Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Agro-industrial effluents are capable of causing great impact on water bodies if released without adequate treatment. The removal of the organic load in the conventional biological treatments is achieved with high generation of sludge and energy consumption. The usual techniques of biological removal of nitrogen load demand high deployment and maintenance costs in wastewater treatment units. Seeking the development of a technology that can be employed in treatment units already in operation without high costs of installation and operation, an anaerobic and aerobic reactor using the technique of bioaugmentation and a fixed bed reactor for nitrification were built in scalebench. Real effluent was collected from a meat packing company and microorganisms of high rate of consumption for bioaugmentation were purchased commercially. The biological system was operated continuously with the anaerobic and aerobic reactor in sequence and with recirculation of supernatant from the anaerobic reactor to the nitrifying one. After percolating in the nitrifying reactor, the supernatant was drained back to the bottom of the anaerobic reactor, so that came in contact with the clay formed the bottom of it, making possible the denitrification of nitrogen compounds. Assays were performed under two conditions of flow rate: 2.5 and 5.0 L/day, resulting in organic loading conditions (COA) corresponding to 3.7 and 19.6 gDQOsolúvel/day under constant temperature of 30°C. The anaerobic reactor was evaluated at temperatures of 20 and 30ºC. The nitrification system was tested only for 19.6 gDQOsolúvel/day condition of load. The variations of chemical oxygen demand (COD), soluble COD, NH3, turbidity and suspended solids in each reactor and in the whole system were analized. Were obtained removal of 76.9% soluble COD in the system to the condition of lower COA and 71.1% to 19.6 gDQOsolúvel/day. The microorganisms tested presented solids generation rate (μ) from 0.035 to 0.19 gSSV/gSSV*day, these values are about 10 times lower than those reported for systems without bioaugmentation. The coefficients of biomass growth (Y) and maximum specific substrate consumption (k) were close to those systems without use of the bioaugmentation, indicating that the main advantage of this technique is the lower generation of sludge. It was found that the anaerobic system with bioaugmentation is more resistant to temperature changes compared to the usual system as to reduce the temperature 10°C, there was a reduction of only 27.6% for COD removal. The removal efficiency of NH3 in the system before and after use of the nitrifying reactor was 38.8 and 62%, respectively, indicating that binding of recirculation of the supernatant of the anaerobic reactor to a nitrification reactor designed specifically to allow removing the ammonia load in the effluent. / Efluentes agroindustriais são capazes de causar grande impacto em corpos d água se lançados sem tratamento adequado. A remoção da carga orgânica nos tratamentos biológicos convencionais é conseguida com elevada geração de lodo residual e consumo energético. As técnicas usuais de remoção biológica da carga nitrogenada demandam altos custos com implantação e manutenção nas unidades de tratamento de efluentes. Buscando o desenvolvimento de uma tecnologia que possa ser empregada em unidades de tratamento já em funcionamento sem elevados custos de instalação e operação, um reator aeróbio e um anaeróbio com uso da técnica da bioaumentação e um reator para nitrificação de leito fixo foram construídos em escala de bancada. Efluente real foi coletado de uma empresa frigorífica e microrganismos de alta taxa de consumo para a bioaumentação foram adquiridos comercialmente. O sistema biológico foi operado de forma contínua, com o reator anaeróbio e aeróbio em sequência e com recirculação do sobrenadante do anaeróbio ao reator nitrificante. Após percolar no reator nitrificante, este sobrenadante era drenado de volta ao fundo do reator anaeróbio, de forma com que entrasse em contato com o lodo formado ao fundo do mesmo e possibilitasse e denitrificação dos compostos nitrogenados. Os ensaios foram realizados sob duas condições de vazão: 2,5 e 5,0 L/dia, que resultaram em condições de carga orgânica aplicada (COA) correspondentes a 3,7 e 19,6 gDQOsolúvel/dia e sob temperatura mantida constante em 30ºC. O reator anaeróbio foi avaliado sob as temperaturas de 20 e 30ºC. O sistema de nitrificação foi testado somente para a condição de 19,6 gDQOsolúvel/dia de carga. Foram avaliadas as variações nos teores de DQO, DQO solúvel, NH3, turbidez e sólidos suspensos em cada reator e no sistema todo. Obteve-se até 76,9% de remoção de DQO solúvel no sistema para a condição de COA mais baixa e 71,1% para COA de 19,6 gDQOsolúvel/dia. Os microrganismos testados apresentaram taxa de geração de sólidos de 0,035 a 0,19 gSSV/gSSV*dia, valores estes em torno de 10 vezes menor que os reportados para sistemas sem bioaumentação. Os coeficientes de crescimento de biomassa (Y) e de taxa máxima específica de consumo de substrato (k) ficaram próximos aos valores para sistemas sem uso da bioaumentação, indicando que a principal vantagem do uso desta técnica está na baixa geração de lodo. Verificou-se que o sistema anaeróbio bioaumentado resiste melhor a variações de temperatura frente aos sistemas usuais, pois para redução de 10ºC na temperatura, observou-se a redução de apenas 27,6% na remoção de DQO. A eficiência de remoção de NH3 no sistema antes e depois da utilização do reator nitrificante em paralelo foi de 38,8 e 62%, respectivamente, indicando que a ligação do sistema de recirculação do sobrenadante do reator anaeróbio até um reator desenvolvido especificamente para nitrificação possibilita a remoção da carga amoniacal do efluente.

Na aquacultura de recirculação são utilizados filtros biológicos para o tratamento do efluente antes que este retorne aos tanques. Estas unidades de tratamento têm como finalidade a transformação de nitrogênio amoniacal em nitrato, pois a amônia e o nitrito são tóxicos para os peixes. O nitrogênio amoniacal tende a se acumular na água de cultivo, pois é um importante produto de excreção dos organismos aquáticos e degradação da ração não consumida. Nestes filtros biológicos, os microorganismos responsáveis pelo tratamento da água residuária se encontram aderidos no meio de preenchimento, formando um biofilme. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar as comunidades microbianas presentes no biofilme associado ao filtro biológico de uma unidade experimental de tratamento de efluente de aquacultura. Durante o experimento, realizado em dois sistemas paralelos representando unidades de aquacultura com e sem recirculação de água, também foram monitorados parâmetros de qualidade da água. Os tanques experimentais foram povoados com juvenis de tilápias-do-Nilo (Oreochromis niloticus), que foram submetidos a pesagens a cada quinze dias para avaliar seu ganho de biomassa. As bactérias foram identificadas através da técnica de análise microbiológica da hibridização fluorescente in situ (FISH). A estrutura do biofilme foi avaliada através de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados indicam que a nitrificação teve um papel mais importante no controle da qualidade da água no sistema com recirculação em relação ao tanque sem recirculação. A análise microbiológica do meio de preenchimento do filtro revelou uma presença marcante (com proporções de Cy3/DAPI variando entre 0,5% e 7,6%) de células ativas de organismos nitrificantes (oxidadores de amônia e de nitrito), pertencendo a gêneros distintos como Nitrobacter, Nitrococcus e Nitrosomonas, além de outros grupos de presença expressiva, como bactérias filamentosas (com proporções de 11,2% a 17,3% da contagem de células marcadas com DAPI). As imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura revelaram a natureza do arranjo destas bactérias no meio filtrante, caracterizando um biofilme bem desenvolvido, composto por diversos morfotipos microbianos. O conhecimento das bactérias que compõe este biofilme pode tornar possível a geração de melhorias que podem ser implementadas para aumentar a eficiência do sistema. / In recirculating aquaculture, biological filters are used for treating the effluent before it returns to tanks. These treatment units are intended for transforming ammoniacal nitrogen into nitrate, since ammonia and nitrite are toxic to fish. Ammoniacal nitrogen tends to accumulate in culture water, because it is an important excretion product from aquatic organisms and also due to degradation of non consumed feed. In these biological filters, microorganisms responsible for the treatment of waste water adhere to the filler, forming a biofilm. The present work intended to characterize the microbial community present in the biofilm associated to the biological filter at an experimental aquaculture effluent treatment unit. During the experiment, conducted in two parallel systems representing aquaculture units with and without water recirculation, water quality parameters were also monitored. Experimental tanks were populated with juvenile Nile Tilapias (Oreochromis niloticus), which were subjected to weighing every 15 days in order to assess their biomass gain. Bacteria were identified through the microbiological analysis technique of Fluorescent In Situ Hybridization (FISH). The biofilm structure was assessed using scanning electron microscopy. The results indicate that nitrification had a more important role in the control of water quality in the system with recirculation compared with the tank without recirculation. The microbiological analysis of the filter media revealed a significant presence (with Cy3/DAPI range between 0.5% e 7.6%) of active cells from nitrifying organisms (ammonia and nitrite oxidizers), which belonged to different genera such as Nitrobacter, Nitrococcus and Nitrosomonas, in addition to groups that had an expressive presence, such as filamentous bacteria (representing 11.2% to 17.3% of the total DAPI stained cells). Scanning Electron Microscopy images revealed the nature of the arrangement of these bacteria in the filtering media, characterizing a well developed biofilm made up of diverse microbial morphotypes. The knowledge about the bacteria making up the biofilm may enable improvements that can be implemented to increase system effectiveness.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-09-01Bitstream added on 2014-06-13T20:19:09Z : No. of bitstreams: 1 correia_gt_me_ilha.pdf: 1747896 bytes, checksum: 7eb0e6d783d9d9c4b844592ae152c89a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O reator aeróbio de leito fluidizado com circulação interna emprega microorganismos aderidos a um meio suporte uniforme (areia), removendo tanto matéria orgânica quanto nitrogenada. Neste experimento foram estudados dois reatores com 2,6 m de altura cuja diferença era o diâmetro do tubo interno (125 e 150 mm) e foram aplicadas diferentes concentrações de meio suporte ao longo do estudo (100, 125 e 150 g.L-1). Ensaios realizados com água limpa utilizando traçador (NaCl) e sondas de condutividade elétrica mostraram que, nas vazões de ar entre 1500 – 3000 L.h-1, ocorre circulação suficiente para a suspensão do meio suporte. O esgoto doméstico passou por peneiramento estático e foram realizadas análises de DBO, DQO, NT, Namon, NO2, NO3, sólidos, espessura do biofilme, turbidez, temperatura, pH, OD e testes microbiológicos (Gram, esporos e catalase). Observou-se que a adição de meio suporte influencia positivamente na eficiência de remoção de matéria nitrogenada, e que uma menor diferença entre as áreas interna e externa facilitam o equilíbrio do sistema, apresentando assim, eficiências melhores. / Aerobic fluidized bed reactor with internal-loop uses microorganisms attached to a uniform carrier (sand), removing carbonaceous and nitrogenous matter. In this experimental work two reactors with 2,6 m height were studied. The main difference between both reactors was the inner tube diameter (125 and 150mm). Different carrier concentrations were applied in that study (100, 125 and 150g.L-1). Experiments with clean water using a marker (NaCl) and electrical conductivity probes showed that with flow taxes between 1500 – 3000 L.h-1 occurs sufficient circulation to suspend the carrier. The sewage passed by static screening and analyses of BOD, COD, total nitrogen, Namon, NO2, NO3, suspend solids, biofilm thickness, turbidity, temperature, pH, dissolved oxygen and microbiological test (Gram, spores and catalysis) were realized. In that work, was observed that the addition of carrier has positive influences on nitrogenous matter removal efficiency, and lower differences between indoor/outdoor area facilitate system balance, showing better efficiencies.

Orientador: Jorge de Lucas Junior / Banca: Rogério Teixeira de Faria / Banca: Mônica Sarolli Silva de Mendonça Costa / Banca: Ana Cláudia Ruggieri / Banca: Laura Vanessa Cabral da Costa / Resumo: Algumas práticas de gestão tais como a substituição de fertilizantes sintéticos por orgânicos, uso de inibidores da nitrificação e técnicas de irrigação mais eficientes são sugestões como alternativas eficazes para mitigar as emissões de gases de efeito estufa. O estudo foi realizado na estação experimental "El Encin", Madrid, Espanha. Neste experimento, o objetivo foi avaliar o efeito de diferentes fertilizantes: urina de suínos (U); urina de suínos + inibidor da nitrificação 3,4-dimethylpyrazolephosphate- DMPP (U+I); composto da fase sólida de dejetos de suínos e aves (COM)) e ureia (M); em dois sistemas de diferentes de irrigação (aspersão e gotejamento) nas emissões de gases de efeito estufa (N2O, metano, CH4 e dióxido de carbono, CO2) em solo cultivado milho (Zea mays L.) e o efeito destes tratamentos sobre a produção agrícola. Os fluxos de N2O para a atmosfera, apesar de não apresentarem diferença significativa reduziram com a aplicação de urina + inibidor de nitrificação (DMPP) relação aos demais tratamentos (com fonte de N) sem a adição do inibidor da nitrificação. A irrigação por gotejamento contribuiu para diminuir as emissões acumuladas de N2O. A ureia proporcionou maior produção de biomassa do que todos os tratamentos orgânicos, embora o rendimento de grãos não foi significativamente diferente entre M e U+I. A irrigação por gotejamento não afetou a produção de grãos. O uso de fontes orgânicas de N e a irrigada por gotejamento é uma estratégia ambientalmente aconse... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Some management practices such as the replacement of synthetic fertilizers by organic, use of nitrification inhibitors and more efficient irrigation techniques are suggested as effective alternatives to mitigate emissions of greenhouse gases. The study was carried out at "El Encín" field station in Madrid (latitude 40° 32′N, longitude 3° 17′W). In this experiment, we aimed to assess the effect of different organic amendments (pig urine (U); pig urine with the nitrification inhibitor 3,4-dimethylpyrazolephosphate (U+I); compost from the solid phase of pig slurry (COM)) and urea (U); and two different irrigation systems (the widespread sprinkler and the alternative drip irrigation systems) on greenhouse gas (N2O, methane, CH4, and carbon dioxide, CO2) emissions in a maize (Zea mays L.) crop. The effect of these treatments on crop yields was also evaluated. The N2O fluxes to the atmosphere, although not present significant difference reduced with the application of urine + nitrification inhibitor (DMPP) compared to other treatments (with N source) without the addition of nitrification inhibitor. Drip irrigation helped reduce the cumulative emissions of N2O. The urea provided higher biomass production than all organic treatments, although the grain yield was not significantly different between M and U + I. Drip irrigation did not affect grain production. The use of organic sources of N and drip irrigated is an environmentally wise strategy, but a great balance between mitigating ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Emissões de N2 e N2O reduzem a eficiência da adubação e podem causar danos ambientais. O método do traçador isotópico (15N) é indicado para medições de N2 e N2O, masnão há relatos de sua utilização no Brasil na quantificação desses gases.O objetivo deste estudo foi adaptar o método do traçador 15N às condições brasileiras para quantificar N2 e N2O derivados do fertilizante aplicado à cana-de-açúcar. Para o ajuste do métodoforam conduzidos três experimentos: um em condições controladas e dois em condições de campo. Em ambiente controlado foram utilizados três solos com diferentes classes texturais. A influência da umidade (40, 60 e 80% da capacidade máxima de retenção de água - CMRA) e da adição ou não de dextrose (500 mgkg-1 de C), foram outros parâmetros avaliados. O K15NO3enriquecido em 23,24% em átomos de 15N foi a fonte de N (100 mg kg-1 de N) utilizada. Os trabalhos de campo foram realizados em Latossolo Vermelho da região de Piracicaba-SP, em área de canade- açúcar sem despalha a fogo. No segundo experimento, foram testadas: fontes de N (15ureia e 15NH4 15NO3, ambos com 31,9% em átomos de 15N); doses de N (55 e 110 kg ha-1); com e sem vinhaça (100 m3 ha-1). No terceiro foram testadas doses de N (70 e 140 kg ha-1)na forma de 15NH4 15NO3; doses de vinhaça (75 e 150 m3 ha-1); com e sem a cobertura de palha (11 Mg ha-1). Em cada experimento, buscou-se aprimorar o protocolo de coleta, preparo e análise dos gases. No primeiro experimento observou-se que somente tratamentos com dextrose emitiram N2O, sendo as emissões aumentadas com a elevação da CMRA de 40 para 60%.Perdas de N (N2 + N2O) do K15NO3variaram de 0,04 a 48,26%. No segundo experimento não foram observadas emissões nos tratamentos com 15ureia. Nos tratamentos com 15NH4 15NO3, somente N2O foi detectado.A vinhaça potencializou as emissões de N2O, mas os fatores de emissão ficaram abaixo de 0,4%. A não detecção do N2 levantou a hipótese que o enriquecimento isotópico dos fertilizantes foi insuficiente para marcar o N2 do interior das câmaras. Então, no último experimento, utilizou-se o 15NH4 15NO3enriquecido a 98 e a 10,43% para as determinações de N2 e N2O, respectivamente. Neste experimento a manutenção da palha intensificou as emissões de N2O proveniente do 15NH4 15NO3; a umidade, a temperatura, o Nmineral e o C-lábil do solo não apresentaram correlações significativas com emissões de N2O. Os fatores de emissão foram inferiores a 0,2%. No último experimento, também não foi detectado o N2, sugerindo que o N2O tenha sido o produto final da desnitrificação nos experimentos de campo. Os resultados mostraram que as adaptações realizadas no método do traçador 15N foram eficazes para a quantificação dos gases. Outras adaptações, entretanto, deverão surgir à medida que a adoção do método do traçador 15N se intensifique no Brasil / N2 and N2O emissions decrease the fertilization efficiency and can cause environmental damages. The 15N tracer method is used to measure N2 and N2O emissions, but there are no reports of its application in Brazil. The objective of the present study was to adapt the 15N tracer method to Brazilian conditions to quantify the N2 and N2O from fertilizers applied in sugarcane crop. Three experiments were conducted to adjusting the method: one in controlled conditions and the others in field. In controlled conditions, three soils with distinct textural class were evaluated. It was measured the moisture content (40, 60 and 80 % of water holding capacity - CMRA) and two levels of dextrose (0 and 500 mg C kg-1). K15NO3 (23.24 atom% 15N) was the N source used (100 mg kg-1). The field experiments were carried out on a RhodicDystrudox in Piracicaba region, Sao Paulo state. In the second experiment, two N sources (urea and NH4NO3, both with 31.9 atom% 15N), two N levels (55 and 110 kg ha-1) and two vinasse addition levels (0 and 100 m³ ha-1) were evaluated. In the third experiment, two N levels (70 and 140 kg ha-1) using 15NH4 15NO3 as N source, two vinasse levels (75 and 150 m³ ha-1) and the presence (11 Mg ha-1) or not of straw covering were evaluated. In each experiment, we try to improve our sampling protocol, gases preparing and analysis based on the limitations detected. In the first experiment, the N2O emissions occurred only in dextrose presence and were increased when the CMRA was raised to 60%. The N losses (N2+N2O) from K15NO3 varied from 0.04 to 48.26%. In the second experiment, it was not observed N2O emission with urea fertilization. In the treatments with NH4NO3 fertilization, it was only observed N2O emission. The vinasse application potentiated the N2O emissions, but the emissions factors were below 0.4 %. We believed that fertilizer isotopic enrichment was not sufficient to label the N2 inside chambers and because of this it was not possible measure N2 emission. So, in the last experiment, we used the 15NH4 15NO3 enriched with 98 and 10.43 atom% 15N to measure the N2 and N2O emission, respectively. In the same experiment, the straw maintenance on soil surface increased the N2O emissions from NH4NO3. The moisture, temperature, N-mineral and the C-labile were not significantly correlated with N2O emissions. The emissions factors were under of 0.2%. In the last experiment, likewise, it was not detected N2 emission, suggesting that the final product from denitrification was N2O in field experiments. Our results showed that adaptations realized in 15N tracer method were effective to quantify gases emissions. However, others adaptations can arise as result of intensification in adoption of 15N tracer method in Brazil

Na aquacultura de recirculação são utilizados filtros biológicos para o tratamento do efluente antes que este retorne aos tanques. Estas unidades de tratamento têm como finalidade a transformação de nitrogênio amoniacal em nitrato, pois a amônia e o nitrito são tóxicos para os peixes. O nitrogênio amoniacal tende a se acumular na água de cultivo, pois é um importante produto de excreção dos organismos aquáticos e degradação da ração não consumida. Nestes filtros biológicos, os microorganismos responsáveis pelo tratamento da água residuária se encontram aderidos no meio de preenchimento, formando um biofilme. O presente trabalho teve como objetivo caracterizar as comunidades microbianas presentes no biofilme associado ao filtro biológico de uma unidade experimental de tratamento de efluente de aquacultura. Durante o experimento, realizado em dois sistemas paralelos representando unidades de aquacultura com e sem recirculação de água, também foram monitorados parâmetros de qualidade da água. Os tanques experimentais foram povoados com juvenis de tilápias-do-Nilo (Oreochromis niloticus), que foram submetidos a pesagens a cada quinze dias para avaliar seu ganho de biomassa. As bactérias foram identificadas através da técnica de análise microbiológica da hibridização fluorescente in situ (FISH). A estrutura do biofilme foi avaliada através de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados indicam que a nitrificação teve um papel mais importante no controle da qualidade da água no sistema com recirculação em relação ao tanque sem recirculação. A análise microbiológica do meio de preenchimento do filtro revelou uma presença marcante (com proporções de Cy3/DAPI variando entre 0,5% e 7,6%) de células ativas de organismos nitrificantes (oxidadores de amônia e de nitrito), pertencendo a gêneros distintos como Nitrobacter, Nitrococcus e Nitrosomonas, além de outros grupos de presença expressiva, como bactérias filamentosas (com proporções de 11,2% a 17,3% da contagem de células marcadas com DAPI). As imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura revelaram a natureza do arranjo destas bactérias no meio filtrante, caracterizando um biofilme bem desenvolvido, composto por diversos morfotipos microbianos. O conhecimento das bactérias que compõe este biofilme pode tornar possível a geração de melhorias que podem ser implementadas para aumentar a eficiência do sistema. / In recirculating aquaculture, biological filters are used for treating the effluent before it returns to tanks. These treatment units are intended for transforming ammoniacal nitrogen into nitrate, since ammonia and nitrite are toxic to fish. Ammoniacal nitrogen tends to accumulate in culture water, because it is an important excretion product from aquatic organisms and also due to degradation of non consumed feed. In these biological filters, microorganisms responsible for the treatment of waste water adhere to the filler, forming a biofilm. The present work intended to characterize the microbial community present in the biofilm associated to the biological filter at an experimental aquaculture effluent treatment unit. During the experiment, conducted in two parallel systems representing aquaculture units with and without water recirculation, water quality parameters were also monitored. Experimental tanks were populated with juvenile Nile Tilapias (Oreochromis niloticus), which were subjected to weighing every 15 days in order to assess their biomass gain. Bacteria were identified through the microbiological analysis technique of Fluorescent In Situ Hybridization (FISH). The biofilm structure was assessed using scanning electron microscopy. The results indicate that nitrification had a more important role in the control of water quality in the system with recirculation compared with the tank without recirculation. The microbiological analysis of the filter media revealed a significant presence (with Cy3/DAPI range between 0.5% e 7.6%) of active cells from nitrifying organisms (ammonia and nitrite oxidizers), which belonged to different genera such as Nitrobacter, Nitrococcus and Nitrosomonas, in addition to groups that had an expressive presence, such as filamentous bacteria (representing 11.2% to 17.3% of the total DAPI stained cells). Scanning Electron Microscopy images revealed the nature of the arrangement of these bacteria in the filtering media, characterizing a well developed biofilm made up of diverse microbial morphotypes. The knowledge about the bacteria making up the biofilm may enable improvements that can be implemented to increase system effectiveness.

Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-01-08T17:59:09Z No. of bitstreams: 1 Tese doutorado - Juliana Morais 8 jan 16.pdf: 3582789 bytes, checksum: 7e2f32c8ce5f016b636e0075bfc783bd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:59:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese doutorado - Juliana Morais 8 jan 16.pdf: 3582789 bytes, checksum: 7e2f32c8ce5f016b636e0075bfc783bd (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / CNPq / Avaliou-se a remoção de matéria orgânica e a conversão da matéria nitrogenada em esgoto doméstico através de um sistema de tratamento composto por dois reatores verticais compartimentados, visando o uso em sistemas descentralizados. Os reatores foram construídos em tubo PVC tipo comercial fofo com diâmetro de 0,40 m, altura útil de 3,10 m e volume total de 390 litros, cada. Cada reator tinha dois compartimentos, o primeiro, anaeróbio/anóxico, foi utilizado para remoção de matéria orgânica e desnitrificação; o segundo, aeróbio, foi preenchido com biomédia comercial no intuito de promover a nitrificação. O efluente nitrificado foi recirculado para o compartimento anaeróbio a fim de promover a desnitrificação, utilizando o próprio esgoto bruto como doador de elétrons. Os reatores compartimentados operaram com tempo de detenção hidráulico de 12, 10 e 8h, sendo aplicado uma taxa de recirculação de 1,5 para o reator compartimentado 1 e de 3,0 para o reator compartimentado 2. O desempenho operacional mais satisfatório foi encontrado na fase operada com tempo de detenção hidráulico de 12 h e taxa de recirculação de 1,5 e 3,0 para o reator 1 e 2, respectivamente. A eficiência média de remoção e matéria orgânica do reator compartimentado 1 foi de 52 ± 15 e 81 ± 7 %, para demanda química de oxigênio (DQO) total e DQO filtrada do efluente, respectivamente e de 60 % para N-NTK; os valores médios para os efluentes foram de 119 ± 47 mg DQO/L, 50 ± 23 mg DQO/L e 15 ± 5 mg N-NTK/L, respectivamente. No reator compartimentado 2, a eficiência média alcançada foi 51 ± 15 e 83 ± 6 % para a DQO total e DQO filtrada do efluente, respectivamente e de 57% para N-NTK; os valores médios efluentes de 132 ± 58 mg DQO/L, 46 ± 24 mg DQO/L e 16 ± 3 mg N-NTK/L, respectivamente. Portanto, não houve grande diferença na remoção simultânea de DQO e nitrogênio entre ambos os reatores com diferentes taxas de recirculação. A análise de confiabilidade indicou níveis de confiabilidade satisfatórios de DQO, sólidos suspensos totais, N-amoniacal e eficiência de remoção de matéria orgânica. A dinâmica da população microbiana revelada por PCR-DGGE (Polymerase Chain Reaction - Denaturing Gradient Gel Electrophoresis), sugere um biofilme estratificado, onde nas camadas mais externas existe a presença de micro-organismos aeróbios heterotróficos responsáveis pela degradação da matéria orgânica, e uma camada mais interna com micro-organismos responsáveis pela nitrificação. O estudo de viabilidade econômica do sistema de tratamento proposto apresentou um custo anual de R$ 70,68/habitante e de R$ 6,70/m³ de esgoto tratado. / It was evaluated the removal of organic matter and the conversion of the nitrogenated matter into domestic sewage through a treatment system consisted of two vertical compartmented reactors, aiming the use in decentralized systems. The reactors were built in Polyvinyl chloride with a diameter, height and total volume of 0.40 m, 3.10 m and 390 liters, each. Each reactor had two compartments, the first, anaerobic/anoxic, aimed the removal of organic matter and denitrification; the second, aerobic, was filled with commercial biomedia in order to promote the nitrification. The nitrified effluent was recirculated to the anaerobic compartment in order to promote the denitrification, without the addiction of electron donor. The compartmented reactors operated with hydraulic retention time of 12, 10 and 8 hours, with a recycle ratio of 1.5 to reactor 1 and 3.0 to reactor 2. The most satisfactory operating results were found for hydraulic retention time HRT of 12 h and recycle ratio of 1.5 to the reactor 1 and 3.0 to the reactor 2. The average efficiencies of organic matter for the reactor 1 were 52 ± 15, 81 ± 7 %, for chemical oxygen demand (COD) total and COD filtered effluent, respectively and 60 % for N-TKN; the average effluent was 119 ± 47 mgCOD/L, 50 ± 23 mgCOD/L and 15 ± 5 mgN-TKN/L, respectively. In reactor 2, the average efficiency was 51 ± 15, 83 ± 6 % for COD total and COF filtered effluent, respectively and 57% for N-TKN; the average effluent was 132 ± 58 mgCOD/L, 46 ± 24 mgCOD/L and 16 ± 3 mgN-TKN/L, respectively. Therefore, there was no great difference in the removal of COD and nitrogen between both reactors with different recycle ratios. The reliability analysis indicated satisfactory reliability levels of COD, TSS, N-ammonia and organic matter removal efficiency. The microbial population dynamics revealed by PCR-DGGE (Polymerase Chain Reaction - Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) suggests a stratified biofilm. On the outer layers, it is noticed the presence of aerobic heterotrophic microorganisms responsible for the degradation of organic matter, whilst on the inner layer, the microorganisms responsible for nitrification reside. The economic feasibility study of the proposed treatment system presented an annual cost of R$70,68/inhabitant and R$ 6,70/m³ of treated sewage.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-12-05T14:40:13Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Dissertação ANTONIO GUSTAVO BIBLIOTECA - versão final.pdf: 1726777 bytes, checksum: 84cfc9b69cd2e68ee079cffc86278903 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-05T14:40:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Dissertação ANTONIO GUSTAVO BIBLIOTECA - versão final.pdf: 1726777 bytes, checksum: 84cfc9b69cd2e68ee079cffc86278903 (MD5) Previous issue date: 2016-08-01 / CAPES / Matéria orgânica e nutrientes são poluentes presentes nos esgotos sanitários que, quando não tratados e lançados nos corpos receptores, causam problemas ambientais como a depleção de oxigênio dissolvido, a perda da biodiversidade e aceleração do processo de eutrofização. A remoção de nutrientes dos esgotos apesar de ser uma questão resolvida nos países desenvolvidos ainda é um desafio para o Brasil. No presente trabalho foram operados dois reatores biológicos em escala piloto sob o regime de bateladas sequências (RBS). Na fase de reação, os reatores eram submetidos a condições anaeróbias, aeróbias e anóxicas, onde, um dos reatores na fase aeróbia, operava em regime de aeração contínua (RC) e o outro sob regime de aeração intermitente (RI). O afluente utilizado no sistema era proveniente do tratamento preliminar de uma estação de tratamento de esgotos e apresentou características de esgoto diluído (304 mgDQO.L-1). A carga orgânica média aplicada ao sistema foi de 63,8 g.DQO-1.d-1 e relação DQO:P de 108,5. O principal ácido graxo volátil presente no afluente foi o ácido acético (numa concentração média de 38,5 mg.L-1). A remoção de matéria orgânica (avaliada em termos de DQO) e de fósforo, através da remoção biológica avançada de fósforo (EBPR) foram satisfatórias para os dois sistemas com remoções acima de 80%, chegando a concentrações abaixo de 10 mgDQO.L-1 e 0,1 mgP.L-1, já a remoção de nitrogênio só se manteve estável no reator de aeração contínua, onde foi alcançada uma remoção de 97% para nitrogênio amoniacal e de 63% para nitrogênio total. / Organic matter and nutrients are pollutants presented in domestic wastewater, when not treated and released into receiving water bodies may cause environmental problems such as depletion of dissolved oxygen, biodiversity loss and acceleration in the eutrophication process. Despite the removal of nutrients be successfully made in developed countries, it is still a challenge in Brazil. In this study, two biological reactors in pilot scale were operated under regime of batch sequence. In the reaction phase, the reactors were carried out in anaerobic, aerobic and anoxic conditions. One of the reactors in aerobic phase was operated under continuous aeration mode (RC) and the other under intermittent aeration system (RI). The influent used in this study underwent preliminary treatment in a wastewater treatment plant and presented diluted sewage characteristics (304 mgDQO.L-1). The average organic load applied to the system was 63.8 gDQO-1d-1 and ratio COD / P 108.5. The main volatile fatty acid present in the influent was acetic acid (an average concentration of 38.5 mg. L-1). The removal of organic matter (measured in terms of COD) and phosphorus, trough of Enhanced Biological Phosphorus Removal (EBPR) were satisfactory for both systems with over 80% removal, reaching concentrations below 10 mgDQO.L-1-one and 0.1 mgP.L-1. In addition, the nitrogen removal remained stable only under continuous aeration reactor in which 97% of ammonia nitrogen and 63% of total nitrogen.

Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-07-23T21:20:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Valéria Vanda Trajano de Souza.pdf: 1564653 bytes, checksum: 092f4f7922f14aa081313e99cd95bcdb (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-24T18:26:22Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Valéria Vanda Trajano de Souza.pdf: 1564653 bytes, checksum: 092f4f7922f14aa081313e99cd95bcdb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-24T18:26:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Valéria Vanda Trajano de Souza.pdf: 1564653 bytes, checksum: 092f4f7922f14aa081313e99cd95bcdb (MD5) Previous issue date: 2017-02-20 / FACEPE / Para controlar as descargas de nutrientes no meio ambiente, incluindo o uso de sistemas químicos, físicos e biológicos, diversos métodos de tratamento de efluentes têm sido utilizados. Dos métodos propostos, inúmeros processos têm sido desenvolvidos para remover fósforo e nitrogênio biologicamente. Os Reatores em Bateladas Sequenciais, são sistemas onde, em uma única unidade se faz possível a remoção de matéria orgânica e nutrientes. No presente trabalho foi operado um RBS em escala piloto. Na fase de reação, o reator foi submetido a condições anaeróbias, aeróbias e anóxicas. O sistema piloto está instalado na área experimental da UFPE localizada na Estação de Tratamento de Esgotos da Mangueira que recebe os esgotos de uma comunidade de baixa renda da cidade de Recife-PE. O estudo avaliou a remoção biológica de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo, assim como a identificação da biomassa, ao longo do período de operação. A carga orgânica média aplicada ao sistema foi de 63,8 g.DQO⁻¹d⁻¹ e relação DQO/P de 108,5. Foram coletadas amostras da biomassa desenvolvida no reator para aplicar a técnica de biologia molecular de reação em cadeia polimérica (PCR) e identificar quais organismos estavam presentes no sistema. As remoções de matéria orgânica e de fósforo foram satisfatórias para o sistema com valores de remoções acima de 80%, já a remoção de nitrogênio só se manteve estável no final do período estudado, onde foi alcançado 86% para nitrogênio amoniacal e 79% para nitrogênio total. As análises de PCR confirmaram a presença dos grupos de interesse: bactérias oxidantes de amônia (BOA), bactérias desnitrificantes, anammox, o gênero de bactérias oxidantes de nitrito – Nitrospira- e organismos acumuladores de fósforo (PAO) no reator. / To control discharges of nutrients in the environment, including the use of chemical, physical and biological systems, various methods of treatment of effluents have been used. Of the proposed methods, numerous processes have been developed to remove phosphorus and nitrogen biologically. In Sequential Batch reactors, are systems where, in a single unit makes possible the removal of organic matter and nutrients. In the present work was operated a RBS on a pilot scale. In reaction, the reactor was subjected to anaerobic conditions, aerobic and anoxic conditions. The pilot system is installed in the experimental area of UFPE in sewage treatment station that receives the sewer hose to a low-income community of Recife-PE. The study evaluated the biological removal of organic matter, nitrogen and phosphorus, as well as the identification of biomass, over the period of operation. The organic load was applied to the system average of 63.8 g. COD⁻¹d⁻¹ and COD/P to 108.5. We collected samples of biomass reactor developed to apply the technique of molecular biology of polymer chain reaction (PCR) and identify which organisms were present in the system. The removal of organic matter and phosphorus were satisfactory to the system with values of removals over 80%, nitrogen removal only remained stable at the end of the period studied, where 86% was reached to ammoniacal nitrogen and 79% for total nitrogen. PCR analysis confirmed the presence of interest groups: ammonia-oxidizing bacteria (BOA), desnitrificantes bacteria, organelle, the genus of nitrite-oxidizing bacteria and organisms Nitrospira accumulators (PAO) in the reactor.

Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-07-31T20:41:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Poliana Maria Januário Silva.pdf: 2083587 bytes, checksum: 3de5791d497c5458f7424c297efd1fd4 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-31T21:14:09Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Poliana Maria Januário Silva.pdf: 2083587 bytes, checksum: 3de5791d497c5458f7424c297efd1fd4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-31T21:14:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Poliana Maria Januário Silva.pdf: 2083587 bytes, checksum: 3de5791d497c5458f7424c297efd1fd4 (MD5) Previous issue date: 2017-03-31 / FACEPE / Avaliação das diferentes condições operacionais na formação de grânulos aeróbios utilizando reatores em bateladas sequenciais na remoção de nitrogênio e fósforo de esgoto sanitário Os reatores com lodo granular aeróbio dispensam a presença de material suporte, e os grânulos podem atuar na remoção simultânea de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo, devido à formação de camadas ou zonas aeróbia, anóxica e anaeróbia. Os grânulos aeróbios se desenvolvem, especialmente, em reatores em bateladas sequenciais (RBS), com alta relação altura/diâmetro (H/D) e utilizando esgotos com elevada carga orgânica volumétrica. No presente trabalho, o objetivo foi estudar o desenvolvimento de grânulos aeróbios utilizando dois reatores RBS, em escala piloto, tratando esgoto sanitário e aplicando média e baixa carga orgânica volumétrica. Os reatores foram operados em ciclos de 3 h com diferentes trocas volumétricas (Tv), diferentes tempos de sedimentação e diferentes velocidades ascensionais de ar (Va). Na etapa operacional I (EOP I), os RBS denominados de reatores R1.I e R2.I foram operados com iguais tempos de sedimentação e Va (1,4 cm∙s⁻¹). A granulação somente ocorreu no reator R1.I com Tv de 59%. A baixa idade média do lodo ocasionada pela Tv de 71% impediu a formação de grânulos no reator R2.I. As eficiências médias de remoção de demanda química de oxigênio total (DQOt) foram de 88% para ambos os reatores. Porém, a eficiência média de remoção de N-NH4⁺, no reator R1.I, foi 25% maior do que no R2.I. As eficiências médias de remoção de fósforo e ortofosfato em ambos os reatores foram 46 e 27%, respectivamente. Na etapa operacional II (EOP II), os RBS foram denominados de R1.II, R2.II e R3.II (= R2.II reiniciado). Durante a EOP II, os grânulos se desenvolveram em todos os reatores. Na EOP II, as Va aplicadas foram de 0,88 cm∙s⁻¹ para os reatores R1.II e R3.II e 1,06 cm∙s⁻¹ para o reator R2.II. Com relação às eficiências médias de remoção de DQOt e DQO solúvel (DQOs), não foi observada diferença entre os três reatores, ao nível de confiança de 95%. A eficiência média de remoção de N-NH4⁺, no reator R3.II, foi 44% maior do que no R1.II, ocasionada pela troca volumétrica de 71% utilizada no reator R1.II, que ocasionou a lavagem da biomassa nitrificante deste reator. A maior eficiência média de remoção de fósforo de 42% foi verificada no reator R1.II onde os grânulos permaneceram por mais de 40 dias. Ainda em relação à EOP II, a formação dos grânulos, com até 4,0 mm de diâmetro, não foi condição suficiente para uma alta remoção de fósforo. O processo de granulação no reator R1.I, com Tv de 71%, demandou mais tempo, porém, os grânulos depois de formados permaneceram por mais tempo no reator. Em geral, é possível desenvolver grânulos maduros em RBS, aplicando baixa Va, no tratamento de esgoto sanitário de média e baixa carga orgânica. / The reactors with aerobic granular sludge do not require the presence of support material, and the granules can remove simultaneously the organic matter, nitrogen and phosphate, due to the presence of aerobic, anoxic and anaerobic zones. The development of aerobic granules occurs especially in sequential batch reactors (SBR), with high height/diameter (H/D) ratio and by applying sewage with high volumetric organic load. In the the present work, the as objective was to study the development of aerobic granules using two pilot-scale SBR treating sanitary sewage by applying medium and low volumetric organic loads. The operating cycle time was 3 hour with different volumetric exchanges, sedimentation times and superficial upflow air velocities (Va). In the operational stage I (OPS I), the SBR namely as reactors R1.I and R2.I were operated with the same sedimentation times and va (1.4 cm∙s⁻¹). The granulation only occurred in reactor R1.I with volumetric exchange of 59%. The low sludge age caused by volumetric exchange of 71% prevented the formation of granules in reactor R2.I. The average removal efficiencies of total chemical oxygen demand (CODt) were 88% for both reactors. However, the average removal efficiency of NH4⁺-N in reactor R1.I was 25% higher than in R2.I. The average removal efficiencies of phosphorus and orthophosphate in both reactors were 46 and 27%, respectively. In the operational step II (OPS II), the SBR were identified as reactors R1.II, R2.II and R3.II (= R2.II restarted). During OPS II, the granules were developed in all reactors. In the OPS II, the va applied were 0.88 cm∙s⁻¹ for the reactors R1.II and R3.II and 1.06 cm∙s⁻¹ for reactor R2.II. Regarding the average removal efficiencies of CODt and soluble COD (CODs), no difference was observed between the three reactors at the confidence level of 95%. The average removal efficiency of NH4⁺-N in reactor R3.II was 44% higher than in reactor R1.II, because of the 71% volumetric exchange used in the R1.II reactor resulted in the washing of the nitrifying biomass of the reactor. The highest average removal efficiency of phosphorus of 42% was verified in reactor R1.II where the granules remained for more than 40 days. Also with respect to OPS II, the formation of the granules, up to 4.0 mm in diameter, was not a sufficient condition for an high phosphorus removal. The granulation process in the reactor R1.I, with volumetric exchange of 71%, required more time, but the granules after formed remained longer in the reactor. In general, it is possible to develop mature granules in RBS applying low va in the treatment of sanitary sewage with medium and low load.