Orientador: Edson Aparecido Abdul Nour / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-26T09:02:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Foco_MarioLuizRodrigues_D.pdf: 4289583 bytes, checksum: d1eb026afe6452cef2dbcf25f6dbef83 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste estudo foi verificado o desempenho de um sistema combinado anaeróbio-aeróbio na remoção de matéria orgânica e de compostos de nitrogênio presentes em esgoto sanitário, por meio da utilização de recirculação do efluente tratado para o início do sistema, de forma a propiciar a desnitrificação sem adição de carbono ou alcalinizante externos. Foram estudados dois tipos de sistemas: Sistema 1 (escala de bancada) composto por filtro anóxico (FA) seguido de biofiltro aerado submerso (BAS) e decantador secundário (DS) com os respectivos volumes: 32,6; 17,6 e 7,2 L; Sistema 2 (escala piloto) constituído por filtro anaeróbio/anóxico (FAA), seguido de BAS e DS com os respectivos volumes: 298,7; 131.5 e 188,5 L. As razões de recirculação (R) utilizadas foram: 0,5; 1,5; 2,0; 3,0 e 4,0. No Sistema 1, com R=4,0 a máxima desnitrificação teórica (D%) possível foi de 86±5%, nessa configuração alcançou-se remoções de demanda química de oxigênio (DQO) e Nitrogênio Total (NT) de 92±4% e 83±8%, respectivamente. No Sistema 2, com R=3,0 o valor da D% possível foi de 78±9%, nessa configuração alcançou-se remoções de DQO e NT de 89±4 e 60±7%, respectivamente. Os resultados indicam a viabilidade do uso da recirculação do efluente tratado, na configuração proposta pelo Sistema 1, como alternativa para remoção de nitrogênio em Estações de Tratamento de Esgoto Combinadas Anaeróbio-Aeróbia, com biomassa imobilizada, uma vez que as concentrações finais de Nitrogênio Total (12±3 mg N L-1) estão abaixo do valor estipulado pela Resolução CONAMA N° 357/2005 / Abstract: This study verified the performance of anaerobic-aerobic combined systems in removing organic matter and nitrogen compounds from sewage by recirculation of treated effluent to the beginning of the system, aiming denitrification without addition of external carbon or alkalinity. System 1 (bench scale) were an anoxic filter (AF) followed by aerated submerged biofilter (ASB) and clarifier with respective volumes: 32.6, 17.6 and 7.2 L. System 2 (pilot scale), were an anaerobic/anoxic filter (AAF), followed by ASB and clarifier with their volumes: 298.7, 131.5 and 188.5 L. The recirculation ratios (R) were 0.5, 1.5, 2.0, 3.0 and 4.0. In System 1, with R=4.0 the maximum theoretical denitrification (D%) possible was 86±5%, and this configuration achieved removals of chemical oxygen demand (COD) and Total Nitrogen (TN) of 92±4% and 83±8%, respectively. In system 2, with R=3.0 the D% possible was 78±9%, and this configuration reached removal of COD and NT of 89±4 and 60±7%, respectively. The results indicate the feasibility of using effluent recirculation, in the System 1 configuration, as an alternative to nitrogen removal in sewage anaerobic-aerobic combined treatment plants, with immobilized biomass, since the final concentrations of Total Nitrogen (12±3 mg N L-1) are below the value established by CONAMA Resolution No. 357/2005 / Doutorado / Saneamento e Ambiente / Doutor em Engenharia Civil

Nitrogen is usually the element present in higher concentration in pig slurry and the one that causes the major problems related to environmental pollution, since it is subjected of several transformations after soil slurry application. This work was carried out in order to evaluate the soil nitrogen biotransformation during the wheat straw and pig slurry decomposition. The experiment was conduced under controlled conditions, in the Soil and Environmental Microbiology Laboratory, Soil Department, UFSM - RS. The pig slurry, with the ammoniacal fraction enriched of 15N, and the wheat straw were applied to a Hapludalf soil. The experimental was set as a completely randomized design with three repetitions. The treatments were the following: T1 - Soil; T2 - Soil + straw in surface; T3 - Soil + incorporated straw; T4 - Soil + pig slurry in surface; T5 - Soil + incorporated pig slurry; T6 - Soil + incorporated pig slurry + straw in surface; T7 - Soil + incorporated pig slurry + incorporated straw; T8 - Soil + straw in surface + pig slurry in surface. Soil humidity was adjusted for 100% of the field capacity. The experimental units were conditioned in an incubator for 95 days to a temperature of 25ºC. The mineral N, organic N and 15N organic concentrations was determined in each soil experimental unit. The soil nitrogen nitrification rates of the slurry ammoniacal nitrogen and the mineralization/immobilization were estimated. The main conclusions were: a) the ammoniacal N of pig slurry is quickly nitrified with or without the incorporation of slurry into the soil; b) the mineralization of the organic nitrogen of pig slurry occur in the first days after the slurry application in the soil; c) the wheat straw incorporation favor the N immobilization compared to its maintenance in soil surface; d) the N application through of pig slurry together with wheat straw stimulate the microbial N immobilization; e) the mineral N position in the soil affects the amount of immobilized N, with the highest values observed when N is in the active decomposition zone of the straw. / O nitrogênio é, normalmente, o elemento presente em maior concentração nos dejetos de suínos e também aquele que provoca os maiores problemas de poluição ambiental, em função das inúmeras transformações a que está sujeito após a aplicação dos dejetos ao solo. Este trabalho foi realizado a fim de avaliar as biotransformações do nitrogênio no solo durante a decomposição de palha de trigo e dejetos líquidos de suínos. Para isso, foi conduzido um experimento em condições controladas, no Laboratório de Microbiologia do Solo e do Ambiente do Departamento de Solos, na UFSM - RS. Num Argissolo Vermelho distrófico arênico foram adicionados dejetos líquidos de suínos, com a fração amoniacal enriquecida com15N, e palha de trigo. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado com três repetições. Os tratamentos avaliados foram os seguintes: T1 - Solo; T2 - Solo + palha em superfície; T3 - Solo + palha incorporada; T4 - Solo + dejetos em superfície; T5 - Solo + dejetos incorporados; T6 - Solo + dejetos incorporados + palha em superfície; T7 - Solo + dejetos incorporados + palha incorporada; T8 - Solo + palha em superfície + dejetos em superfície. A umidade do solo foi ajustada para 100% da capacidade de campo. As unidades experimentais foram acondicionadas em uma incubadora por 95 dias a uma temperatura de 25ºC. No solo de cada unidade experimental foram avaliados os teores de N mineral, N orgânico e 15N orgânico. Com base nestas avaliações, foram realizadas estimativas das taxas de nitrificação do N amoniacal dos dejetos e da mineralização e imobilização do N no solo. Os resultados obtidos permitiram concluir que: a) o N amoniacal dos dejetos líquidos de suínos é rapidamente nitrificado com ou sem a incorporação dos mesmos ao solo; b) a mineralização da fração nitrogenada orgânica dos dejetos ocorre nos primeiros dias após a sua aplicação ao solo; c) a incorporação da palha de trigo favorece a imobilização de N, comparado a sua manutenção na superfície do solo; d) a aplicação de N, através dos dejetos, juntamente com a palha de trigo, estimula a imobilização microbiana de N; e) a localização do N mineral afeta a quantidade de N imobilizada, com os maiores valores sendo observados quando o N permanece na zona de decomposição ativa da palha.

Nitrogênio é o nutriente mais utilizado mundialmente na agricultura devido promover grandes aumentos de produtividade e de qualidade, porém durante seu uso pode haver perdas de N por lixiviação e volatilização. O uso de inibidores de urease e de nitrificação podem aumentar a eficiência de uso de adubos nitrogenados. Objetivouse: a) estudar doses e fontes de nitrogênio na produção de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) colhida sem despalha a fogo e avaliar a resposta desta cultura em aplicação do N na superfície do solo; b) avaliar a eficiência do uso de dicianodiamida em solos de diferentes texturas, com e sem a presença de palha, em estudo de incubação com sulfato de amônio; c) avaliar a eficiência de DCD e DMPP em solos do Brasil e da Alemanha em estudo de incubação e d) avaliar a eficiência de DCD e de NBPT na volatilização de amônia e na taxa de nitrificação de uréia. Houve aumento de produção de colmos de cana-de-açúcar nas doses de 0, 50, 100 e 150 kg ha-1 de N, porém não houve diferença das diferentes fontes nitrogenadas, mesmo havendo redução de volatilização de NH3 da uréia com o uso de NBPT, em torno de 60%. Houve redução da taxa de oxidação de amônio como uso de DCD, com maior eficiência no solo de textura média e, consequentemente menor formação de nitrato. Com a redução da taxa de nitrificação houve uma menor acidificação do solo. Houve redução da população de microrganismos nitritadores com o uso de DCD. O uso de inibidores de nitrificação (DCD e DMPP) retardou o processo de nitrificação em todos os solos (alemão e brasileiros), porém, com uma eficiência bem mais acentuada no solo arenoso. Houve maior eficiência do DCD nos primeiros 10 dias de incubação devido seu maior movimento no solo e no período final de incubação o DMPP foi mais eficiente devido sua menor degradação no solo. O NBPT foi eficiente em reduzir as perdas por volatilização, já o uso de DCD aumentou as perdas de N-NH3 da fonte uréia e diminuiu a eficiência do NBPT quando aplicado em conjunto com este, independente da dose. O DCD foi eficiente em diminuir o processo de nitrificação e não teve influencia na sua eficiência quando foi utilizado em associação com NBPT. / Nitrogen is the most world widely applied plant nutrient in agriculture because promote high yield and quality increases but, during youre using in agriculture losses by volatilization and leaching can occur. By using urease and nitrification inhibitors the nitrogen fertilizers efficiency can be increase. The objectives of this study was: a) study rates and sources of nitrogen fertilizers on sugarcane (Saccharum spp.) production harvested without burning and evaluate the response of this crop to over trash applied N; b) evaluate the efficieny of using DCD in different texture soils, with or without sugarceane trash, in a icubation experiment with amonium sulphate; c) evaluate the efficiency of DCD and DMPP in Brazilian and German soils in a incubation experiment and d) evaluate the efficiency of DCD and NBPT on ammonia volatilization and nitrification process of urea. Sugarcane yields increase with 0, 50, 100 and 150 kg ha-1 de N rates, but not with different N sources. With using NBPT ammonia volatilization was about 60% less, but also didnt increase sugarcane yield. Ammonium oxidation process in incubation study was inhibited with DCD use and, this inhibition was high in the soil with less clay. With reduction in nitrification process acidification of soil was lower. It was less nitrification microorganisms in soil with using DCD. With nitrification inhibitors (DCD and DMPP) the nitrification processa was delayed in all soils (german and brazilians), especially in sandy soil. DCD was more efficient in the next 10 days because have more mobility in soil wile DMPP was more efficient in the end of nitrification process because is more persistent in soil by his slow degradation process. The use of NBPT with urea is efficient to reduce ammonia volatilization wile urea treated with DCD these N loss is increased. When urea is treated with DCD and NBPT together the ammonia volatilization less is more than NBPT alone, but less of total ammonia volatilization of urea alone. DCD alone is efficient in inhibit nitrificatio

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.

O uso ineficiente do nitrogênio (N) é um problema global, que pode diminuir a sustentabilidade da produção agrícola da cana-de-açúcar para fins energéticos devido às emissões de N2O oriundas da fertilização nitrogenada. A eficiência de utilização de nitrogênio (EUN) tem sido pouco estudada em genótipos de cana-de-açúcar, o que pode ser preocupante devido a importância da cultura para o país. O objetivo desse estudo foi avaliar a EUN de genótipos de cana-de-açúcar, verificando se genótipos contrastantes tem preferência de absorção por amônio ao invés de nitrato, e checar se extratos radiculares de Brachiaria humidicola e Saccharum spontaneum aumentam a eficiência de utilização de N pela cultura. Para isso três experimentos foram desenvolvidos em condições controladas em casa-de-vegetação e câmara de crescimento. No primeiro deles, 18 genótipos foram submetidos a dois níveis de N: limitante (baixo N) e suficiente (alto N). Posteriormente, quatro genótipos selecionados quanto a EUN do primeiro experimento, foram cultivados em câmara de crescimento por 69 dias, onde receberam quantidades conhecidas de N-fertilizante marcado ou no 15NH4+ ou no 15NO3-, sendo avaliados 24 e 72 horas após a aplicação do fertilizante marcado. Um terceiro ensaio foi realizado, em que extratos radiculares de Brachiaria humidicola (BCH) e Saccharum spontaneum (SCS) foram aplicados ao solo com o intuito de verificar seu potencial como inibidor da nitrificação, comparando-os com a dicianodiamida (DCD), e seu efeito para o aumento do aproveitamento do N pela cana-de-açúcar. No experimento de EUN verificou-se grande variação entre os genótipos. Dos 18 genótipos avaliados, seis foram classificados como responsivos a N e eficientes na utilização de N, três foram não eficientes e responsivos; dois foram eficientes e não responsivos, e sete não eficientes e não responsivos. Esse resultado comprova que a recomendação da adubação nitrogenada pode realmente estar pouco precisa, pois não leva em consideração a EUN de cada genótipo, sendo realizada uma aplicação genérica. As medições de fotossíntese mostraram que os genótipos mais eficientes na utilização do N, não necessariamente possuem as taxas fotossintéticas mais elevadas, estando a EUN diretamente relacionada à quantidade de raízes das plantas. No segundo trabalho, verificou-se que o N na planta proveniente do fertilizante (NPPF), 72 horas após a aplicação do N, foi 36% menor quando a fonte marcada foi NO3-, atestando que a cana-de-açúcar tem preferência de absorção por amônio em relação ao nitrato nos primeiros dias após a adubação nitrogenada. Por fim, os resultados do terceiro ensaio mostraram que a aplicação de sulfato de amônio (SA), associado ao inibidor sintético DCD, manteve os valores de N-NO3- baixos ao longo de todo período de avaliação (durante 60 dias), enquanto que com SA, SA+BCH e SA+SCS houve um aumento na concentração de nitrato no solo já a partir de 15 dia após a fertilização. O uso de DCD reduziu o fluxo médio de N2O durante o período de avaliação em relação ao uso isolado do fertilizante, o que não foi observado com o uso de extratos de raízes de Brachiaria humidicola e Saccharum spontaneum / Low effectiveness of nitrogen (N) from fertilizers is a worldwide concern, which can threaten the sustainability of sugarcane production for energy purposes, due to N2O emissions from nitrogen fertilization. The nitrogen use efficiency (NUE) has been few studied in sugarcane genotypes, which can be an important issue due the importance of crop for Brazil. The aim of this study was to evaluate the NUE of sugarcane genotypes, checking if contrasting genotypes relating to NUE have preference by ammonium absorption instead of nitrate; and testing if root extracts of Brachiaria humidicola and Saccharum spontaneum have potential to increase NUE by sugarcane. For this, three experiments were performed under controlled conditions (glasshouse and growth chambers). In the first trial 18 genotypes were subjected to N rates: limiting (low N) and sufficient (high N). Further, four genotypes were selected regarding to NUE being grown for 69 days at growth chamber, when it received N fertilizer labeled whether 15NH4+ or 15NO3-. After that, the plants were assessed at 0, 24 and 72 hours after N application. The third experiment was carried out to evaluated if root extracts of Brachiaria humidicola (BCH) and Saccharum spontaneum (SCS) have potential as nitrification inhibitor compared to dicyandiamide (DCD) aiming to increase NUE by sugarcane. In the first trial there was great variation of NUE among genotypes. The results of NUE permitted to classify the genotypes relating to NUE as responsive to N and efficient to use N (six genotypes); not efficient and responsive to N (three genotypes); efficient and not responsive to N (two genotypes); not efficient and not responsive to N (seven genotypes). This result showed that recommendation of nitrogen fertilization currently used in Brazil is quite imprecision, because it not consider NUE of each genotype. The photosynthesis index not showed good correlation to NUE. The best NUE was obtained in genotypes with very well root growth (biomass). The second experiment was verified that sugarcane genotypes has preference by ammonium few days after 15N-fertilizer application (72h). The plants fertilized with 15N-nitrate uptake 36% less N than those plants fertilized with 15N-ammonium. The results of third experiment showed that the use of ammonium sulfate (AS) plus DCD kept low the NO3--N content in the soil for whole time of experiment (60 days), whereas with AS, AS + BCH and AS + SCS there was an increase in the nitrate content in the soil after 15 days of fertilization. The use of DCD together to AS reduced the N2O emission compared to plants fertilized with only with AS or with AS and others potential natural inhibitors of nitrification (root extracts of Brachiaria humidicola and Saccharum spontaneum)

Um Reator com Aeração Intermitente e Leito Estruturado (RAILE) foi testado como pós- tratamento de UASB tratando efluente doméstico. O RAILE foi submetido a ciclos de uma hora de aeração e duas de anoxia, visando obtenção de Nitrificação e Desnitrificação Simultâneas (NDS) para remoção de nitrogênio. A recirculação aplicada foi de 3 vezes a vazão de entrada, para equalização da qualidade do efluente. O reator tem formato cilíndrico e seu meio suporte é espuma de poliuretano na forma de cilindros dispostos verticalmente, suportados por hastes de cloreto de polivinila (PVC) presas nas extremidades. O estudo foi dividido em duas fases em que o RAILE recebeu efluentes de UASB com diferentes relações de DQO/N-Total. Na primeira fase a relação foi 2,44 e na segunda fase a relação foi 4,01. As remoções de N-Total foram 23,7% e 65,3%, respectivamente para primeira e segunda fase. As remoçôes de DQO para todo o sistema foram 94,8%, para a primeira fase, e 93,4%, para a segunda fase. A alcalinidade se mostrou um parâmetro efetivo pra monitorar a ocorrência de NDS. Embora tenha se mostrado viável como pós-tratamento de UASB em sistemas tratando efluente doméstico, a relação DQO/N-Total precisa ser controlada para garantir o processo de NDS / A Structured Bed Intermittently Aerated reactor (SBIA) was tested as post-treatment for UASB treating domestic wastewater. The SBIA underwent cycles of one hour of aeration and two hour of anoxia to obtain Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) for the removal of nitrogen. The recirculation flow applied was 3 times the input flow to equalize the effluent quality. The reactor had a cylindrical shape and its support medium is polyurethane foam in the form of cylinders arranged vertically, supported by polyvinyl chloride (PVC) rods attached at the ends. The study was divided into two stages in which the SBIA received the UASB reactor effluent with different COD/Total-N ratios. The first COD/Total-N ratio was 2,44 and the second was 4,01. The removal of N-total were 23.7% and 65.3% respectively for the first and second stages. The removal of COD, in all the system, was 94.8% for the first stage and 93.4% for the second stage. The alkalinity proved to be an effective parameter to monitor the occurrence of SND. Although the SBIA proved to be feasible as post-treatment of UASB systems treating domestic wastewater the ratio COD/N-total must be controlled to ensure the process of SND

O reator em batelada seqüencial com biomassa em suspensão foi submetido a concentrações de N-amoniacal de 125, 250 e 500 mg N/L e em condições de oxigênio dissolvido (OD) no reator de 2 mg 'O IND.2'/L, em ciclos de 2h/2h de anóxico/aeróbio. Em todas as fases, o reator foi operado como batelada alimentada. Na condição de 125 mg N/L obteve-se eficiência de remoção de 87% de N, tendo o nitrato sido o principal produto da nitrificação. Na condição de 250 mg N/L, obteve-se eficiência de remoção de N de 84%, com predominância de nitrito como principal produto da nitrificação e com ocorrência de nitrificação e desnitrificação simultânea durante os dois primeiros ciclos aeróbios. Na condição de 500 mg N/L, as condições de concentração de OD de 2 mg 'O IND.2'/L e aeração intermitente a cada 2h não foram suficientes para promover a remoção total de nitrogênio amoniacal. Foram feitas alterações: ciclos de 2h anóxico e 9h aeróbios, com concentração média de 2,8 mg 'O IND.2'/L, que resultaram em eficiências de remoção de N de 94%, com predominância de nitrito. Foram isoladas cepas desnitrificantes com similaridade de 97% para Thauera mechernichensis e Thauera sp. 27 nas condições operacionais de 125 e 250 mg N/L e de 99% para Ochrobactrum anthropi e Ochrobactrum tritici, na condição operacional de 500 mg N/L. O longo tempo de operação resultou na diminuição da população de bactérias oxidantes de nitrito, podendo ter sido uma das causas que contribuiu para que se criassem condições que levariam à nitrificação via nitrito na concentração de 500 mg N/L. O sucesso na prevenção da inibição do processo por amônia livre foi atribuído à adoção das condições operacionais do reator, que foi operado sob aeração intermitente e batelada alimentada. / The sequential batch reactor with suspended bioma was subjected to ammonium concentrations of 125, 250 and 500 mg N/L, oxygen dissolved (OD) concentrations of 2 mg 'O IND.2'/L, 2h/2h of anoxic/aerobic steps. The reactor was operated under fed-batch feeding. At the operational condition of 125 mg N/L, the mean nitrogen removal efficiency of 87% was obtained and nitrate was the main nitrification product. At operational condition of 250 mg N/L, was gotten nitrogen removal efficiencies of 84% and nitrite was the predominant form of nitrogen and simultaneous nitrification and denitrification occurred during the two first aerobic steps of the cycle. At 500 mg N/L, the operating conditions imposed to the reactor (OD concentrations of 2 mg 'O IND.2'/L and intermittent aeration of 2h) did not lead to complete nitrification during the aerated steps, thus affecting nitrogen removal. The conditions were altered increasing the aerated steps to 9 hours, with OD concentration of 2,8 mg 'O IND.2'/L, and keeping the duration of the anoxic steps in 2 hours. Under such conditions, the mean nitrogen removal efficiency attained 94% and nitrite was the predominant oxidized nitrogen specie. It was isolated denitrifiers with similarity of 97% for Thauera mechernichensis and Thauera sp. 27 at the operational conditions of 125 and 250 mg N/L and of 99% for Ochrobactrum anthropi and Ochrobactrum tritici, at operational condition of 500 mg N/L. The long term operation resulted in the decrease of nitrite oxidizers populations and this was probably the main factor contributing for the creation of conditions for the partial nitrification via nitrite to prevail during the operation at ammonium concentration of 500 mg N/L. The success in preventing free ammonia inhibition was attributed to the adoption of intermittent aeration and fed batch operation.

Grande parte das indústrias alimentícias, principalmente as que utilizam processos fermentativos, geram efluentes com altas concentrações de material orgânico e nutrientes (principalmente de nitrogênio), necessitando de sistemas complexos para o seu tratamento. Neste sentido, o presente trabalho foi proposto com o intuito de desenvolver um sistema compacto que possa operar como única unidade de tratamento de águas residuárias industriais, tanto na remoção de matéria orgânica quanto na remoção de nitrogênio, com baixo consumo de energia e baixa produção de lodo. Constatou-se, portanto, a viabilidade técnica do reator combinado anaeróbio-aeróbio vertical de leito fixo para o tratamento de efluentes industriais contendo matéria orgânica (1400 mg DQO/l) e nitrogênio (160 mg N/l). A melhor condição operacional do reator foi conseguida aplicando-se tempo de detenção hidráulica (TDH) de 35 h (21 h na zona anaeróbia e 14 h na zona aeróbia), com base no volume útil do reator, e razão de recirculação (R) igual a 3,5, apresentado eficiências na remoção de DQO, NTK e NT de 97%, 94% e 77%, respectivamente, com concentrações efluentes médias de 36 '+ OU -' 10 mg DQO/l, 2 '+ OU -' 1 mg N-'NH IND.4' POT.+'/l,8 '+ OU -' 3 mg N-org/l, 1 '+ OU -' 1 mg N-'NO IND.2'POT.-'/l e 26 '+ OU -' 23 mg N-'NO IND.3'POT.-'/l. O reator vertical de leito fixo, operando unicamente em condição anaeróbia, apresentou eficiências médias na remoção de DQO de 43 '+ OU -' 9%, 60 '+ OU -' 9% e 70 '+ OU -' 6%, respectivamente para TDH aplicados de 11 h, 17 h e 21 h / Most of the food industries, mainly the ones that use fermentative processes, generates effluent with high concentrations of organic matter and nutrients (nitrogen mainly), needing of complex systems for its treatment. In this direction, the present work was considered to develop a compact system that can operate as only unit of industrial wastewater treatment, in the removal of organic matter and nitrogen, with low consumption of energy and low sludge production. Therefore, the viability of the upflow anaerobic-aerobic combined fixed bed reactor for the treatment of industrial effluent with organic matter (1400 mg COD/l) and nitrogen (160 mg N/l) was evidenced. The best operational condition of the reactor was obtained applying 35 h of hydraulic retention time (21 h in the anaerobic zone and 14 h in the aerobic zone) and recycle ratio (R) of 3.5. In this condition, the COD, TKN and TN efficiencies removal were of 97%, 94% and 77%, respectively, with average effluent concentrations of 10 '+ OU -' 36 mg COD/l, 2 '+ OU -' 1 mg N-'NH IND.4'POT.+'/l, 8 '+ OU -' 3 mg N-org/l, 1 '+ OU -' 1 mg N-'NO IND.2'POT.-'/l and 26 '+ OU -' 23 mg N-'NO IND.3'POT.-'/l. The up-flow fixed bed reactor, operating only in anaerobic condition, presented average efficiencies in the COD removal of 43 '+ OU -' 9%, 60 '+ OU -' 9% and 70 '+ OU -' 6%, for HRT applied of 11 h, 17 h and 21 h, respectively

Made available in DSpace on 2017-07-20T13:41:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sheilla Andrade Leick.pdf: 2263026 bytes, checksum: 91e62ea3575bb77384b927f02fb09de4 (MD5) Previous issue date: 2016-04-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / From the 90s, there was an increasing amount of resources invested in research, development and construction of wastewater treatment systems in order to reduce the amount of nutrients released into rivers. In Brazil, biological treatment systems used in part of the Effluent Treatment Plants (ETP), as Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) and activated sludge systems are effective in removing organic matter. However, they have limitations when the subject is considered the removal of nutrients such as nitrogen and phosphorus. Thus the present study was to evaluate the effectiveness of a structured bed reactor with intermittent aeration in removing organic matter and nitrogen from sewage. The hydraulic retention time (HRT) used was 12 hours, the temperature of 30 ± 1 ° C and the feed was continued. The reactor was operated for 339 days, during which were evaluated three different effluent recirculation flow, and 1Q 2Q 3Q and three different aeration times, where the reactor was aerated 1h, 2h, and 3h in 3 hours cycles, totaling 9 trials. It was in all tests performed Demand Chemical Oxygen removal (COD) and total nitrogen (TN) of at least 69.8% and 29.5%, respectively, and at most 89 , 2% and 55.5%, respectively. Statistical analysis showed no significant difference to the results of COD between tests. There was a strong positive correlation between denitrification and removal of NT, indicating that denitrification the limiting procedure. The lowest concentration of N-NH4, 3.1 mg.L-1, was achieved in Test 4, with recirculation of 2Q and aeration of 1h. In the same test the effluent COD was 40 mg.L-1. Analyzing the results we conclude that the structured bed reactor shows promise for concomitant removal of organic matter and total nitrogen. / A partir da década de 90, houve uma crescente quantidade de recursos investidos na pesquisa, elaboração e construção de sistemas de tratamento de esgotos, visando diminuir a quantidade de nutrientes lançados em corpos d’água. No Brasil, os sistemas de tratamento biológico utilizados em parte das Estações de Tratamento de Efluentes (ETE), como os Reatores Anaeróbios de Leito Fluidizado (RALF) e os sistemas de lodos ativados, são eficientes na remoção de matéria orgânica. Entretanto, deixam muito a desejar quando o quesito analisado é remoção de nutrientes, como nitrogênio e fósforo. Assim o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de um reator de leito estruturado com aeração intermitente na remoção de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada de esgoto sanitário. O reator durante toda o funcionamento foi operado com Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 12 horas, temperatura de 30 ± 1ºC, alimentação contínua e aeração intermitente. O reator foi operado durante 339 dias, período no qual foram avaliadas três diferentes vazões de recirculação (Qr) do efluente, 3Q, 2Q e 1Q, onde Q é a vazão afluente, e três diferentes tempos de aeração, de 1h, 2h, e 3h em ciclos de 3 horas, totalizando 9 ensaios. Verificou-se, em todos os ensaios realizados, remoção de Demanda Química de Oxigênio (DQO) e de Nitrogênio Total (NT) de, no mínimo, 69,8% e 29,5%, respectivamente, e de, no máximo, 89,2% e 55,5%, respectivamente. Análise estatística indicou não haver diferença significativa para os resultados de DQO entre os ensaios. Houve correlação forte e positiva entre desnitrificação e remoção de NT, indicando ser a desnitrificação a fase limitante do processo. A menor concentração de N-NH4 (3,1 mg.L-1), foi obtida no ensaio 4, com condições de recirculação de 2Q e aeração de 1h. Nesse mesmo ensaio a DQO efluente foi de 40 mg.L-1. Analisando-se os resultados obtidos é possível concluir que o reator de leito estruturado se mostra promissor para remoção concomitante de matéria orgânica e nitrogênio total.

O potencial de aplicação do biofiltro aerado submerso (BF) para pós-tratamento de efluentes de um reator anaeróbio compartimentado foi avaliado através de um experimento em escala de laboratório (bancada), visando adequar o efluente tratado aos padrões estabelecidos pela legislação ambiental. Estudou-se a remoção de matéria orgânica e sólidos suspensos no BF, e também a possibilidade de nitrificação no reator. O reator foi construído em coluna de acrílico com 1,30 m de altura, 100 mm de diâmetro e com volume útil de 7,2 L, sendo operado com tempo de detenção hidráulica de 5 horas. Como suporte de imobilização celular, utilizou-se matrizes cúbicas de espuma de poliuretano. Neste trabalho, são apresentados os principais resultados obtidos na operação contínua do reator BF, durante 93 dias consecutivos, divididos em duas fases, devido à variação da carga orgânica volumétrica aplicada (Fase I: 0,99 - 1,87 kg DQO/m3. dia; Fase II: 0,26 - 0,88kg DQO/m3. dia). Durante a fase I de operação, o BF alcançou eficiências médias de remoção de DQO e DBO5 da amostra bruta de 82 e 86%, respectivamente, e de conversão do nitrogênio amoniacal de 81%, com concentração média efluente de 7,5 mg N-amoniacal/L. Na fase final de operação, para remoções médias de 70% de DQOB e 57% de DBO5, o efluente produzido pelo BF apresentava concentrações médias de 30 mg DQOB e 21 mg DBO5/L. Entretanto, o processo de nitrificação nessa fase foi instável, com concentração média de efluente de 25,3 mg N-amoniacal/L. O BF produziu efluente clarificado alcançando valores médios de 3,46 e 2,58 mg/L para SST e SSV, para segunda fase de operação. Este efluente atendeu ao padrão de lançamento do Estado de São Paulo em 100% dos resultados de DBO5, durante todo o período experimental, apresentando bom desempenho na remoção de matéria orgânica, tanto para altas como para baixas cargas orgânicas volumétricas aplicadas. A espuma de poliuretano mostrou-se um suporte adequado para imobilização da biomassa aeróbia e remoção de sólidos suspensos, devida a sua grande capacidade de absorção. Constatou-se, portanto, que o emprego do biofiltro aerado submerso apresenta-se como uma alternativa vantajosa como pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios, produzindo efluente com excelente quantidade e parcialmente nitrificado. / The potential of application of the submerged aerated biofilter (BF) for post-treatment of effluents of an anaerobic baffed reactor was evaIuated through an experiment on Iaboratory scale to adapt the treated effluent to the established quality standards required by the environmental legislation. The removal of organic matter and suspended solids in BF, and aIso the possibility of nitrification in the reactor were studied. The reactor was a column of acrylic with 1,30 m of height, 100 mm diameter and with a useful volume of 7,2 L, being operated with hydraulic detention time of 5 hours. As a support for celluIar immobilization, cubic matrices of polyurethane foam. In this work, the main results were obtained in the continuous operation of the BF reactor, for 93 consecutive days, divided in two phases due to the variation of the applied organic volumetric loading rate (phase I: 0,99-1,87 kg COD/m3.day; Phase II: 0,26-0,88 kg COD/m3.day). During phase I of the operation, BF reached average removal efficiencies of COD and BOD5 of the raw samples of 82 and 86%, respectively, and of conversion of the ammonia nitrogen of 81%, with average effluent concentration of 7,5 mg N-ammonia/L. In the final phase of operation, for removals of 70% of COD and 57% of BOD5, the effluent produced by BF presented average concentrations of 30 mg COD/L and 21 mg BOD5/L. However, the nitrification process in that phase was unstable, with effluent concentrations of 25,3 mg N-ammonia/L. BF produced a very clarified effluent reaching average values of 3,46 and 2,58 mg/L for SST and SSV, for the second operation phase. This effluent satisfied the qualify standards for its discharge in a stream in the State of São Paulo in 100% of the results of BOD5, during the whole experimental period, presenting good performance in the removaI of organic matter, for high as well as for low organic volumetric loading applied. The polyurethane foam demonstrate to be an appropriate support for immobilization of the aerobic biomass and removaI of suspended solids, due to its great absorption capacity. It was found that the employment of the submerged aerated biofilter offers as an advantageous aIternative as anaerobic eftluent post-treatment, producing effluent with excellent quality and partially nitrified.