Submitted by JULIO CESAR DE SOUZA MATOS null (matosj.c.s@gmail.com) on 2017-11-03T17:27:54Z No. of bitstreams: 1 dissertacao-julio_matos_final.pdf: 3718654 bytes, checksum: b89fd967a33aa0c41fd3a957b4ee875e (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-11-13T17:19:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 matos_jcs_me_rcla.pdf: 3718654 bytes, checksum: b89fd967a33aa0c41fd3a957b4ee875e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T17:19:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 matos_jcs_me_rcla.pdf: 3718654 bytes, checksum: b89fd967a33aa0c41fd3a957b4ee875e (MD5) Previous issue date: 2017-09-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O processo de biodigestão anaeróbia pode ser utilizado no tratamento de resíduos orgânicos, com destaque para recuperação energética do biogás. Estudos recentes apontam aumento na eficiência da atividade microbiológica em processos de biodegradação anaeróbia de compostos orgânicos sob campo magnético. Desse modo, tecnologias que resultem em melhorias desse processo podem contribuir para o avanço do tratamento de resíduos orgânicos e da produção de biogás, via digestão anaeróbia. Nesse sentido, o presente trabalho verificou a influência da aplicação de campo eletromagnético constante sobre o processo de decomposição anaeróbia da glicose. A pesquisa consistiu na operação de reatores (1 L) anaeróbios em batelada, mantidos a 37 ± 2 ºC, sem agitação, sob a influência de diferentes intensidades de campo eletromagnético de 5, 7,5 e 10 mT. Foi usado, como inóculo lodo granular proveniente de estação de tratamento anaeróbio, nos reatores, em meio nutricional sintético não seletivo. A avaliação do desempenho do processo de degradação foi obtida pela estimativa de produção de biogás e metano, bem como da análise da redução da demanda química de oxigênio e da remoção de sólidos. Os resultados demonstraram diferença positiva na produção de gás metano, aumento de 21,5 % com 7,5 mT e aumento de 15 % da remoção de DQO, nas intensidades de 7,5 mT. Esses resultados sinalizam para possível viabilidade de uso de campo magnético constante na bioestimulação de consórcios microbianos anaeróbios. / Anaerobic digestion processes with biogas production are largely used for organic waste treatment, with emphasis for energy recovery. Some recent studies have demonstrated magnetism influence on microbiological activity, these indicates possible influence on the efficiency of anaerobic digestion. By these means, technologies that act in anaerobic digestion enhancement can contribute for the improvement of organic compounds treatment. The present study aims to verify the influence of constant electromagnetic field on the glucose anaerobic digestion. The research comprises comparison of biogas production in 1 L batch reactors, kept static under 37 ± 2 ºC. In each experiment, reactors were operated with and without the influence of constant electromagnetic field of 5, 7,5 and 10 mT. The inoculum was granular sludge from anaerobic treatment plant in non-selective media culture. Biogas production, COD and solid removal were measured during the experiments. Results show positive difference on methane production of 21,5 % and on COD removal of 15 % in the tests with electromagnetic field of 7,5 mT. These results sign for the viability of the application of constant magnetic field as a bioetimulation agent.

A presente pesquisa teve a intenção de desenvolver reator biológico de 159 \'M POT.3\' de volume total, com leito de carvões granulares (ativado e antracito) expandido e parcialmente aerado, para promover remoções de matéria orgânica e nutrientes (N e P) do esgoto sanitário, devido a manutenção de ambientes anaeróbio e aeróbio, estratificados ao longo da altura do reator e ao longo do biofilme cultivado em seu interior. Para avaliar o impacto das modificações operacionais no comportamento biológico dos microrganismos presentes no reator, foram aplicados métodos para análise das atividades nitrificante (ANE), desnitrificante (ADE) e metanogênica (PME), embasados em testes respirométricos padrões descritos na literatura. A estratificação reacional também foi estudada dentro de filmes biológicos com a ajuda de microsensores amperométricos de OD em testes de bancada. Assim, após 451 dias de operação, foi possível verificar remoções médias de \'DQO IND.F\', NTK e fosfato total de, respectivamente 78%, 56% e 42%, quando o reator foi operado por 66 dias com tempo de detenção hidráulica médio de 8,8 h, injetor de oxigênio puro, instalado após placa de orifício em linha de recirculação aerada, a qual funcionava pressurizada (3 a 4 bar) e com razão média de recirculação igual a 3, comparada à vazão de alimentação. Para o restante do período, no qual foram aplicadas taxas de carregamentos volumétricos médios de 0,74 \'+ OU -\' 0,28 kg\'DQO IND.F\'/\'M POT.3\'.dia; 0,17 \'+ OU -\' 0,07 kg NTK/\'M POT.3\'.dia e 0,05 \'+ OU -\' 0,02 kg\'PO IND.4\'POT.-3\'/\'M POT.3\'.dia, o sistema demonstrou remoções médias de 65 \'+ OU -\' 20% para \'DQO IND.F\', 25 \'+ OU -\' 21% para o NTK e 48 \'+ OU -\' 18% para o fosfato total, mesmo operado com tempo de retenção celular médio de 15 \'+ OU -\' 7 dias. Os testes respirométricos foram sensíveis para avaliar a atividade microbiana do material biológico coletado ao longo do reator, com os quais foram verificados PME médio de 0,25 mL\'CH IND.4\'/gSVT.h, para as amostras de material biológico coletado na região anaeróbia, ao fundo do reator; ANE variando entre 1,3 a 4,4 mg\'O IND.2\'/gSVT.h, para as amostras coletadas na região aeróbia, intermediária ao reator; e ADE variando entre 0,024 e 5,20 mg\'N IND.2\'/gSVT.h, para amostras coletadas, respectivamente, no fundo e no topo do reator. As análises do material líquido também corroboram com a idéia de estratificação dos ambientes aeróbio, no fundo do reator, e micro-aerado, em sua região intermediária superior, apontando para região com alto potencial de ocorrerem nitrificação e desnitrificação conjuntas no topo da sua zona reativa. O microsensor amperométrico de OD com ponta entre 10 e 30 \'mü\'m de diâmetro, confeccionados em laboratório especializado, se mostrou sensível para a observação do gradiente de concentração de oxigênio dissolvido dentro de filme biológico, suficientes para a formação de regiões aeróbia e anaeróbia em seu interior, cuja informação pode ser útil para a aprimoramento de reatores com biofilme, projetados para remoções combinadas de matéria orgânica e nutrientes. Entretanto, quando se pretende definir parâmetros cinéticos ou de transferência de massa, maior rigor deve ser dispensado na definição dos locais para a aplicação do sensor, nos quais sejam reduzidos os efeitos da heterogeneidade do agregado microbiano no ajuste da modelagem matemática aplicada aos pontos experimentais / The current research aimed the development of a 159 \'M POT.3\' total volume biological reactor, with a expanded and partially aerated granular coal bed (activated and anthracite), to promote organic matter and nutrients (N and P) removal from wastewater due to the maintenance of anaerobic and aerobic environments, stratified throughout the height of the reactor and also all over the biofilm cultivated in its interior. Methods for the analyses of specific nitrifying activities (ENA), denitrifying (EDA) and methanogenic (EMA) were applied to assess the impact of the operational modifications in the biological behavior of microorganisms present in the reactor, based on standard respirometric tests found in literature. The reactional stratification was also studied inside the biological films with the help of DO microsensors in batch tests. Thus, after 451 of operation it was possible to verify mean \'COD IND.F\', TNK and phosphate removal of 78%, 56% and 42%, respectively, when the reactor was operated for 66 days with average hydraulic detention time of 8.8 h, pure oxygen injector which was installed after the aerated recirculation line which was working pressurized (3 to 4 bar) and with mean recirculation ratio equal to 3, when compared to the feeding flow. For the rest of the period where mean volumetric loading rates of 0.74 \'+ OR -\' 0.28 kg\'COD IND.F\'/\'M POT.3\'.day; 0.17 \'+ OR -\' 0.07 kgTNK/\'M POT.3\'.day and 0.05 \'+ OR -\' 0.02 kg\'PO IND.4\'POT.-3\'/\'M POT.3\'.day were applied the system demonstrated average removal of 65 \'+ OR -\' 20% for \'COD IND.F\', 25 \'+ OR -\' 21% for TNK and 48 \'+ OR -\' 18% for total phosphate, even when it operated with mean cellular retention time of 15 \'+ OR -\' 7 days. The respirometric tests were sensible enough to assess the microbial activity from the biological material collected throughout the reactor, and where mean PME of 0.25 mL\'CH IND.4\'/gSVT.h was verified for the samples of biological material collected in the anaerobic region, at the bottom of the reactor; ANE varying between 1.3 to 4.4 mg\'O IND.2\'/gSVT.h, for the samples collected in the aerobic region, reactor\'s intermediary; and ADE varying between 0.024 to 5.20 mg\'N IND.2\'/gSVT.h, for samples collected at the bottom and the top of the reactor, respectively. The analyses of the liquid material also support the idea of stratification of the aerobic environments, at the bottom of the reactor, and micro-aerated, in its superior intermediate region, pointing to the region as a high potential of occurring joint nitrification and denitrification at the top of the reactive zone. The DO amperometric microsensor, with tip between 10 and 30 \'mü\'m of diameter, produced in a special laboratory, is sensible to the determination of dissolved oxygen concentration gradient inside biological film, sufficient for the formation of anaerobic and aerobic regions in its interior, this information can be useful to the improvement of biofilm reactors, projected for the combined removal of organic matter and nutrients. However, when the definition of kinetic parameters or mass transference is intended more strictness must be applied when choosing the locals for microsensor application, where the effects of the microbial aggregate heterogeneity is reduced in the adjustment of the mathematical modeling applied to the experimental points.

A presente pesquisa teve a intenção de desenvolver reator biológico de 159 \'M POT.3\' de volume total, com leito de carvões granulares (ativado e antracito) expandido e parcialmente aerado, para promover remoções de matéria orgânica e nutrientes (N e P) do esgoto sanitário, devido a manutenção de ambientes anaeróbio e aeróbio, estratificados ao longo da altura do reator e ao longo do biofilme cultivado em seu interior. Para avaliar o impacto das modificações operacionais no comportamento biológico dos microrganismos presentes no reator, foram aplicados métodos para análise das atividades nitrificante (ANE), desnitrificante (ADE) e metanogênica (PME), embasados em testes respirométricos padrões descritos na literatura. A estratificação reacional também foi estudada dentro de filmes biológicos com a ajuda de microsensores amperométricos de OD em testes de bancada. Assim, após 451 dias de operação, foi possível verificar remoções médias de \'DQO IND.F\', NTK e fosfato total de, respectivamente 78%, 56% e 42%, quando o reator foi operado por 66 dias com tempo de detenção hidráulica médio de 8,8 h, injetor de oxigênio puro, instalado após placa de orifício em linha de recirculação aerada, a qual funcionava pressurizada (3 a 4 bar) e com razão média de recirculação igual a 3, comparada à vazão de alimentação. Para o restante do período, no qual foram aplicadas taxas de carregamentos volumétricos médios de 0,74 \'+ OU -\' 0,28 kg\'DQO IND.F\'/\'M POT.3\'.dia; 0,17 \'+ OU -\' 0,07 kg NTK/\'M POT.3\'.dia e 0,05 \'+ OU -\' 0,02 kg\'PO IND.4\'POT.-3\'/\'M POT.3\'.dia, o sistema demonstrou remoções médias de 65 \'+ OU -\' 20% para \'DQO IND.F\', 25 \'+ OU -\' 21% para o NTK e 48 \'+ OU -\' 18% para o fosfato total, mesmo operado com tempo de retenção celular médio de 15 \'+ OU -\' 7 dias. Os testes respirométricos foram sensíveis para avaliar a atividade microbiana do material biológico coletado ao longo do reator, com os quais foram verificados PME médio de 0,25 mL\'CH IND.4\'/gSVT.h, para as amostras de material biológico coletado na região anaeróbia, ao fundo do reator; ANE variando entre 1,3 a 4,4 mg\'O IND.2\'/gSVT.h, para as amostras coletadas na região aeróbia, intermediária ao reator; e ADE variando entre 0,024 e 5,20 mg\'N IND.2\'/gSVT.h, para amostras coletadas, respectivamente, no fundo e no topo do reator. As análises do material líquido também corroboram com a idéia de estratificação dos ambientes aeróbio, no fundo do reator, e micro-aerado, em sua região intermediária superior, apontando para região com alto potencial de ocorrerem nitrificação e desnitrificação conjuntas no topo da sua zona reativa. O microsensor amperométrico de OD com ponta entre 10 e 30 \'mü\'m de diâmetro, confeccionados em laboratório especializado, se mostrou sensível para a observação do gradiente de concentração de oxigênio dissolvido dentro de filme biológico, suficientes para a formação de regiões aeróbia e anaeróbia em seu interior, cuja informação pode ser útil para a aprimoramento de reatores com biofilme, projetados para remoções combinadas de matéria orgânica e nutrientes. Entretanto, quando se pretende definir parâmetros cinéticos ou de transferência de massa, maior rigor deve ser dispensado na definição dos locais para a aplicação do sensor, nos quais sejam reduzidos os efeitos da heterogeneidade do agregado microbiano no ajuste da modelagem matemática aplicada aos pontos experimentais / The current research aimed the development of a 159 \'M POT.3\' total volume biological reactor, with a expanded and partially aerated granular coal bed (activated and anthracite), to promote organic matter and nutrients (N and P) removal from wastewater due to the maintenance of anaerobic and aerobic environments, stratified throughout the height of the reactor and also all over the biofilm cultivated in its interior. Methods for the analyses of specific nitrifying activities (ENA), denitrifying (EDA) and methanogenic (EMA) were applied to assess the impact of the operational modifications in the biological behavior of microorganisms present in the reactor, based on standard respirometric tests found in literature. The reactional stratification was also studied inside the biological films with the help of DO microsensors in batch tests. Thus, after 451 of operation it was possible to verify mean \'COD IND.F\', TNK and phosphate removal of 78%, 56% and 42%, respectively, when the reactor was operated for 66 days with average hydraulic detention time of 8.8 h, pure oxygen injector which was installed after the aerated recirculation line which was working pressurized (3 to 4 bar) and with mean recirculation ratio equal to 3, when compared to the feeding flow. For the rest of the period where mean volumetric loading rates of 0.74 \'+ OR -\' 0.28 kg\'COD IND.F\'/\'M POT.3\'.day; 0.17 \'+ OR -\' 0.07 kgTNK/\'M POT.3\'.day and 0.05 \'+ OR -\' 0.02 kg\'PO IND.4\'POT.-3\'/\'M POT.3\'.day were applied the system demonstrated average removal of 65 \'+ OR -\' 20% for \'COD IND.F\', 25 \'+ OR -\' 21% for TNK and 48 \'+ OR -\' 18% for total phosphate, even when it operated with mean cellular retention time of 15 \'+ OR -\' 7 days. The respirometric tests were sensible enough to assess the microbial activity from the biological material collected throughout the reactor, and where mean PME of 0.25 mL\'CH IND.4\'/gSVT.h was verified for the samples of biological material collected in the anaerobic region, at the bottom of the reactor; ANE varying between 1.3 to 4.4 mg\'O IND.2\'/gSVT.h, for the samples collected in the aerobic region, reactor\'s intermediary; and ADE varying between 0.024 to 5.20 mg\'N IND.2\'/gSVT.h, for samples collected at the bottom and the top of the reactor, respectively. The analyses of the liquid material also support the idea of stratification of the aerobic environments, at the bottom of the reactor, and micro-aerated, in its superior intermediate region, pointing to the region as a high potential of occurring joint nitrification and denitrification at the top of the reactive zone. The DO amperometric microsensor, with tip between 10 and 30 \'mü\'m of diameter, produced in a special laboratory, is sensible to the determination of dissolved oxygen concentration gradient inside biological film, sufficient for the formation of anaerobic and aerobic regions in its interior, this information can be useful to the improvement of biofilm reactors, projected for the combined removal of organic matter and nutrients. However, when the definition of kinetic parameters or mass transference is intended more strictness must be applied when choosing the locals for microsensor application, where the effects of the microbial aggregate heterogeneity is reduced in the adjustment of the mathematical modeling applied to the experimental points.