industry using membrane technologies in the Sahelian climate context. The biomass evolution in the biological reactor and the treatment efficiency were followed. The influence of the operating conditions on the facilities running was also evaluated. The results obtained show that the characteristics of the industrial wastewater used vary significantly with average levels of chemical oxygen demand (COD) of 5 gO2 / L, sodium of 0.5 mg / L and pH of 11. The evolution of the microorganisms in the biological reactor is influenced by the operating conditions, in particular the pH, the temperature, the organic load of the feed, the sludge retention time and the mechanical performance of the system. COD removal efficiencies between 93 and 96% were obtained both aerobically and anaerobically. Elimination of organic pollution was influenced by the acclimation of the biomass and by the mass loading in the reactor. Sodium was poorly retained by MBR treatment with low retention rates. The average biogas production yield with anaerobic MBR is estimated at 0.21 ± 0.03 L biogas/gCOD removed for an average flow rate of 89 ± 40 L/d. The application of NF to the MBR permeate has led to higher quality effluents with removal of both dissolved organic matter and ions. ED led to better salinity removal as a result of MBR but less of dissolved organic matter. The sodium concentrations in the final products of treatments obtained with NF and ED are less than 150 mg / L thus allowing a possible reuse of treated water for irrigation and a safe rejection in the environment. Taking into account the different activities, the operating cost of the current Brakina pre-treatment station is estimated at 140 FCFA/m3 of treated wastewater (€ 0.213), of which about 70% for the neutralization of wastewater by the addition of concentrated acid. Improving treatment with MBR-NF coupling shows an investment estimated at 3.8 billion FCFA (5.7 million euros). Operating expenses are estimated at 322 FCFA/m3 of treated wastewater (0.49 euros/m3 of treated wastewater) for an aerated MBR compared to 227 FCFA/m3 of treated wastewater (0.34 euro/m3 of treated wastewater) for anaerobic MBR is a decrease of 30%. The construction of such a system could lead to the sustainability of market gardening downstream of the Kossodo treatment plant and generate hundreds of permanent jobs with net revenues of more than 12 million FCFA/month (18.675 euros). Also, this could be a showcase for the social and environmental policy of Brakina. However, the major investments, the space requirements that the implementation of this proposal requires and the unavailability on site of technical competence for the curative maintenance of the system could be the main constraints to the implementation of this project.Key words: beverage production industry, electrodialysis, industrial wastewater, membrane bioreactor, nanofiltration

Dans cette thèse, la modélisation d'un bioréacteur à membranes immergées (BaMI) et son évaluation avec des valeurs expérimentales de BaMI à l'échelle du banc et à l'échelle pilote pour le traitement des effluents résiduels urbains et hospitaliers, ont été étudiées respectivement. L'objectif principal de ce travail était de développer un nouveau modèle intégré plus phénoménologique pour la description du fonctionnement de ces systèmes. A cet effet, un nouveau modèle biologique a été développé en utilisant le modèle de boues activés 3 (ASM3 du l’anglais activated sludge model) et en tenant en compte la croissance et le stockage de substrat simultané, et la production de substances polymères extracellulaires solubles et liées, qui, conjointement avec des solides en suspension totales ont été les principales variables de lien avec le nouveau modèle de colmatage de la membrane, en tenant compte de l'influence de ces substances sur la porosité du gâteau. Une nouvelle procédure d'identification des paramètres pour la calibration en prenant en compte leurs influence sur le modèle et leur incertitude a été développé. Cette procédure a permis de calibrer et de valider avec succès les nouveaux modèles développés, en utilisant les données des systèmes étudiés. Parallèlement, une nouvelle méthodologie a été développée pour le fractionnement de la matière carboné selon les modèles ASM en tenant compte du phénomène de stockage du substrat. Enfin, une étude de la sensibilité paramétrique a été réalisé, où le modèle intégré a répondu de manière adéquate aux variations des principales variables qui influent sur le colmatage de la membrane, avec une élevée correspondance entre la plupart des cas et ce qui a été rapporté dans la littérature, mettant en évidence une fois de plus le caractère phénoménologique et la validité du nouveau modèle développé. / This thesis presents the modelling of a submerged membrane bioreactor (SMBR) using experimental values coming from SMBR at bench and pilot scale, for the treatment of urban and hospital wastewater respectively. The main objective of this work was to develop a global model integrating a biological model and a model for membrane fouling, with upgraded precision, consistency and calibration in the description of the functioning of these systems. For this, concerning the biological model, an evolution of the Activated Sludge Model 3 (ASM3), including the simultaneous growth and substrate storage, and the bound and soluble extracellular polymeric substances (EPS) production was proposed. The concentration of these EPS joined to those of the total suspended solids (TSS) are the variables transmitted to the new version of the membrane fouling model. This last one can take into account the influence of these substances in the cake porosity. A new procedure was developed to calibrate the parameters taking into account their influence on the model and their uncertainty. This procedure used the data obtained on experimental SMBR and respirometry. It allowed the calibration and successful validation of the developed model. At the same time, a methodology was adapted for the carbon material fractionation according to the ASM models taking into account the phenomenon of substrate storage. Finally, a parametric sensitivity study was conducted, where the global model achieved to respond adequately to the perturbations of the main variables that influence on the membrane fouling process. The high correspondence obtained between numerical and experimental results, as well as the ability of the model to explain most of the cases reported in the literature, evidence the relevance of phenomena considered in the model. Thus, the developed model is justified and the interest of the phenomenological feature of the model is highlighted.

Les travaux de recherche effectués dans le cadre de ce travail de thèse ont eu pour objectif de caractériser le rôle joué par les mécanismes de sorption et de biodégradation dans l’élimination de micropolluants organiques par les boues biologiques, et notamment celles de bioréacteur à membrane. La première étape a consisté en la mise au point d’une méthode d’analyse de molécules anticancéreuses depuis les phases aqueuse et solide des boues. L’extraction des molécules contenues dans la phase aqueuse a été réalisée par une combinaison de cartouches SPE permettant la récupération sélective d’espèces acides, neutres et basiques. L’extraction depuis la phase solide a été rendue possible grâce à l’utilisation de la technique sous solvant pressurisé et à chaud PLE, suivie par une étape de purification directement inspirée de la méthode développée pour la phase aqueuse. Une procédure originale de préparation d’échantillons de boues a été proposée pour estimer rigoureusement le phénomène de sorption. Le modèle de Freundlich est celui qui a donné les corrélations les plus satisfaisantes et a été sélectionné. La détermination des paramètres du modèle a mis en évidence des comportements de sorption différents pour les molécules ciblées, mais toujours caractérisés par des aptitudes de sorption faibles. La mise en relation des propriétés physico-chimiques des molécules, des boues et des paramètres de sorption n’a pas révélé de corrélations évidentes entre ces différents paramètres et ne permet pas de proposer de modèle capable de prédire la sorption en fonction des caractéristiques des boues et des polluants. La caractérisation du comportement d’un cocktail d’anticancéreux lors du traitement par un pilote de bioréacteur à membrane externe a révélé que le mécanisme majeur à l’origine de leur élimination était la biodégradation. Les interactions entre les microorganismes et les micropolluants ciblés sont liées au cométabolisme. Une étude approfondie du mécanisme a révélé que ces mêmes interactions étaient à l’origine d’une limitation de la biodégradation et doivent être intensifiées pour améliorer les performances de traitement sur ce point. / The aim of the present work was to characterize the sorption mechanisms and biodegradation role in the removal of some organic micropollutants (i.e. anticancer drugs) by biological sludges, including those of membrane bioreactor (MBR). The first step consisted in the development of an analytical method for the trace determination of anticancer drugs from sludge aqueous and solid phases. The extraction from the aqueous matrix was performed by a combination of SPE cartridges, allowing the selective recovery of acid, neutral and basic species. The extraction from the solid matrix was possible thanks to an extractive step performed by pressurized liquid extraction, followed by a purification step whose procedure was directly inspired from the method developed for aqueous samples. An original procedure for the conditioning of sludge samples before sorption experiments has been proposed. The Freundlich isotherm gave the satisfactoriest correlations and has been selected. The determination of the model parameters highlights different trends of sorption between targeted compounds, but always characterized by low sorption affinities. Physico-chemical properties of both compounds and sludge did not show any link with sorption parameters. Consequently, it is not possible to propose a predictive model for the sorption of polar micropollutants depending on both compounds and sludge properties. The removal of a “cocktail” of anticancer drugs by treatment through a side stream pilot-scale MBR has been investigated. Biodegradation appeared as the prevailing mechanism and was explained by cometabolic interactions. However, these interactions were also responsible for the limitation of biodegradation phenomenon and must be intensify to enhance the removal of these compounds.

Les bioréacteurs à membranes (BRM), combinant l’épuration biologique des eaux usées à une étape de séparation membranaire, ont montré de très bonnes performances en matière d’élimination de la pollution organique et azotée. Cependant, cette technologie présente des surcoûts de fonctionnement liés essentiellement à l’énergie dépensée pour fournir l’aération nécessaire à l’activité biologique mais utilisée aussi pour lutter contre les phénomènes de colmatage membranaire. Afin de réduire ces besoins énergétiques, un BRM dit autotrophe a été mis en place. Il est caractérisé par une alimentation à une charge organique faible, dont plus de 60% est éliminé par un traitement physico-chimique préalable. De ce fait, le BRM autotrophe assure principalement le traitement d’azote, qui peut être affecté par la limitation en carbone organique nécessaire à la réaction de dénitrification. Ce travail a pour objectif d’étudier le comportement d’un tel système et d’identifier les paramètres déterminants. L’étude a été conduite expérimentalement et par modélisation. Deux campagnes expérimentales ont été réalisées en régime permanent à des charges organiques et des âges de boues différents, suivies d’une expérimentation en régime transitoire provoqué par une montée de la charge en azote ammoniacal. Les résultats des campagnes ont montré qu’il est possible de baisser le rapport de DCO/N jusqu’à 4,5 et l’âge des boues à 40j sans pour autant perturber la dénitrification. Ces résultats ont été appuyés par une modélisation dynamique s’appuyant sur un modèle ASM3s-SMP qui a été développé ensuite calibré sur l’ensemble des résultats expérimentaux. L’analyse du phénomène du colmatage de la membrane au cours de l’expérimentation a montré une tendance au colmatage relativement faible par rapport aux BRM opérant dans des conditions usuelles (DCO/N>10). L’effet du nettoyage mécanique induit par l’ajout d’un matériau granulaire dans le module membranaire s’est avéré peu important dans les conditions étudiées. Une modélisation en régime permanent a permis de développer les expressions des grandeurs caractéristiques du fonctionnement du BRM. Après avoir été validées par des simulations conduites en utilisant le logiciel GPS-X®Hydromantis, ces équations ont permis, au moyen d’approches de modélisation différentes (modèle simple, ASM1 et ASM3), de repérer les paramètres opératoires et cinétiques les plus influents et de déterminer par des expressions analytiques le rapport DCO/N minimal requis pour une réaction de dénitrification complète. / Membrane Bioreactors (MBR) as a combination of biological wastewater treatment and a membrane separation step, showed high performances for organic and nitrogen compounds removal. However, this technology has high running costs linked to energy consumption for aeration. The latter has to be provided for the biological activity and for the membrane scouring that reduces membrane fouling phenomena. In order to decrease these expenses, an MBR called autotrophic was set. It is marked by low organic loading rates due to a physicochemical treatment removing more than 60% of the initial organic matter amount. Mainly, the autotrophic MBR is dedicated to nitrogen removal that can be influenced by the shortage of the organic substrate, needed to achieve the denitrification process. The aim of this work is the investigation of the behavior of such system and the identification of most determining parameters. Experimental and modeling studies were carried out. Two steady state experimental campaigns were performed at different organic loading rates and solid retention times. They were followed by an experiment at transient state induced by the nitrogen loading rate rise. Obtained results proved that operation at a COD/N ratio as low as 4.5 did not hamper the denitrification efficiency. Those results were reinforced by a dynamic modeling study based on a model called ASM3s-SMP that was developed and calibrated using the experimental results. Membrane fouling analysis during experimental campaigns showed low fouling propensities compared to MBR operating at more common conditions (COD/N>10). The mechanical cleaning effect due to the addition of a granular material to the membrane module was found insignificant in the case of these operating conditions.A steady state modeling study helped determining mathematical expressions of different variables, yields and rates describing the system operation. After a validation step based on simulations with the use of the GPS-X®Hydromantis software, these expressions associated to different modeling approaches (simple model, ASM1 and ASM3) allowed pointing out the critical operating and kinetic criteria in addition to the minimum COD/N ratio required for a complete denitrification reaction.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-03-19Bitstream added on 2014-06-13T19:38:24Z : No. of bitstreams: 1 bezerra_lf_me_ilha.pdf: 1874770 bytes, checksum: b6f02018abe581f4724626202c471af4 (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / As atividades industriais, principalmente as indústrias químicas e alimentícias que se utilizam dos processos fermentativos, geram efluentes com altas concentrações de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada. Estas necessitam de sistemas complexos para o tratamento de suas águas residuárias, pois a emissão excessiva de nutrientes no corpo d’água pode resultar na ocorrência da eutrofização que interfere nos usos desejáveis do recurso hídrico e altera o equilíbrio ambiental. Neste sentido, o presente avaliou da remoção de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada, bem como a determinação do fluxo crítico, em biorreator de membranas (MBR) tratando águas residuárias industriais do processo de produção de aminoácidos. Pelos resultados obtidos, constatou-se a viabilidade técnica no uso do MBR para ao tratamento dessas águas residuárias contendo 2505 mg DQO/L de material carbonáceo e 277 mg NTK/L de material nitrogenado. O biorreator foi operado com carga orgânica volumétrica de 1,91 ± 0,13 kg DQO/m³ dia e carga nitrogenada volumétrica de 0,18 ± 0,02 kg NTK/m³ dia, com recirculação interna de 4 vezes a vazão afluente. O efluente tratado apresentou concentrações médias de 59 ± 27 mg DQO/L, 0,60 ± 0,24 mg N-NH4 +/L e 20,5 ± 11,9 mg N-total/L, com eficiências médias de remoção de DQO, NTK e NT de 97,5%, 98,6% e 92,1%, respectivamente. O sistema de ultrafiltração foi testado em vários fluxos entre 25 e 37 LMH e determinou-se o fluxo crítico de 28 LMH para o sistema operando com 11,4 g/L de SST / Industrial activities, especially the chemical and food industries, that use fermentation processes, generate effluents with high concentrations of carbonaceous organic matter and nitrogen. These require complex systems to treat its wastewater, since the emission of excessive nutrients in the water body can result in the occurrence of eutrophication, which interferes with the desirable uses of water resource and changes the environmental balance. In this sense, this paper evaluated the carbonaceous organic matter and nitrogen removal as well as the determination of critical flux in membrane bioreactor (MBR) treating industrial wastewater from amino acids production. By the obtained results, it found the technical feasibility of MBR for the wastewater treatment containing 2505 mg COD / L of organic material and 277 mg TKN / L of nitrogen material. The bioreactor was operated with organic loading rate of 1.91 ± 0.13 kg COD / m³ day and nitrogen volumetric load of 0.18 ± 0,02 kg TKN / m day, with internal recirculation of 4 times. The treated effluent showed concentrations of 59 ± 27 mg COD / L, 0.60 ± 0.24 mg N-NH4 + / L and 20.5 ± 11.9 mg total N / L, with average removal efficiencies of COD , TKN and TN of 97.5%, 98.6% and 92.1%, respectively. The ultrafiltration system was tested at various flow rates between 25 and 37 LMH, to determine the critical flux of 28 LMH with the system operating at 11.4 g / L of TSS

Orientador: Tsunao Matsumoto / Banca: Milton Dall'Aglio Sobrinho / Banca: Marcelo Zaiat / Resumo: As atividades industriais, principalmente as indústrias químicas e alimentícias que se utilizam dos processos fermentativos, geram efluentes com altas concentrações de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada. Estas necessitam de sistemas complexos para o tratamento de suas águas residuárias, pois a emissão excessiva de nutrientes no corpo d'água pode resultar na ocorrência da eutrofização que interfere nos usos desejáveis do recurso hídrico e altera o equilíbrio ambiental. Neste sentido, o presente avaliou da remoção de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada, bem como a determinação do fluxo crítico, em biorreator de membranas (MBR) tratando águas residuárias industriais do processo de produção de aminoácidos. Pelos resultados obtidos, constatou-se a viabilidade técnica no uso do MBR para ao tratamento dessas águas residuárias contendo 2505 mg DQO/L de material carbonáceo e 277 mg NTK/L de material nitrogenado. O biorreator foi operado com carga orgânica volumétrica de 1,91 ± 0,13 kg DQO/m³ dia e carga nitrogenada volumétrica de 0,18 ± 0,02 kg NTK/m³ dia, com recirculação interna de 4 vezes a vazão afluente. O efluente tratado apresentou concentrações médias de 59 ± 27 mg DQO/L, 0,60 ± 0,24 mg N-NH4 +/L e 20,5 ± 11,9 mg N-total/L, com eficiências médias de remoção de DQO, NTK e NT de 97,5%, 98,6% e 92,1%, respectivamente. O sistema de ultrafiltração foi testado em vários fluxos entre 25 e 37 LMH e determinou-se o fluxo crítico de 28 LMH para o sistema operando com 11,4 g/L de SST / Abstract: Industrial activities, especially the chemical and food industries, that use fermentation processes, generate effluents with high concentrations of carbonaceous organic matter and nitrogen. These require complex systems to treat its wastewater, since the emission of excessive nutrients in the water body can result in the occurrence of eutrophication, which interferes with the desirable uses of water resource and changes the environmental balance. In this sense, this paper evaluated the carbonaceous organic matter and nitrogen removal as well as the determination of critical flux in membrane bioreactor (MBR) treating industrial wastewater from amino acids production. By the obtained results, it found the technical feasibility of MBR for the wastewater treatment containing 2505 mg COD / L of organic material and 277 mg TKN / L of nitrogen material. The bioreactor was operated with organic loading rate of 1.91 ± 0.13 kg COD / m³ day and nitrogen volumetric load of 0.18 ± 0,02 kg TKN / m day, with internal recirculation of 4 times. The treated effluent showed concentrations of 59 ± 27 mg COD / L, 0.60 ± 0.24 mg N-NH4 + / L and 20.5 ± 11.9 mg total N / L, with average removal efficiencies of COD , TKN and TN of 97.5%, 98.6% and 92.1%, respectively. The ultrafiltration system was tested at various flow rates between 25 and 37 LMH, to determine the critical flux of 28 LMH with the system operating at 11.4 g / L of TSS / Mestre