O processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS) permite alcançar a remoção combinada de matérias carbonácea e nitrogenada em uma única unidade. O reator de leito estruturado, com biomassa imobilizada e recirculação interna, apresenta características positivas para que estes processos envolvidos ocorram, tais como propiciar a formação de biofilme e evitar a colmatação do leito. Esta configuração tem sido estudada com êxito em reatores em escala de bancada para tratamento de esgoto. Nesta pesquisa foi utilizado um reator de leito estruturado em escala piloto com a finalidade de avaliar sua implantação, eficiência e estabilidade tratando esgoto doméstico em condições reais para futura aplicação em pequenas comunidades, condomínios residenciais entre outros como sistema descentralizado. O reator foi construído em fibra de vidro, de formato cilíndrico, com diâmetro interno de aproximadamente 0,80 m e 2,0 m de altura. O volume total foi de aproximadamente 0,905 m3 e o volume útil de 0,642 m3. A operação foi realizada sob condições de aeração contínua e intermitente e os tempos de detenção hidráulica (TDH) testados foram de 48, 36 e 24 horas. A remoção de DQO manteve-se acima de 90% com TDH de 48 e 36 horas. A melhor eficiência de remoção de nitrogênio total foi de 72,4 ± 6,4%, sob TDH de 48 horas e a aeração intermitente, com 2 horas de aeração e 1 hora não aerada. A concentração de oxigênio dissolvido (OD) média de 2,8 ± 0,5 mg.L-1 na fase aerada e temperatura média de 24,7 ± 1,0 °C. Nesse mesmo período, a eficiência média de remoção de DQO foi de 94 ± 4 %. Apesar das dificuldades apresentadas no controle da aeração, as eficiências das remoções obtidas indicaram que o reator de leito estruturado e aeração intermitente (LEAI) se apresenta como uma alternativa promissora em escala plena, requerendo ajustes para construção e incremento da estabilidade da NDS. / The simultaneous nitrification and denitrification (SND) process allow achieving a combined nitrogen and carbon removal in a single unit. The structured-bed reactor, with immobilized biomass and internal recirculation, presents positive characteristics for occurrence of these involved processes, such as providing biofilm formation and prevent clogging. This configuration have been study successfully in a bench scale for sewage treatment. In this research was used a structured-bed reactor in a pilot scale in order to evaluate its implantation, efficiency and stability treating sewage in real conditions to future application in small communities, residential condominium among others, as decentralized treatment. The reactor was constructed with cylindrical glass fiber modules, with internal diameter of 0.8 m and 2.0 m height. The total volume was about 0.905 m3 and 0.642 m3 working volume. It was worked under continuous and intermittent aeration conditions and the tested hydraulic retention times (HRT) were 48, 36 e 24 hours. The maximum total nitrogen removal was 72.4 ± 6.4% ; the HRT was 48 hours with intermittent aeration, in which 2 hours in aeration and 1-hour nonaeration. An average dissolved oxygen (DO) concentration of 2.8 ± 0.5 mg.L-1 in the aerated time and an average temperature of 24.7 ± 1.0°C. In the same period, the average COD removal was 94 ± 4%. Despite of the difficulties presented in aeration control, the obtained removals indicated the structured-bed reactor subjected to recirculation and intermittent aeration (SBRRIA) can be a promising alternative in full scale, demanding adjustments to improve the reactor construction and the SND stability.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-02-05T17:21:21Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ana C Wendling.pdf: 1711610 bytes, checksum: 68dc677af063a5833bd222516d408814 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-05T17:21:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ana C Wendling.pdf: 1711610 bytes, checksum: 68dc677af063a5833bd222516d408814 (MD5) Previous issue date: 2017-05-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O consumo do oxigênio dissolvido nos corpos hídricos é um dos principais problemas resultantes da poluição nas águas por matéria orgânica. Outro ponto importante é a eutrofização, que é o crescimento excessivo das plantas devido ao excesso de nutrientes presentes nesse meio. As estações de tratamento de esgoto brasileiras costumam utilizar processos biológicos para a remoção da matéria orgânica e do nitrogênio. Nesse sentido visando a remoção simultânea da Demanda Química de Oxigênio (DQO) e de Nitrogênio Total (NT) do esgoto sanitário, o presente estudo teve como objetivo avaliar a eficiência de um reator de leito estruturado com aeração intermitente, com períodos de aeração de 60 minutos seguidos de 120 minutos sem aeração, a cada ciclo de 180 minutos. O reator foi operado com Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 8 horas, temperatura de 30 ± 1ºC, alimentação contínua e razão de recirculação igual a 2. Foram realizados 5 ensaios que se diferenciaram em a composição do afluente. Os afluentes foram compostos por uma combinação de parcelas de esgoto sanitário bruto da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) Verde e efluente de Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado (RALF) da mesma ETE. As concentrações de cada parcela no afluente foram de 0%, 25%, 50%, 75% e 100%. Como meio suporte para a fixação dos microrganismos foram utilizados 13 cilindros de espuma de poliuretano dispostos verticalmente no reator. Para avaliação da eficiência do processo, foram realizadas as análises de pH, alcalinidade, Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK), nitrogênio amoniacal (N-NH4+), nitrito (N-NO2-), nitrato (N-NO3-), Demanda Química de Oxigênio (DQO) e fósforo. A eficiência mínima de remoção de DQO obtida foi de 76% e a máxima de 95%, porém os resultados apontaram que não houve diferença estatística significativa entre os ensaios para esse parâmetro. A melhor eficiência de remoção de NT foi de 78%, com afluente composto apenas por efluente do RALF, que foi o ensaio 3. Nestas condições o efluente apresentou teores de DQO de 14 mg.L-1, de N-NH4+ de 3 mg.L-1, de N-NO3- de 2 mg.L-1 e de N-NO2- de 3 mg.L-1. Diante dos resultados foi possível concluir que o reator de leito estruturado e aeração intermitente é eficiente para a remoção simultânea da matéria orgânica carbonácea e nitrogenada com afluente contendo uma mistura do esgoto bruto e efluente de RALF nas mais diferentes proporções. / The consumption of dissolved oxygen in water bodies is one of the main problems resulting from water pollution by organic matter. Another important point is eutrophication, which is the excessive growth of plants due to the excess of nutrients present in this medium. Brazilian sewage treatment plants usually use biological processes for the removal of organic matter and nitrogen. In this sense, aiming at the simultaneous removal of Chemical Oxygen Demand (COD) and Total Nitrogen (TN) from sanitary sewage, the present study aimed to evaluate the efficiency of a structured bed reactor with intermittent aeration, with aeration periods of 60 Minutes followed by 120 minutes without aeration, with each cycle of 180 minutes. The reactor was operated with Hydraulic Detention Time (HDT) of 8 hours, temperature of 30 ± 1ºC, continuous feed and recirculation ratio equal to 2. Five trials were performed that differed in the composition of the influent. The influente were composed of a combination of raw sewage plots from the Green Sewage Treatment Station (ETE) and the Fluidized Bed Anaerobic Reactor (RALF) effluent from the same ETE. The concentrations of each plot in the affluent were 0%, 25%, 50%, 75% and 100%. As a support medium for Microorganisms were used 13 polyurethane foam cylinders arranged vertically in the reactor. In order to evaluate the efficiency of the process, pH, alkalinity, Total Kjeldahl Nitrogen (TKN), ammoniacal nitrogen (N-NH4+), nitrite (N-NO2-), nitrate (N-NO3-), Chemical Demand Oxygen (COD) and phosphorus. The minimum COD removal efficiency obtained was 76% and the maximum of 95%, but the results showed that there was no significant statistical difference between the tests for this parameter. The best effluent removal efficiency was 78%, with an effluent composed only of RALF effluent, which was test 3. Under these conditions, the effluent had COD contents of 14 mg.L-1, 3 mg N-NH4+.L-1, N-NO3- of 2 mg.L-1 and N NO2- of 3 mg.L-1. In view of the results it was possible to conclude that the structured bed reactor and intermittent aeration is efficient for the simultaneous removal of carbonaceous and nitrogenous organic matter with a influent containing a mixture of crude sewage and RALF effluent in the most different proportions.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-05-23T17:33:13Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Jenzura, Nathanna Tessari.pdf: 1299612 bytes, checksum: 393334e0cc91397299fbbc9f1ed6cb45 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-23T17:33:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Jenzura, Nathanna Tessari.pdf: 1299612 bytes, checksum: 393334e0cc91397299fbbc9f1ed6cb45 (MD5) Previous issue date: 2017-03-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O fenômeno da eutrofização é caracterizado pelo crescimento excessivo de algas devido ao excesso de nitrogênio e fósforo em corpos d’água. Combinado a esse fator, temos o fato de que as ETEs (Estação de Tratamento de Efluentes) brasileiras foram projetadas para remover a DQO (Demanda Química de Oxigênio) e não os nutrientes, com isso é necessário o tratamento terciário para atendimento à legislação. Pesquisas mostram que há a possibilidade de remover DQO e nitrogênio em um único compartimento, o que geraria economia na implantação e operação de ETEs. O objetivo dessa pesquisa foi avaliar a eficiência deum reator de leito estruturado comaeração intermitente e fluxo contínuo na remoção de nitrogênio e DQO do esgoto sanitário bruto misturado com efluente de RALF (Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado). O reator apresentava volume útil de 8,6 L.O leito estruturado era composto por 13 cilindros de espuma de poliuretano com diâmetro igual a 2,5 cm e comprimento de 63 cm, dispostos verticalmente no interior do reator. A alimentação era feita continuamente com 50% de esgoto sanitário bruto e 50% de efluente de RALF. O experimento foi feito seguindo-se planejamento fatorial 22, que resultou em sete ensaios com quatro pontos nos níveis extremos (+1 e -1) e a triplicata do ponto central. Os fatores e respectivos níveis estipulados foram TDH (Tempos de Detenção Hidráulica) de 8, 10 e 12 horas, e tempo de aeração de 60, 75 e 90 minutos, em ciclos de 180 minutos. A razão de recirculação foi igual a 2 vezes a vazão de entrada. Nestas condições foram encontrados como média de remoção de DQO de 76%e NT (nitrogênio total) de 83%. O melhor resultado de eficiência de DQO (92%) e NT (88%), foi encontrado quando o reator operou com tempo de aeração de 60 minutos e TDH de 8 horas, tendo como concentração final DQO igual a 18 mg.L-1 eNT de 4,3 mg.L-1. A superfície de resposta foi utilizada para se avaliar os efeitos dos fatores sobre as respostas encontradas, e para desenvolver um modelo matemático que possibilitasse prever a eficiência do reator em relação à nitrificação e remoção de NT. Os resultados obtidos indicaram que o reator de leito estruturado com aeração intermitente é uma alternativa viável para remoção simultânea de DQO e NT. O modelo matemático obtido mostrou ser preditivo com relação à eficiência de nitrificação e remoção de NT. Com TDH de 9 horas e aeração de 60 minutos a eficiência teórica de nitrificação e remoção de NT obtida com os modelos propostos foi de 94 e 85%, respectivamente, e os resultados experimentais obtidos foram de 89 e 81%, respectivamente, próximos aos teóricos. / The phenomenon of eutrophication is characterized by excessive growth of algae due to excess nitrogen and phosphorus in water bodies. Combined with this factor, we have the fact that the Brazilian Effluent Treatment Plants (ETP) were designed to remove COD (Chemical Oxygen Demand) and not nutrients, so it is necessary the tertiary treatment to comply with the legislation. Research shows that there is the possibility of removing COD and nitrogen in a single compartment, which would generate savings in the implementation and operation of ETP. The objective of this research was to evaluate the efficiency of a structured bed reactor with intermittent and continuous flow in the removal of nitrogen and COD from the raw sanitary sewage mixed with UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) effluent. The reactor had a useful volume of 8,6 L. The structured bed was composed of 13 cylinders of polyurethane foam with a diameter of 2,5 cm and a length of 63 cm, arranged vertically inside the reactor. The feed was continuously fed with 50% crude sanitary sewage and 50% RALF effluent. The experiment was done following a factorial design 22, which resulted in seven tests with four points at the extreme levels (+1 and -1) and the triplicate of the central point. The factors and respective stipulated levels were HRT (Hydraulic Retention Times) of 8, 10 and 12 hours, and aeration time of 60, 75 and 90 minutes in 180 minute cycles. The recirculation ratio was equal to 2 times the inlet flow rate. Under these conditions were found to be COD removal average of 76% and NT (Total Nitrogen) of 83%. The best COD (92%) and NT (88%) efficiency results were found when the reactor operated with 60 minute aeration time and 8 hour HRT, having a final COD concentration of 18 mg.L-1 and NT of 4.3 mg.L-1. The response surface was used to verify the effects of the factors on the responses and to design a mathematic model to predict NT removal and nitrification. The results obtained allow us to consider that the structured bed reactor with intermittent aeration is a viable alternative for the simultaneous removal of COD and nitrogen compounds.The mathematical model obtained was predictive, and with a HRT of 9 hours and aeration of 60 minutes, the experimental responses for TN removal and nitrification efficiency was 81% and 89%, respectively, very close to the predicted one, that was 85% and 94%.

Este trabalho apresenta uma avaliação dos parâmetros cinéticos, hidrodinâmicos e de transferência de massa de um reator radial aeróbio-anóxico de leito fixo, em escala piloto, com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano e alimentado com efluente de um reator anaeróbio horizontal de leito fixo que tratava esgoto sanitário. Os parâmetros estimados demonstraram que as resistências líquido-sólido e intraparticular afetam significativamente a velocidade global de consumo de oxigênio no sistema de leito fixo e que a agitação mecânica pode minimizar essas resistências. Os valores de (KLA), para velocidades superficiais de ar entre 0,14 e 0,95 cm.s-1, variaram na faixa de 20,8 e 58,8 h-1 para água do sistema de abastecimento público, e 16,8 a 53,0 h-1 para esgoto pré-tratado anaerobiamente. A velocidade intrínseca de consumo de oxigênio foi estimada em 19,9 mgO2.g SSV-1.h-1. A velocidade de remoção de DQO pôde ser representada pelo modelo cinético de primeira ordem com residual e a conversão de nitrogênio seguiu modelo de reações em série, de pseudo-primeira ordem, com valores das constantes cinéticas k1 e k2 iguais a 0,251 h-1 e 6,624 h-1, respectivamente. O comportamento hidrodinâmico pôde ser representado pelo modelo de 3 e 4 tanques de mistura completa em série. Foi possível promover a nitrificação e desnitrificação no reator radial aeróbio-anóxico mantido parcialmente aerado, com tempos de detenção hidráulica de 3,3 horas na zona aeróbia e 2,7 horas na zona anóxica, e com adição de etanol como fonte externa de carbono. O efluente apresentou valor médio da DQOf de 52 mg O2.l-1, e concentrações de 2 mg N.l-1, 1,24 mg N.l-1 e 3,46 mg N.l-1, respectivamente, para nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato. / The assessment of hydrodynamics, mass transfer and kinetic parameters of a pilot fixed bed reactor containing immobilized biomass in polyurethane matrices and fed with the effluent of a horizontal-flow fixed bed anaerobic reactor that treated domestic sewege is presented. For oxygen, the estimated parameters showed that the liquid-solid and intra-particles resistances significantly affected the global substrate consumption velocity. It was also found that mechanical agitation can minimize such resistances. The KLA values for superficial velocities between 0.14 and 0.95 cm.s-1 varied from 20.8 to 58.8 h-1 for tap water, and 16.8 to 53.0 h-1 for the anaerobic pre-treated effluent. The oxygen consumption intrinsic velocity was estimated in 19.9 mgO2.gSSV-1.h-1. The COD removal velocity could be represented by a first order kinetic model with residual, while nitrogen conversion followed an also a first order reactions in series model, with kinetic constants k1 and k2 of 0.25 h-1 and 6.62 h-1, respectively. The hydrodynamics behavior could be represented by the model of three to four completely mixed reactors in series. It was possible to promote nitrification and the denitrification in the radial reactor kept partially aerated and operated at hydraulics detention times of 3.3 hours and 2.7 hours in the aerobic and anoxic zones, respectively. The radial reactor effluent presented COD of 52 mg.l-1, based on filtered samples, and concentrations of 2 mg N.l-1, 1.24 mg N.l-1, and 3,46 mg N.l-1 for ammonia nitrogen, nitrite and nitrate, respectively.

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)

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriana_ Neres de Lima Model.pdf: 1114285 bytes, checksum: 5ac5451e63a53706eccc865aabd911c5 (MD5) Previous issue date: 2016-02-16 / Nitrification associated to autotrophic denitrification, up from an elemental sulfur as an electron donor, can be an adequate option during the post-treatment of anaerobic effluent, which contains ammoniacal nitrogen that should be nitrified, and whose low carbon concentrations (C/N<5) make heterotrophic denitrification difficult. Due to the alkalinity consumption in both processes, lime materials can be applied as alkalizing to ensure the nitrogen removal efficiencies. Therefore, based on this finding, this research has proposed nitrification application followed by autotrophic denitrification in a single reactor containing elemental sulfur and dolomitic limestone to remove nitrogen from an anaerobic effluent from a cold storage from poultry industry. Thus, this study was divided into three steps due to some gaps in literature on the application of autotrophic denitrification up from elemental sulfur in real effluents. In the first step, the performance of autotrophic denitrification was evaluated in four anoxic fixed-bed reactors of elemental sulfur and dolomitic lime at 4:0, 3:1, 1:1 and 1:3 ratios. The reactors were submitted to constant nitrogen feed load (0.114 kg N m³ -1 d-1) under five initial alkalinity conditions (1,000, 800, 600, 400 and 200 mg CaCO3 L-1). The reactors showed similar behavior under those five evaluated experimental conditions. The greatest denitrification efficiencies (from 84.8 to 94.9%) were observed in the first three conditions, whose denitrification rate was 0.102 ± 0.002 kg NOx m³ -1 d-1 and apparent consumption of alkalinity superior to 244.8 mg CaCO3 L-1. Denitrification efficiencies tended to decrease due to the decrease in the initial concentration of alkalinity up from the third experimental condition (600 mg CaCO3 L-1) due to an excessive consumption and inadequate increase of alkalinity (< 180 mg CaCO3 L-1) from dolomitic limestone. During the second step, the anoxic reactor with bed composition (1: 3 ratio), whose initial alkalinity condition was 600 mg CaCO3 L-1, operated at 14, 10 and 6 h HRT. The reactor showed denitrification efficiencies of 94.4 ± 2.0; 94.9 ± 2; 71.1 ± 7.8% as well as denitrification rates of 0.115 ± 0.007; 0.164 ± 0.007 and 0.217 ± 0.025 kg NOx m³ -1 d-1 for HDT of 14, 10 and 6 hours, respectively. At the sixth hour-HRT, the applied overload and limited mass transfer may have contributed to performance decrease into the reactor due to the accumulation of gases in the bed. The third step approached about feeding strategies with mixing ammonified as well as nitrified one in different rates 1:3 (E1), 1:1 (E2) and 3:1 (E3) in anoxic-aerobic reactor of fixed bed with elemental sulfur: dolomitic limestone 1: 3, under 1,000 mg CaCO3 L-1 initial condition of alkalinity. The reactor presented some efficiencies of ammoniacal and total nitrogen removal of 67.3 ± 6.4 and 64.2 ± 6.3% for E1 condition, 63.4 ± 6.4 and 53.1 ± 7.1% for E2 and 14.2 ± 4.4 and 33.8 ± 1.7% for E3. The generation of hydrogen sulfide mainly from sulfur imbalance effect in anoxic compartment may have contributed to a partial inhibition of nitrifying bacteria. The difficulty in keeping the nitrification process was characterized as a limiting factor during nitrogen removal. Low total nitrogen removal efficiencies have implied that nitrification followed by autotrophic denitrification from elemental sulfur in a single reactor was inadequate to remove nitrogenous compounds of anaerobic effluent from a cold storage from poultry industry / A nitrificação acoplada à desnitrificação autotrófica, a partir do enxofre elementar como doador de elétrons, pode ser uma opção adequada no pós-tratamento de efluentes anaeróbios, os quais contêm nitrogênio amoniacal que deve ser nitrificado, cujas baixas concentrações de carbono (C/N<5) dificultam a desnitrificação heterotrófica. Devido ao consumo de alcalinidade nos dois processos, materiais calcários podem ser utilizados como alcalinizantes para garantir as eficiências de remoção do nitrogênio. Com base nessa constatação, esta pesquisa propôs a aplicação da nitrificação seguida da desnitrificação autotrófica em único reator contendo enxofre elementar e calcário dolomítico na remoção de nitrogênio de efluente anaeróbio proveniente de frigorífico avícola. Devido às lacunas presentes na literatura sobre a aplicação da desnitrificação autotrófica a partir do enxofre elementar em efluentes reais, esse estudo foi dividido em três etapas. Na primeira etapa, avaliou-se o desempenho da desnitrificação autotrófica em quatro reatores anóxicos de leito fixo de enxofre elementar e calcário dolomítico nas proporções de 4:0, 3:1, 1:1 e 1:3. Os reatores foram submetidos à alimentação de carga nitrogenada constante de 0,114 kg N m³ -1 d-1 em cinco condições de alcalinidade inicial (1000, 800, 600, 400 e 200 mg CaCO3 L-1). Os reatores apresentaram comportamento semelhante nas cinco condições experimentais avaliadas. As maiores eficiências de desnitrificação (entre 84,8 e 94,9%) foram observadas nas três primeiras condições, com taxa de desnitrificação de 0,102±0,002 kg NOx m³ -1 d-1 e consumo aparente de alcalinidade superior a 244,8 mg CaCO3 L-1. As eficiências de desnitrificação tenderam a diminuir em função do decréscimo da alcalinidade inicial a partir da terceira condição experimental (600 mg CaCO3 L-1) devido ao consumo excessivo e ao incremento insuficiente de alcalinidade (<180 mg CaCO3 L-1) a partir do calcário dolomítico. Na segunda etapa, o reator anóxico com composição de leito na relação de 1:3, em condição inicial de alcalinidade de 600 mg CaCO3 L-1, foi operado em TDH de 14, 10 e 6 horas. O reator apresentou eficiências de desnitrificação de 94,4±2,0 e 94,9±2 e 71,1±7,8% e taxas de desnitrificação de 0,115±0,007, 0,164±0,007 e 0,217±0,025 kg NOx m³ -1 d-1 para os TDH de 14, 10 e 6 horas, respectivamente. No TDH de 6 horas, a sobrecarga aplicada e a limitada transferência de massa, devido ao acúmulo de gases no leito, podem ter contribuído para diminuição do desempenho do reator. A terceira etapa abordou estratégias de alimentação com mistura de efluentes amonificado e nitrificado em diferentes proporções de 1:3 (E1), 1:1 (E2) e 3:1 (E3) em reator anóxico-aeróbio de leito fixo de enxofre elementar: calcário dolomítico de 1:3 em condição inicial de alcalinidade de 1000mg CaCO3L-1. O reator apresentou eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal e total de 67,3±6,4 e 64,2±6,3% para a condição E1, 63,4±6,4 e 53,1±7,1% para E2 e 14,2±4 e 33,8±1,7% para E3. A geração de sulfeto de hidrogênio a partir, principalmente, do efeito de desproporção do enxofre no compartimento anóxico, pode ter contribuído para a inibição parcial das bactérias nitrificantes. A dificuldade em manter o processo de nitrificação foi caraterizada como fator limitante na remoção de nitrogênio. As baixas eficiências de remoção de nitrogênio total indicaram que a nitrificação seguida da desnitrificação autotrófica, a partir do enxofre elementar em único reator, não foi adequada para remover compostos nitrogenados de efluente anaeróbio de frigorífico avícola

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.

O processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS) permite alcançar a remoção combinada de matérias carbonácea e nitrogenada em uma única unidade. O reator de leito estruturado, com biomassa imobilizada e recirculação interna, apresenta características positivas para que estes processos envolvidos ocorram, tais como propiciar a formação de biofilme e evitar a colmatação do leito. Esta configuração tem sido estudada com êxito em reatores em escala de bancada para tratamento de esgoto. Nesta pesquisa foi utilizado um reator de leito estruturado em escala piloto com a finalidade de avaliar sua implantação, eficiência e estabilidade tratando esgoto doméstico em condições reais para futura aplicação em pequenas comunidades, condomínios residenciais entre outros como sistema descentralizado. O reator foi construído em fibra de vidro, de formato cilíndrico, com diâmetro interno de aproximadamente 0,80 m e 2,0 m de altura. O volume total foi de aproximadamente 0,905 m3 e o volume útil de 0,642 m3. A operação foi realizada sob condições de aeração contínua e intermitente e os tempos de detenção hidráulica (TDH) testados foram de 48, 36 e 24 horas. A remoção de DQO manteve-se acima de 90&#37; com TDH de 48 e 36 horas. A melhor eficiência de remoção de nitrogênio total foi de 72,4 &#177; 6,4&#37;, sob TDH de 48 horas e a aeração intermitente, com 2 horas de aeração e 1 hora não aerada. A concentração de oxigênio dissolvido (OD) média de 2,8 &#177; 0,5 mg.L-1 na fase aerada e temperatura média de 24,7 &#177; 1,0 &#176;C. Nesse mesmo período, a eficiência média de remoção de DQO foi de 94 &#177; 4 &#37;. Apesar das dificuldades apresentadas no controle da aeração, as eficiências das remoções obtidas indicaram que o reator de leito estruturado e aeração intermitente (LEAI) se apresenta como uma alternativa promissora em escala plena, requerendo ajustes para construção e incremento da estabilidade da NDS. / The simultaneous nitrification and denitrification (SND) process allow achieving a combined nitrogen and carbon removal in a single unit. The structured-bed reactor, with immobilized biomass and internal recirculation, presents positive characteristics for occurrence of these involved processes, such as providing biofilm formation and prevent clogging. This configuration have been study successfully in a bench scale for sewage treatment. In this research was used a structured-bed reactor in a pilot scale in order to evaluate its implantation, efficiency and stability treating sewage in real conditions to future application in small communities, residential condominium among others, as decentralized treatment. The reactor was constructed with cylindrical glass fiber modules, with internal diameter of 0.8 m and 2.0 m height. The total volume was about 0.905 m3 and 0.642 m3 working volume. It was worked under continuous and intermittent aeration conditions and the tested hydraulic retention times (HRT) were 48, 36 e 24 hours. The maximum total nitrogen removal was 72.4 &#177; 6.4&#37; ; the HRT was 48 hours with intermittent aeration, in which 2 hours in aeration and 1-hour nonaeration. An average dissolved oxygen (DO) concentration of 2.8 &#177; 0.5 mg.L-1 in the aerated time and an average temperature of 24.7 &#177; 1.0&#176;C. In the same period, the average COD removal was 94 &#177; 4&#37;. Despite of the difficulties presented in aeration control, the obtained removals indicated the structured-bed reactor subjected to recirculation and intermittent aeration (SBRRIA) can be a promising alternative in full scale, demanding adjustments to improve the reactor construction and the SND stability.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:46:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dilcemara Cristina Zenatti.pdf: 3283328 bytes, checksum: 7aa4b120d287db79b605fc5010d7c5e6 (MD5) Previous issue date: 2007-01-25 / Universidade Federal do Paraná. Campus de Palotina / The agribusiness possesses a high potential of negative environmental impacts related to the generation of residues, overcoat of liquid effluents rich in organic matter and nutrients. The release of those no treated effluents has been the cause of serious damages to the environment. The biological treatment of the nitrogen compositions has been an alternative to improve the quality of the effluents. One of the biological processes is constituted of the nitrification follow by desnitrification, being the nitrification the limiting factor for good performance of the system. The objective of this work was to evaluate the influence of the aeration and of the time of reaction in the process of nitrification of the tilapia effluent in sequential batch reactor with immobilized biomass. The experiment was driven in laboratory scale where two levels of flow of air were tested (QAr = 3 and 6 L.min-1) and two levels of time of reaction (TR = 6 and 12 hours), configuring a factorial experimental planned with four treatments: T1 (QAr=3 L.min-1 and TR = 6:00); T2 (QAr=6 L.min-1 and TR = 6:00), T3 (QAr=3 L.min- 1 and TR = 12:00) and T1 (QAr=6 L.min-1 and TR = 12:00), and four repetitions. The efficiency of Conversion was evaluated (%) of the amoniacal nitrogen to nitrate, the efficiency of Removal (%) of amoniacal nitrogen and the kinetic profile of the nitrification, with the calculation of the apparent kinetic constants k1 and k2. The results showed that the increase in the reaction time (TR) and the increment in the air flow is favorable in the nitrification process. Being that the T4 treatment was what presented better resulted in all the factors analyzed with average values of efficiency for conversion and removal of 57,27± 27,05% and 81,90±3,80, respectively and 0,00300±0,00030 min-1 and 0,00298±0,00024 min-1 for the apparent constants k1 and k2. / A agroindústria possui um elevado potencial de impactos ambientais negativos relacionados à geração de resíduos, sobretudo de efluentes líquidos ricos em matéria orgânica e nutrientes. O tratamento biológico dos compostos nitrogenados tem sido uma alternativa para melhorar a qualidade dos efluentes. Um dos processos biológicos constitui-se da nitrificação seguida da desnitrificação, sendo a nitrificação fator limitante para o bom desempenho do sistema. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da aeração e do tempo de reação no processo de nitrificação de efluente de abatedouro de tilápia em reator em batelada seqüencial com biomassa imobilizada. O experimento foi conduzido em escala de laboratório onde foram testados dois níveis de vazão de ar (QAr = 3 e 6 L.min-1) e dois níveis de tempo de reação (TR = 6 e 12 horas), configurando um planejamento experimental fatorial com quatro tratamentos: T1 (QAr=3 L.min-1 e TR= 6h); T2 (QAr=6 L.min-1 e TR= 6h), T3 (QAr=3 L.min-1 e TR= 12h) e T1 (QAr=6 L.min-1 e TR= 12h), e quatro repetições para cada tratamento. Avaliou-se a eficiência de Conversão(%) do nitrogênio amoniacal a nitrato, a eficiência de Remoção(%) de nitrogênio amoniacal e o perfil cinético da nitrificação, com o cálculo das constantes cinéticas aparentes k1 e k2. Os resultados mostraram que o aumento no tempo de reação (TR) e o incremento na vazão de ar foram favoráveis no processo de nitrificação, sendo que o tratamento T4 foi o que apresentou melhores resultados em todos os fatores analisados com valores médios de eficiência para conversão e remoção de 57,27 ± 27,05% e 81,90 ± 3,80, respectivamente e 0,00300 ± 0,00030 min-1 e 0,00298 ± 0,00024 min-1 para as constantes aparentes k1 e k2.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriana_ Neres de Lima Model.pdf: 1114285 bytes, checksum: 5ac5451e63a53706eccc865aabd911c5 (MD5) Previous issue date: 2016-02-16 / Nitrification associated to autotrophic denitrification, up from an elemental sulfur as an electron donor, can be an adequate option during the post-treatment of anaerobic effluent, which contains ammoniacal nitrogen that should be nitrified, and whose low carbon concentrations (C/N<5) make heterotrophic denitrification difficult. Due to the alkalinity consumption in both processes, lime materials can be applied as alkalizing to ensure the nitrogen removal efficiencies. Therefore, based on this finding, this research has proposed nitrification application followed by autotrophic denitrification in a single reactor containing elemental sulfur and dolomitic limestone to remove nitrogen from an anaerobic effluent from a cold storage from poultry industry. Thus, this study was divided into three steps due to some gaps in literature on the application of autotrophic denitrification up from elemental sulfur in real effluents. In the first step, the performance of autotrophic denitrification was evaluated in four anoxic fixed-bed reactors of elemental sulfur and dolomitic lime at 4:0, 3:1, 1:1 and 1:3 ratios. The reactors were submitted to constant nitrogen feed load (0.114 kg N m³ -1 d-1) under five initial alkalinity conditions (1,000, 800, 600, 400 and 200 mg CaCO3 L-1). The reactors showed similar behavior under those five evaluated experimental conditions. The greatest denitrification efficiencies (from 84.8 to 94.9%) were observed in the first three conditions, whose denitrification rate was 0.102 ± 0.002 kg NOx m³ -1 d-1 and apparent consumption of alkalinity superior to 244.8 mg CaCO3 L-1. Denitrification efficiencies tended to decrease due to the decrease in the initial concentration of alkalinity up from the third experimental condition (600 mg CaCO3 L-1) due to an excessive consumption and inadequate increase of alkalinity (< 180 mg CaCO3 L-1) from dolomitic limestone. During the second step, the anoxic reactor with bed composition (1: 3 ratio), whose initial alkalinity condition was 600 mg CaCO3 L-1, operated at 14, 10 and 6 h HRT. The reactor showed denitrification efficiencies of 94.4 ± 2.0; 94.9 ± 2; 71.1 ± 7.8% as well as denitrification rates of 0.115 ± 0.007; 0.164 ± 0.007 and 0.217 ± 0.025 kg NOx m³ -1 d-1 for HDT of 14, 10 and 6 hours, respectively. At the sixth hour-HRT, the applied overload and limited mass transfer may have contributed to performance decrease into the reactor due to the accumulation of gases in the bed. The third step approached about feeding strategies with mixing ammonified as well as nitrified one in different rates 1:3 (E1), 1:1 (E2) and 3:1 (E3) in anoxic-aerobic reactor of fixed bed with elemental sulfur: dolomitic limestone 1: 3, under 1,000 mg CaCO3 L-1 initial condition of alkalinity. The reactor presented some efficiencies of ammoniacal and total nitrogen removal of 67.3 ± 6.4 and 64.2 ± 6.3% for E1 condition, 63.4 ± 6.4 and 53.1 ± 7.1% for E2 and 14.2 ± 4.4 and 33.8 ± 1.7% for E3. The generation of hydrogen sulfide mainly from sulfur imbalance effect in anoxic compartment may have contributed to a partial inhibition of nitrifying bacteria. The difficulty in keeping the nitrification process was characterized as a limiting factor during nitrogen removal. Low total nitrogen removal efficiencies have implied that nitrification followed by autotrophic denitrification from elemental sulfur in a single reactor was inadequate to remove nitrogenous compounds of anaerobic effluent from a cold storage from poultry industry / A nitrificação acoplada à desnitrificação autotrófica, a partir do enxofre elementar como doador de elétrons, pode ser uma opção adequada no pós-tratamento de efluentes anaeróbios, os quais contêm nitrogênio amoniacal que deve ser nitrificado, cujas baixas concentrações de carbono (C/N<5) dificultam a desnitrificação heterotrófica. Devido ao consumo de alcalinidade nos dois processos, materiais calcários podem ser utilizados como alcalinizantes para garantir as eficiências de remoção do nitrogênio. Com base nessa constatação, esta pesquisa propôs a aplicação da nitrificação seguida da desnitrificação autotrófica em único reator contendo enxofre elementar e calcário dolomítico na remoção de nitrogênio de efluente anaeróbio proveniente de frigorífico avícola. Devido às lacunas presentes na literatura sobre a aplicação da desnitrificação autotrófica a partir do enxofre elementar em efluentes reais, esse estudo foi dividido em três etapas. Na primeira etapa, avaliou-se o desempenho da desnitrificação autotrófica em quatro reatores anóxicos de leito fixo de enxofre elementar e calcário dolomítico nas proporções de 4:0, 3:1, 1:1 e 1:3. Os reatores foram submetidos à alimentação de carga nitrogenada constante de 0,114 kg N m³ -1 d-1 em cinco condições de alcalinidade inicial (1000, 800, 600, 400 e 200 mg CaCO3 L-1). Os reatores apresentaram comportamento semelhante nas cinco condições experimentais avaliadas. As maiores eficiências de desnitrificação (entre 84,8 e 94,9%) foram observadas nas três primeiras condições, com taxa de desnitrificação de 0,102±0,002 kg NOx m³ -1 d-1 e consumo aparente de alcalinidade superior a 244,8 mg CaCO3 L-1. As eficiências de desnitrificação tenderam a diminuir em função do decréscimo da alcalinidade inicial a partir da terceira condição experimental (600 mg CaCO3 L-1) devido ao consumo excessivo e ao incremento insuficiente de alcalinidade (<180 mg CaCO3 L-1) a partir do calcário dolomítico. Na segunda etapa, o reator anóxico com composição de leito na relação de 1:3, em condição inicial de alcalinidade de 600 mg CaCO3 L-1, foi operado em TDH de 14, 10 e 6 horas. O reator apresentou eficiências de desnitrificação de 94,4±2,0 e 94,9±2 e 71,1±7,8% e taxas de desnitrificação de 0,115±0,007, 0,164±0,007 e 0,217±0,025 kg NOx m³ -1 d-1 para os TDH de 14, 10 e 6 horas, respectivamente. No TDH de 6 horas, a sobrecarga aplicada e a limitada transferência de massa, devido ao acúmulo de gases no leito, podem ter contribuído para diminuição do desempenho do reator. A terceira etapa abordou estratégias de alimentação com mistura de efluentes amonificado e nitrificado em diferentes proporções de 1:3 (E1), 1:1 (E2) e 3:1 (E3) em reator anóxico-aeróbio de leito fixo de enxofre elementar: calcário dolomítico de 1:3 em condição inicial de alcalinidade de 1000mg CaCO3L-1. O reator apresentou eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal e total de 67,3±6,4 e 64,2±6,3% para a condição E1, 63,4±6,4 e 53,1±7,1% para E2 e 14,2±4 e 33,8±1,7% para E3. A geração de sulfeto de hidrogênio a partir, principalmente, do efeito de desproporção do enxofre no compartimento anóxico, pode ter contribuído para a inibição parcial das bactérias nitrificantes. A dificuldade em manter o processo de nitrificação foi caraterizada como fator limitante na remoção de nitrogênio. As baixas eficiências de remoção de nitrogênio total indicaram que a nitrificação seguida da desnitrificação autotrófica, a partir do enxofre elementar em único reator, não foi adequada para remover compostos nitrogenados de efluente anaeróbio de frigorífico avícola