Esta pesquisa teve por objetivo a produção de elementos para a avaliação da viabilidade de se agregar novas tecnologias a uma estação de tratamento de esgoto sanitário pelo processo de lodo ativado com aeração prolongada em escala real. O estudo foi desenvolvido na ETE Limoeiro da SABESP, localizada no Município de Presidente Prudente/SP. Foi estudado a remoção biológica de nitrogênio via nitrificação e desnitrificação simultânea (NDS), controlando-se a idade do lodo e o sistema de fornecimento de ar por meio de sensores de concentração de oxigênio dissolvido de luminescência (LDO), amônia e nitrato, e de potencial de óxido-redução instalados nos tanques de aeração. No controle do processo foi avaliado a emissão de óxido nitroso e determinado os parâmetros cinéticos da nitrificação e desnitrificação, por meio de testes respirométricos. Foi utilizado a técnica de biologia molecular de FISH para identificação das bactérias nitritantes, nitratantes e desnitrificantes envolvidas no processo da NDS. Em termos de remoção de matéria orgânica, a qualidade do efluente final foi compatível aos processos de lodos ativados tradicionais com OD na faixa de 2,0 mgO2/L, com eficiências entre 85 a 95% de DQO e DBO. Os resultados demostraram que a nitrificação do esgoto ocorreu de forma eficiente, resultando concentrações de amônia no efluente final menores que 3,8 mgNNH3/ L. Os resultados de concentração de nitrato no efluente final do processo de lodos ativados demonstram a expressiva eficiência do processo de desnitrificação, resultando em concentrações de nitrato no efluente final menores que 2,5 mgNNO3/ L. A otimização do sistema de aeração resultou em uma economia média de 34% com o gasto de energia elétrica para aeração do sistema. Conclui-se que o processo de lodos ativados com nitrificação e desnitrificação simultânea de fluxo contínuo é uma alternativa promissora de tratamento, a ser considerada tano nos estudos de concepção para implantação de novas estações como na adaptação de processos de lodos ativados já existentes. / This research aimed at the production of elements for assessing the feasibility of adding new technologies to a sewage treatment plant for sludge process with extended aeration activated in real scale. The study was developed in ETE Limoeiro SABESP, located in the Municipality of President Prudente / SP. Biological nitrogen removal by biological nitrification and simultaneous denitrification was studied (NDS), controlling the sludge age and the system supply air through oxygen concentration sensors dissolved luminescence (LDO), ammonia and nitrates, and the redox potential installed in the aeration tanks. In process control, the emission of nitrous oxide was evaluated and determined the kinetic parameters of nitrification and denitrification, by molecular biology techniques FISH was the identification nitritantes bacteria and denitrifying nitratantes involved in the process of NDS. In terms of removal of organic matter, the effluent quality is compatible to traditional activated sludge processes, with efficiencies from 85 to 95% of COD and BOD. The results showed that the sewer nitrification took place efficiently, resulting in ammonia concentrations in the final effluent smaller than 3.8 NH3 mgN / L. The nitrate concentration results in the final effluent from the activated sludge process demonstrate the significant efficiency of denitrification process, resulting in nitrate concentration in the final effluent smaller than 2.5 mgNNO3 / l. Optimization of the aeration system resulted in an average savings of 34% with the electricity spent aeration system. We conclude that the activated sludge process with nitrification and denitrification simultaneous streaming is a promising alternative treatment to be considered thane in design studies for implementation of new stations as the adaptation of sludge processes already activated.

O fenômeno conhecido como Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (SND) significa que em um mesmo reator ocorre simultaneamente a nitrificação e a desnitrificação, sob condições de operações idênticas, podendo ser justificada principalmente pela teoria de microambiente no floco ou biofilme. Assim, em um único reator, sob condições controladas de oxigênio dissolvido (OD) e elevados tempos de residênciacelular épossível que ocorra a nitrificação e a criação de zonas anóxicas no interior dos flocos ou biofilme para a ocorrência da desnitrificação. Neste sentido, a tecnologia MBBR/IFAStem como característicaelevado tempo de residência celular do biofilme formado nos meios suporte presentes no reator. Deste modo, neste estudo avaliou-se a remoção de nitrogênio via SND em um sistema IFAS quando submetido a diferentes concentrações de OD e Tempo de DetençãoHidraulica de 5,5 e 11 horas, tratando efluente sanitário e efluente sintético. Os resultados experimentais demonstraram que pode ser possível desenvolver efetiva SND com concentrações de OD média de 1,0 mg.L-1 e 1,5 mg.L-1. Sendo que, foram obtidas eficiência média de remoção de NTde cerca de 68% e concentrações médias efluente de N-NH4 de aproximadamente 5,0 mg L-1, de N-NO3 inferiores a 4,5 mg L-1 e de N-NO2 em torno de 0,1 mg L-1, e com eficiência média de remoção DQO solúvel acima de 90%, quando empregado efluente sintético. Ademais, por meio da avaliação da emissão de Óxido Nitroso (N2O), foi possível comprovar que a desnitrificação ocorreu de forma efetiva. / The phenomenon known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) means that in the same reactor simultaneously occurring nitrification and denitrification under identical operations conditions, and can be mainly explained by the microenvironment theory inside the floc or biofilm. Therefore, in a single reactor under controlled conditions of dissolved oxygen (DO) and high Solids Retention Time (SRT) it is possible that the nitrification happens and the creation of anoxic zones within the flocsor biofilm to the occurrence of the denitrification. In this sense, the MBBR/IFAS technology is characterized by high SRT of the biofilm formed on the carriers present in the reactor. Thereby,this work evaluated the nitrogen removal through SND in a IFAS system when submitted to different DOconcentrations and Hydraulic Retention Time of 5.5 hours and 11.0 hours, treating domestic and synthetic effluents. The experimental results showed that it may be possible to develop effective SND withaverage concentrations of DO of 1.0 mg L-1 and 1.5 mg L-1. It was obtained a TN average removal efficiency about 68%, and an average effluent concentration of NH4-N of approximately 5.0 mg L-1, of NO3-N less than 4.5 mg L-1 and ofNO2-N around 0.1 mg L-1, and an average CODsoluble removal efficiency above 90%, employing synthetic effluent. Furthermore, by evaluating the Nitrous Oxide(N2O) emission, it was possible to prove that the denitrification occurred effectively.

O objetivo deste trabalho foi o de avaliar o desempenho de um reator de leito estruturado submetido à aeração intermitente (LEAI) na remoção de matéria orgânica e nitrogênio de esgoto sanitário. O reator apresentava um volume total de 11,6 L, com uma porosidade do leito de 52%. O leito estruturado era composto de 13 estruturas cilíndricas (diâmetro igual a 3 cm) de espuma de poliuretano, dispostas verticalmente no interior do reator. A alimentação do reator era feita continuamente com esgoto sanitário, sendo este proveniente de um interceptor de esgoto que passava próximo ao laboratório onde o sistema foi montado. O reator era provido de sistema de recirculação interna, com razão de recirculação igual a 3, valor este adotado após a realização de ensaios hidrodinâmicos. Foram testadas 4 condições operacionais diferentes, variando-se o tempo de detenção hidráulica (TDH) e os períodos de aeração e não aeração. Para cada condição operacional, foram feitos os seguintes estudos: avaliação da eficiência de remoção de matéria orgânica e nitrogênio, determinação da atividade nitrificante e desnitrificante, determinação do número mais provável (NMP) da comunidade nitrificante e desnitrificante, perfis temporais e análise da comunidade microbiana. O sistema apresentou elevada remoção de N-total, com valores médios de 80% para valores de TDH de 12 e 10 horas, sob 2 horas de aeração e 1 hora sem aeração. Com a diminuição do TDH para 8 horas, houve queda na eficiência do sistema para 70% (mantendo-se os períodos de aeração de 2 horas e não aeração de 1 hora). Alterando-se o período de aeração para 3 horas, mantendo-se em 1 hora o período sem aeração, o reator apresentou eficiência média de remoção de N-total de 79% com o TDH de 8 horas. A remoção de DQO foi elevada em todas as fases, com valores médios em torno de 90%. Os resultados da atividade nitrificante e desnitrificante foram condizentes com valores encontrados na literatura para sistemas que operam com remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio. Os perfis temporais mostraram que não houve variação nas formas de nitrogênio (N-NH4+, N-NO2- e N-NO3-) no efluente, apesar da operação sob a aeração intermitente devido ao grau de mistura imposto pela recirculação interna. A concentração de sólidos no efluente foi relativamente baixa quando comparada à concentração de efluentes de reatores de biomassa suspensa, com valor máximo de SSV igual a 108mgSSV.L-1. A presença do Metazoário Aelosomas sp no efluente do reator indica um possível consumo do lodo excedente no reator por esses microrganismos. As análises microbiológicas mostraram uma elevada abundância relativa de gêneros aeróbios facultativos, capazes de utilizar N-NO3- e N-NO2- como receptor de elétrons na ausência de oxigênio. Também se verificou a presença do gênero Comamonas sp em elevada abundância relativa. Esse gênero apresenta microrganismos capazes de realizar a nitrificação heterotrófica e a desnitrificação aeróbia. No entanto, os ensaios realizados não permitem inferir sobre a ocorrência desses processos. Desse modo, os processos convencionais de nitrificação e desnitrificação, tanto pela estratificação do biofilme devido à formação de gradiente de concentração de oxigênio dissolvido, quanto devido à aeração intermitente, certamente tiveram papel preponderante na remoção de nitrogênio. Os resultados obtidos permitem considerar o reator LEAI como uma alternativa tecnicamente viável para a remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio de esgotos sanitários. / This study aimed at evaluating the organic matter and nitrogen removal from sewage in a structured bed reactor subjected to intermittent aeration. The reactor had a total volume of 11.6 L and bed porosity of 52%. Thirteen polyurethane foam cylinders of 3 cm diameter and 60 cm height were fixed vertically inside the reactor using PVC rods. The reactor was continuously fed with sewage collected from a sanitary sewer passing near the laboratory where the system was assembled. The reactor was provided with internal recirculation system with a recirculation ratio at 3, a value adopted after conducting hydrodynamic tests. Four different operating conditions were tested, varying the hydraulic retention time (HRT) and aeration and non-aeration periods. Nitrogen and organic matter removal efficiencies, nitrifying and denitrifying activities, and the most probable number (MPN) of nitrifying and denitrifying communities were evaluated for each operational condition. The reactor presented a Total-N removal efficiency of 80%, at HRT of 12 hours and 10 hours and aerated and non-aerated periods of 2 hours and 1 hour, respectively. With decreasing the HRT to 8 hours, the Total-N removal efficiency decreased to 70% for the same aeration and non-aeration periods. After increasing the aerated period to 3 hours and keeping the non-aerated periods of 1 hour and HRT of 8 hours, the system attained the Total-N removal efficiency of 79%. COD removal efficiencies were about 90% in all operational condition. Nitrifying and denitrifying activities were similar to those found in the literature for systems presenting simultaneous nitrification and denitrification, and carbon removal. No variation in nitrogen forms (NO3--N, NO2--N and NH4+-N) was observed during a cycle of intermittent aeration. The solids concentration in effluent was relatively low compared to the concentration of suspended-growth biomass reactors, with a maximum value of VSS of 108 mgVSS.L-1. The presence of the metazoan Aelosomas sp in the effluent in all operational conditions indicated a possible use of the excess sludge in the reactor by these microorganisms. Microbiological analysis showed a high relative abundance of aerobic/facultative microorganisms, capable to use NO3--N and NO2--N as electron acceptor in the absence of oxygen. It was also verified the presence of the genus Comamonas sp with high relative abundance. This genus presents microorganisms able to perform heterotrophic nitrification and aerobic denitrification. However, the assays do not allow us to infer the occurrence of these processes. Thus, the conventional processes of nitrification and denitrification certainly played a preponderant role in nitrogen removal both by the stratification of the biofilm due to the formation of a concentration gradient of dissolved oxygen, as due to the intermittent aeration. The results allow considering the reactor as a viable technological alternative for the simultaneous removal of organic matter and nitrogen of sewage.

Recentemente foi desenvolvido na Europa o processo conhecido por Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (NDS), em que o lodo ativado opera com tempo de retenção de sólidos suficientemente altos para que a nitrificação ocorra mesmo com baixa concentração de oxigênio dissolvido nos tanques de aeração, situação em que é possível a manutenção de condições anóxicas no interior dos flocos e a ocorrência da desnitrificação. Em países de clima tropical, muitas estações de tratamento de esgoto foram construídas ou estão sendo projetadas para operarem sob as condições da variante do processo de lodo ativado conhecida por aeração prolongada, reconhecidamente eficiente na remoção de matéria orgânica e na nitrificação do esgoto. Tais estações podem ser adaptadas para estas novas condições, de forma a se obter o benefício técnico da desnitrificação e o ganho econômico relativo à redução no consumo de energia elétrica para aeração. Este estudo avaliou as condições de remoção de nitrogênio via NDS em um sistema de lodo ativado com aeração prolongada alimentada em fluxo contínuo com diferentes idades do lodo 40, 30 e 20 dias, tratando esgoto sanitário. O processo de tratamento permaneceu estável durante todo o período de observação. Os resultados experimentais demonstram que é possível manter baixas concentrações de OD no tanque de aeração em uma faixa relativamente estreita (0,3-0,8 mg.L-1), e, consequentemente desenvolver os processos de nitrificação e desnitrificação sob as mesmas condições (NDS) com alta eficiência e estabilidade. A remoção de DQO e DBO foi acima de 90 por cento . Os valores de crescimento específico máximo (m20) das bactérias autotróficas nitritantes e nitratantes, resultaram muito próximos aos descritos na literatura, sendo para a idade do lodo de 20 dias os valores de 0,68 d-1 para as bactérias nitritantes e de 0,62 d-1 para as bactérias nitratantes. Os valores das taxas de utilização máxima de amônia foram maiores do que as obtidas com o nitrito e, pode-se observar que o acúmulo de nitrato devido à diminuição da amônia foi mais rápido do que o com nitrito. Desse modo, conclui-se que a nitrificação foi governada pelas bactérias autotróficas nitritantes. A taxa de utilização de nitrato foi maior tendo como substrato material rapidamente biodegradável. Confirmando que a disponibilidade de carbono tem papel fundamental nas taxas de desnitrificação no processo de NDS / It was developed in Europe the process known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) in activated sludge that operates with a SRT, high enough for nitrification to occur, even with low concentration of dissolved oxygen in the aeration tanks. Such situation in the tanks is possible to maintain anoxic conditions inside the flocs and to have the occurrence of denitrification. In countries with tropical climate, many sewage treatment plants have been built or are being designed to operate under the conditions of the variant of the activated sludge process known as extended aeration, admittedly effective in removing organic matter and nitrification of the sewage. Such plants may be adapted to these new conditions in order to obtain the technical benefit of denitrification and economic gain on the reduction in energy consumption for aeration. This study aimed at assessing the conditions of nitrogen removal by SND in a system of extended aeration activated sludge in a continuous flow, with different SRT of 40, 30 and 20 days, treating sewage. The process of treatment remained stable throughout the observation period. The experimental results show that it is possible to maintain low DO concentrations in the aeration tank in a relatively narrow range (0.3 to 0.8 mg.L-1), and hence develop the processes of nitrification and denitrification under the same conditions (NDS) with high efficiency and stability. The BOD and COD removal was above 90 per cent . The values of maximum specific growth (m20) of bacteria autotrophic nitrites and nitrates, are the result very similar to those described in the literature, for the sludge age of 20 days the values of 0.68 d-1 for nitrites bacterium and 0,62 d-1 for nitrates bacterium. The values of the maximum utilization rates of ammonia were higher than those obtained with the nitrite and can be observed that the accumulation of nitrate of ammonia due to the decrease was faster than with nitrite. This way, it was concluded that nitrification was ruled by autotrophic nitrites. The utilization rate of nitrate was higher as substrate material readily biodegradable. Confirming that the availability of carbon performs a fundamental role in the denitrification rates in the process of SND

Esta tese apresenta e discute o desempenho de um sistema misto anaeróbio/aeróbio, com reatores seqüenciais em batelada, para remoção de carbono (DQO), nitrogênio e fósforo de esgoto sanitário sintético. O sistema era composto de três reatores operados em série, sendo dois anaeróbios, RSBAn1 e RSBAn2, e um aeróbio, RSBAe, com a seguinte configuração: RSBAn1/ RSBAe/RSBAn2. Os reatores foram construídos em acrílico transparente com volume total de 16,5 L e volume útil de 14,5 L. Os reatores operaram com ciclos de 24, 12, 8 e 6 horas tratando 8,0 L/batelada. Os RSBAn1 e RSBAn2 foram agitados intermitentemente recirculando-se o gás produzido e o RSBAe foi aerado/agitado continuamente. Foram utilizados substrato sintético, efluente do RSBAn1, metanol, etanol e metano como fonte externa de carbono para desnitrificação no RSBAn2, e acetato de sódio como fonte externa de carbono no RSBAe para desnitrificação e remoção biológica de fósforo. Os resultados obtidos permitiram concluir que o sistema pode apresentar efluentes com qualidade compatível aos de tratamento terciário nas condições operacionais ensaiadas. / This thesis presents and discusses the performance of an integrated anaerobic/aerobic system consisted of batch sequential reactors for the removal of carbon (DQO), nitrogen and phosphorus from synthetic wastewater simulating sewage. The system was composed of three reactors, two anaerobic (RSBAn1 e RSBAn2) and one aerobic (RSBAe) operated in series, at the following configuration RSBAnl/RSBAe/RSBAn2. The reactors were built in transparent Plexiglas with total volume of 16,5 L and useful volume of 14,5 L. They operated with cycles of 24, 12, 8 and 6 hours treating 8,0 L/batch. The RSBAn1 and RSBAn2 were agitated intermittently by recycling the gas produced, and the RSBAe was aerated/agitated continuously. Synthetic substrate, RSBAn1 effluent, methanol, ethanol and methane were used as external carbon sources for denitrification in RSBAn2. Sodium acetate was used as external carbon source in RSBAe for both denitrification and biological removal of phosphorus. The results obtained permitted to conclude that the system operated at the conditions assayed is able to produce high quality effluents, at level compatible to tertiary treatment.

Este trabalho buscou avaliar a influência da relação C/N e da fonte de carbono no processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas em reator de fluxo contínuo e leito fixo estruturado. Foi utilizado um reator vertical de acrílico, com volume total de 11,0 L e volume útil de 5,5 L, com hastes cilíndricas verticais de espuma de poliuretano como suporte para a biomassa. O sistema foi operado com TDH de 11,2±0,6 horas, aeração intermitente (2 horas com aeração e 1 hora sem aeração) e razão de recirculação de efluente igual a 5. A carga carbonácea afluente foi mantida constante (1,07 kg DQO.m-3.dia-1), ao longo de todo o período experimental, sendo as relações C/N testadas (9,7±1; 7,6±1; 2,9±1 e 2,9±0,4) obtidas a partir da variação na carga nitrogenada aplicada. Duas fontes orgânicas foram avaliadas: sacarose e peptona de carne. A eficiência média de remoção de DQO manteve-se acima de 90%. A eficiência máxima de remoção de N-total (84,6±10,1%) foi obtida para relação C/N de 2,9±1, com concentrações efluentes médias de NTK e N-NH4 de 5,9 e 4,3 mg.L-1, respectivamente. A análise estatística da eficiência de remoção de N-total confirmou que a fonte de carbono não exerceu influência sobre os processos de remoção. A obtenção de eficiências de desnitrificação superiores às calculadas estequiometricamente, em função da fonte de carbono, indicou a ocorrência de possíveis vias complementares para remoção de nitrogênio, como o processo anammox. As velocidades de nitrificação e desnitrificação obtidas nos ensaios cinéticos foram similares para as duas fontes de carbono e para as relações C/N estudadas e da mesma ordem de grandeza das apresentadas na literatura, reforçando a ideia de que a configuração de reator utilizada, aliada às adequadas condições operacionais, permitiu a remoção concomitante de matéria carbonácea e nitrogenada. / This study aimed to evaluate the influence of COD/N ratio and organic source on the simultaneous nitrification and denitrification (SND) in an up-flow structured-bed reactor. The reactor was made of acrylic with a total volume of 11 L and a working volume of 5.5 L and filled with cylinders of polyurethane foam as support for biomass growth. The system was continuously operated with an HRT of 11.2±0.6 h, intermittent aeration (2h with aeration and 1h without aerationd) and a liquid recycle ratio equal to 5. The organic load rate was constant (1.07 kg COD.m-3d-1) during the entire experiment. The COD/N ratios (9.7±1; 7.6±1; 2.9±1 and 2.9±0,4) were obtained from the variation of nitrogen load rate. Two organic sources were evaluated: sucrose and meat peptone. The average COD removal efficiency was above 90%. The maximum total nitrogen removal efficiency was 84.6±10.1%, with average TKN and NH4+-N effluent concentrations of 5.9 and 4.3 mg.L-1, respectively. Statistical analysis of total nitrogen removal efficiency confirmed that the carbon source did not influence over the removal processes. The denitrification efficiencies higher than the stoichiometrically calculated in function of the carbon source, indicated the occurrence of possible paths for nitrogen removal of nitrogen as anammox process. The nitrification and denitrification rates obtained in kinetic experiments were similar for the two sources of carbon and all C/N ratio studied at the same order of magnitude in relation to those reported in the literature, enhancing that the reactor configuration tested combined with the proper operational conditions allowed the organic matter and nitrogen removal simultaneously.

Esta pesquisa teve por objetivo a produção de elementos para a avaliação da viabilidade de se agregar novas tecnologias a uma estação de tratamento de esgoto sanitário pelo processo de lodo ativado com aeração prolongada em escala real. O estudo foi desenvolvido na ETE Limoeiro da SABESP, localizada no Município de Presidente Prudente/SP. Foi estudado a remoção biológica de nitrogênio via nitrificação e desnitrificação simultânea (NDS), controlando-se a idade do lodo e o sistema de fornecimento de ar por meio de sensores de concentração de oxigênio dissolvido de luminescência (LDO), amônia e nitrato, e de potencial de óxido-redução instalados nos tanques de aeração. No controle do processo foi avaliado a emissão de óxido nitroso e determinado os parâmetros cinéticos da nitrificação e desnitrificação, por meio de testes respirométricos. Foi utilizado a técnica de biologia molecular de FISH para identificação das bactérias nitritantes, nitratantes e desnitrificantes envolvidas no processo da NDS. Em termos de remoção de matéria orgânica, a qualidade do efluente final foi compatível aos processos de lodos ativados tradicionais com OD na faixa de 2,0 mgO2/L, com eficiências entre 85 a 95% de DQO e DBO. Os resultados demostraram que a nitrificação do esgoto ocorreu de forma eficiente, resultando concentrações de amônia no efluente final menores que 3,8 mgNNH3/ L. Os resultados de concentração de nitrato no efluente final do processo de lodos ativados demonstram a expressiva eficiência do processo de desnitrificação, resultando em concentrações de nitrato no efluente final menores que 2,5 mgNNO3/ L. A otimização do sistema de aeração resultou em uma economia média de 34% com o gasto de energia elétrica para aeração do sistema. Conclui-se que o processo de lodos ativados com nitrificação e desnitrificação simultânea de fluxo contínuo é uma alternativa promissora de tratamento, a ser considerada tano nos estudos de concepção para implantação de novas estações como na adaptação de processos de lodos ativados já existentes. / This research aimed at the production of elements for assessing the feasibility of adding new technologies to a sewage treatment plant for sludge process with extended aeration activated in real scale. The study was developed in ETE Limoeiro SABESP, located in the Municipality of President Prudente / SP. Biological nitrogen removal by biological nitrification and simultaneous denitrification was studied (NDS), controlling the sludge age and the system supply air through oxygen concentration sensors dissolved luminescence (LDO), ammonia and nitrates, and the redox potential installed in the aeration tanks. In process control, the emission of nitrous oxide was evaluated and determined the kinetic parameters of nitrification and denitrification, by molecular biology techniques FISH was the identification nitritantes bacteria and denitrifying nitratantes involved in the process of NDS. In terms of removal of organic matter, the effluent quality is compatible to traditional activated sludge processes, with efficiencies from 85 to 95% of COD and BOD. The results showed that the sewer nitrification took place efficiently, resulting in ammonia concentrations in the final effluent smaller than 3.8 NH3 mgN / L. The nitrate concentration results in the final effluent from the activated sludge process demonstrate the significant efficiency of denitrification process, resulting in nitrate concentration in the final effluent smaller than 2.5 mgNNO3 / l. Optimization of the aeration system resulted in an average savings of 34% with the electricity spent aeration system. We conclude that the activated sludge process with nitrification and denitrification simultaneous streaming is a promising alternative treatment to be considered thane in design studies for implementation of new stations as the adaptation of sludge processes already activated.

Recentemente foi desenvolvido na Europa o processo conhecido por Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (NDS), em que o lodo ativado opera com tempo de retenção de sólidos suficientemente altos para que a nitrificação ocorra mesmo com baixa concentração de oxigênio dissolvido nos tanques de aeração, situação em que é possível a manutenção de condições anóxicas no interior dos flocos e a ocorrência da desnitrificação. Em países de clima tropical, muitas estações de tratamento de esgoto foram construídas ou estão sendo projetadas para operarem sob as condições da variante do processo de lodo ativado conhecida por aeração prolongada, reconhecidamente eficiente na remoção de matéria orgânica e na nitrificação do esgoto. Tais estações podem ser adaptadas para estas novas condições, de forma a se obter o benefício técnico da desnitrificação e o ganho econômico relativo à redução no consumo de energia elétrica para aeração. Este estudo avaliou as condições de remoção de nitrogênio via NDS em um sistema de lodo ativado com aeração prolongada alimentada em fluxo contínuo com diferentes idades do lodo 40, 30 e 20 dias, tratando esgoto sanitário. O processo de tratamento permaneceu estável durante todo o período de observação. Os resultados experimentais demonstram que é possível manter baixas concentrações de OD no tanque de aeração em uma faixa relativamente estreita (0,3-0,8 mg.L-1), e, consequentemente desenvolver os processos de nitrificação e desnitrificação sob as mesmas condições (NDS) com alta eficiência e estabilidade. A remoção de DQO e DBO foi acima de 90 por cento . Os valores de crescimento específico máximo (m20) das bactérias autotróficas nitritantes e nitratantes, resultaram muito próximos aos descritos na literatura, sendo para a idade do lodo de 20 dias os valores de 0,68 d-1 para as bactérias nitritantes e de 0,62 d-1 para as bactérias nitratantes. Os valores das taxas de utilização máxima de amônia foram maiores do que as obtidas com o nitrito e, pode-se observar que o acúmulo de nitrato devido à diminuição da amônia foi mais rápido do que o com nitrito. Desse modo, conclui-se que a nitrificação foi governada pelas bactérias autotróficas nitritantes. A taxa de utilização de nitrato foi maior tendo como substrato material rapidamente biodegradável. Confirmando que a disponibilidade de carbono tem papel fundamental nas taxas de desnitrificação no processo de NDS / It was developed in Europe the process known as Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) in activated sludge that operates with a SRT, high enough for nitrification to occur, even with low concentration of dissolved oxygen in the aeration tanks. Such situation in the tanks is possible to maintain anoxic conditions inside the flocs and to have the occurrence of denitrification. In countries with tropical climate, many sewage treatment plants have been built or are being designed to operate under the conditions of the variant of the activated sludge process known as extended aeration, admittedly effective in removing organic matter and nitrification of the sewage. Such plants may be adapted to these new conditions in order to obtain the technical benefit of denitrification and economic gain on the reduction in energy consumption for aeration. This study aimed at assessing the conditions of nitrogen removal by SND in a system of extended aeration activated sludge in a continuous flow, with different SRT of 40, 30 and 20 days, treating sewage. The process of treatment remained stable throughout the observation period. The experimental results show that it is possible to maintain low DO concentrations in the aeration tank in a relatively narrow range (0.3 to 0.8 mg.L-1), and hence develop the processes of nitrification and denitrification under the same conditions (NDS) with high efficiency and stability. The BOD and COD removal was above 90 per cent . The values of maximum specific growth (m20) of bacteria autotrophic nitrites and nitrates, are the result very similar to those described in the literature, for the sludge age of 20 days the values of 0.68 d-1 for nitrites bacterium and 0,62 d-1 for nitrates bacterium. The values of the maximum utilization rates of ammonia were higher than those obtained with the nitrite and can be observed that the accumulation of nitrate of ammonia due to the decrease was faster than with nitrite. This way, it was concluded that nitrification was ruled by autotrophic nitrites. The utilization rate of nitrate was higher as substrate material readily biodegradable. Confirming that the availability of carbon performs a fundamental role in the denitrification rates in the process of SND

O objetivo deste trabalho foi o de avaliar o desempenho de um reator de leito estruturado submetido à aeração intermitente (LEAI) na remoção de matéria orgânica e nitrogênio de esgoto sanitário. O reator apresentava um volume total de 11,6 L, com uma porosidade do leito de 52%. O leito estruturado era composto de 13 estruturas cilíndricas (diâmetro igual a 3 cm) de espuma de poliuretano, dispostas verticalmente no interior do reator. A alimentação do reator era feita continuamente com esgoto sanitário, sendo este proveniente de um interceptor de esgoto que passava próximo ao laboratório onde o sistema foi montado. O reator era provido de sistema de recirculação interna, com razão de recirculação igual a 3, valor este adotado após a realização de ensaios hidrodinâmicos. Foram testadas 4 condições operacionais diferentes, variando-se o tempo de detenção hidráulica (TDH) e os períodos de aeração e não aeração. Para cada condição operacional, foram feitos os seguintes estudos: avaliação da eficiência de remoção de matéria orgânica e nitrogênio, determinação da atividade nitrificante e desnitrificante, determinação do número mais provável (NMP) da comunidade nitrificante e desnitrificante, perfis temporais e análise da comunidade microbiana. O sistema apresentou elevada remoção de N-total, com valores médios de 80% para valores de TDH de 12 e 10 horas, sob 2 horas de aeração e 1 hora sem aeração. Com a diminuição do TDH para 8 horas, houve queda na eficiência do sistema para 70% (mantendo-se os períodos de aeração de 2 horas e não aeração de 1 hora). Alterando-se o período de aeração para 3 horas, mantendo-se em 1 hora o período sem aeração, o reator apresentou eficiência média de remoção de N-total de 79% com o TDH de 8 horas. A remoção de DQO foi elevada em todas as fases, com valores médios em torno de 90%. Os resultados da atividade nitrificante e desnitrificante foram condizentes com valores encontrados na literatura para sistemas que operam com remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio. Os perfis temporais mostraram que não houve variação nas formas de nitrogênio (N-NH4+, N-NO2- e N-NO3-) no efluente, apesar da operação sob a aeração intermitente devido ao grau de mistura imposto pela recirculação interna. A concentração de sólidos no efluente foi relativamente baixa quando comparada à concentração de efluentes de reatores de biomassa suspensa, com valor máximo de SSV igual a 108mgSSV.L-1. A presença do Metazoário Aelosomas sp no efluente do reator indica um possível consumo do lodo excedente no reator por esses microrganismos. As análises microbiológicas mostraram uma elevada abundância relativa de gêneros aeróbios facultativos, capazes de utilizar N-NO3- e N-NO2- como receptor de elétrons na ausência de oxigênio. Também se verificou a presença do gênero Comamonas sp em elevada abundância relativa. Esse gênero apresenta microrganismos capazes de realizar a nitrificação heterotrófica e a desnitrificação aeróbia. No entanto, os ensaios realizados não permitem inferir sobre a ocorrência desses processos. Desse modo, os processos convencionais de nitrificação e desnitrificação, tanto pela estratificação do biofilme devido à formação de gradiente de concentração de oxigênio dissolvido, quanto devido à aeração intermitente, certamente tiveram papel preponderante na remoção de nitrogênio. Os resultados obtidos permitem considerar o reator LEAI como uma alternativa tecnicamente viável para a remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio de esgotos sanitários. / This study aimed at evaluating the organic matter and nitrogen removal from sewage in a structured bed reactor subjected to intermittent aeration. The reactor had a total volume of 11.6 L and bed porosity of 52%. Thirteen polyurethane foam cylinders of 3 cm diameter and 60 cm height were fixed vertically inside the reactor using PVC rods. The reactor was continuously fed with sewage collected from a sanitary sewer passing near the laboratory where the system was assembled. The reactor was provided with internal recirculation system with a recirculation ratio at 3, a value adopted after conducting hydrodynamic tests. Four different operating conditions were tested, varying the hydraulic retention time (HRT) and aeration and non-aeration periods. Nitrogen and organic matter removal efficiencies, nitrifying and denitrifying activities, and the most probable number (MPN) of nitrifying and denitrifying communities were evaluated for each operational condition. The reactor presented a Total-N removal efficiency of 80%, at HRT of 12 hours and 10 hours and aerated and non-aerated periods of 2 hours and 1 hour, respectively. With decreasing the HRT to 8 hours, the Total-N removal efficiency decreased to 70% for the same aeration and non-aeration periods. After increasing the aerated period to 3 hours and keeping the non-aerated periods of 1 hour and HRT of 8 hours, the system attained the Total-N removal efficiency of 79%. COD removal efficiencies were about 90% in all operational condition. Nitrifying and denitrifying activities were similar to those found in the literature for systems presenting simultaneous nitrification and denitrification, and carbon removal. No variation in nitrogen forms (NO3--N, NO2--N and NH4+-N) was observed during a cycle of intermittent aeration. The solids concentration in effluent was relatively low compared to the concentration of suspended-growth biomass reactors, with a maximum value of VSS of 108 mgVSS.L-1. The presence of the metazoan Aelosomas sp in the effluent in all operational conditions indicated a possible use of the excess sludge in the reactor by these microorganisms. Microbiological analysis showed a high relative abundance of aerobic/facultative microorganisms, capable to use NO3--N and NO2--N as electron acceptor in the absence of oxygen. It was also verified the presence of the genus Comamonas sp with high relative abundance. This genus presents microorganisms able to perform heterotrophic nitrification and aerobic denitrification. However, the assays do not allow us to infer the occurrence of these processes. Thus, the conventional processes of nitrification and denitrification certainly played a preponderant role in nitrogen removal both by the stratification of the biofilm due to the formation of a concentration gradient of dissolved oxygen, as due to the intermittent aeration. The results allow considering the reactor as a viable technological alternative for the simultaneous removal of organic matter and nitrogen of sewage.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliana Bortoli Rodrigues Mees.pdf: 1255432 bytes, checksum: bf00dbf45cce28fdbe504091e6363048 (MD5) Previous issue date: 2010-02-01 / Agro-industries stand out as large polluters in Brazil, particularly because of the large amounts of waste rich in organic substances, nutrients (especially nitrogen and phosphorus), solids, oils and greases. In this category, slaughterhouses and bird cold storage processing plants are known for their high pollution potential. The removal of nitrogen from wastewater is usually accomplished using biological conventional processes, by nitrification plus denitrification, involving aerobic and anaerobic phases that are generally carried out in separate reactors or by different aeration intervals. The sequencing batch reactor (SBR) uses multiple steps in the same reactor, which include filling, reaction, settling, withdrawal and idling. This study aimed to investigate how carbon:nitrogen ratios (COD/NO2 --N+NO3 --N) 3, 6 and 9, adjusted by manipueira (wastewater from cassava industry) and cycle time (CT) of 8,12 and 16 hours affects the nitrogen and organic matter removal from poultry wastewater, operating a sequencing batch reactor containing suspended biomass, in two different conditions: condition I, with the reaction step consisted by aerobic/anoxic phases and condition II, anoxic I/aerobic/anoxic II phases. It was also intended to optimize and validate the process of nitrogen removal in this type of effluent, to evaluate the reactor stability using Shewhart control charts for individual measures, and to study the kinetics behavior of organic matter (COD) and nitrogen (NH4 +-N, NO2 --N and NO3 --N) degradation. The conditions I and II were evaluated through factorial planning (32) and, in order to optimize the conditions obtained with the initial factorial design, it was used a central composite rotational design (CCRD) with four assays in levels -1 and +1, four assays on the axial points levels (-1.414 and +1.414) and five replicates at the central point (0). The nitrification process performance was evaluated by the efficiency of ammonia nitrogen removal (%), the pre-denitrification and denitrification processes by the efficiencies of nitrite and nitrate removal (%) and the whole process by total inorganic nitrogen removal (%). During the nitrification and denitrification processes, parameters like temperature, pH, alkalinity, redox potential, salinity and conductivity were monitored. The highest removal percentages of total inorganic nitrogen were obtained, for conditions I and II, at the cycle time range between 12 and 16 hours and the C/N ratio of 3 to 6, which showed average efficiencies of 80.76 and 85.57% in condition I, and 90.99 and 91.09% in condition II, respectively. Although the condition II obtained a higher removal percentage of total inorganic nitrogen, only condition I presented a regression statistically significant and predictive, with Fcal/Ftab values higher than 4 for all steps involved in nitrogen removal. Optimizing the condition I, the highest percentages of nitrogen removal were achieved with the cycle time of 16 hours and C/N ratio of 6, validated experimentally, achieving an overall removal of inorganic nitrogen of 85.83±0.87 %. Evaluating the reactor stability, the results of the 20 trials carried out with optimum conditions showed a total inorganic nitrogen average removal of 84.32±1.59% (CV=1.89%) and organic matter removal of 53.65±8.48% (CV=15.81%), considering the complete process (nitrification plus denitrification), being the process under statistical control. The evaluation of the kinetic behavior of nitrogen conversion indicated a possible reduction in the cycle time of the anoxic phase, since percentages of NO2 --N and NO3 -N removal higher than 90% were obtained in just one hour of denitrification. / As agroindústrias destacam-se como grandes poluidoras, devido, especialmente, às elevadas vazões com que geram seus efluentes ricos em carga orgânica, nutrientes (principalmente nitrogênio e fósforo), sólidos, óleos e graxas. Neste setor enquadram-se os abatedouros e frigoríficos de aves. A remoção de nitrogênio das águas residuárias é geralmente realizada por processos biológicos convencionais, que contemplam a nitrificação seguida da desnitrificação, envolvendo fases aeróbias e anaeróbias, separadas em diferentes reatores ou por diferentes intervalos de aeração. Os reatores em bateladas sequenciais (RBS) utilizam múltiplas etapas no mesmo reator, que incluem enchimento, reação, sedimentação, descarte e repouso. Esta pesquisa teve por objetivo investigar os efeitos da relação carbono:nitrogênio (DQO/N-NO2 -+N-NO3 -); 3, 6 e 9, ajustada pela adição de manipueira e do tempo de ciclo (TC); 8, 12 e 16 horas, na remoção de nitrogênio e matéria orgânica de efluente avícola, operando um RBS, em escala de bancada, com biomassa em suspensão em duas condições distintas, condição I com a etapa de reação composta pelas fases aeróbia/anóxica e condição II anóxica I/aeróbia/anóxica II. Objetivouse também, otimizar e validar o processo de remoção de nitrogênio, avaliar a estabilidade do reator através de gráficos de controle Shewhart para medidas individuais e, efetuar o estudo do comportamento cinético de degradação da matéria orgânica (DQO) e nitrogenada (N-NH4 +, N-NO2 - e N-NO3 -). Para avaliação das condições I e II elaborou-se um planejamento fatorial completo (32) e para otimização das condições obtidas com o planejamento fatorial inicial, utilizou-se um delineamento composto central rotacional (DCCR), com quatro ensaios nos níveis -1 e +1, quatro ensaios nos níveis dos pontos axiais (-1,414 e +1,414) e cinco repetições no ponto central (0). Avaliou-se o desempenho da nitrificação através da eficiência de remoção do nitrogênio amoniacal (%), o desempenho da pré-desnitrificação e desnitrificação através da eficiência de remoção de nitrito e nitrato (%) e a eficiência do processo completo pela remoção de nitrogênio inorgânico total (%), além do monitoramento de parâmetros, como a temperatura, pH, alcalinidade, potencial redox, salinidade e condutividade elétrica. Os maiores percentuais de remoção de nitrogênio inorgânico total foram obtidos, para ambas as condições I e II, usando as faixas de TC de 12 a 16 horas e relação C/N de 3 a 6, com valores médios de eficiências de 80,76 e 85,57% na condição I e, 90,99 e 91,09% na condição II, respectivamente. Apesar da condição II ter apresentado um percentual de remoção de nitrogênio inorgânico total superior, apenas a condição I apresentou uma regressão estatisticamente significativa e preditiva, com valores de Fcal/Ftab superiores a 4, para todas as etapas envolvidas na remoção de nitrogênio. Otimizando-se a condição I, os maiores percentuais de remoção de nitrogênio foram alcançados com o tempo de ciclo de 16h e a relação C/N de 6, validados experimentalmente, alcançando uma remoção global de nitrogênio inorgânico de 85,83±0,87%. Na avaliação da estabilidade do reator, os resultados dos 20 ensaios realizados com a condição ótima apontaram valores médios de remoção de nitrogênio inorgânico total de 84,32±1,59% (CV=1,89%) e, de matéria orgânica de 53,65±8,48% (CV= 15,81%), no processo completo (nitrificaçãodesnitrificação), estando o processo sob controle estatístico. A avaliação do comportamento cinético de conversão do nitrogênio indicou uma possível redução no tempo de ciclo da fase anóxica, uma vez que foram alcançadas remoções de N-NO2 -e N-NO3 - superiores a 90%, em apenas uma hora de desnitrificação.