A presente pesquisa objetivou estudar a remoção de matéria orgânica e nitrogênio de lixiviados de aterro sanitário, através do processo biológico de nitritação/desnitritação, operando um reator de lodos ativados em bateladas sequenciais e pós-tratamento físico químico. O trabalho foi dividido em cinco etapas. Durante a primeira, buscou-se ajustar a duração das etapas anóxica e aerada e as condições operacionais, assim como avaliar a utilização da matéria orgânica presente no lixiviado como fonte de carbono. Ao longo de 16 ciclos de tratamento, os resultados da etapa anóxica indicaram que a duração desta não deveria ser maior que uma hora. A desnitritação ficou limitada ao baixo conteúdo de matéria orgânica de fácil biodegradação no lixiviado, o que levou a baixas taxas, entre 0,010 e 0,142 kg.N-NO2-/ m³.dia. Na segunda etapa, foi ajustada a duração da reação anóxica em uma hora, registrando taxa de desnitritação volumétrica média de 1,704 kg.N-NO2-/ m³.dia, assim como remoção de 80% da DBO e 47% de COT, o que indica que a maior parte da matéria orgânica biodegradável foi empregada pelos micro-organismos heterotróficos na desnitritação. Ao final da fase aeróbia, ao longo da primeira e segunda etapa, mantendo uma concentração de oxigênio dissolvido na massa de líquido do reator de 2,0 mg.O2/L, foi possível alcançar eficiências de remoção de N-NH3 de 98% com predominância do N-NO2-, evidenciado pela relação N-NO2-/(N-NO2-+ N-NO3-) próximo de 1. As taxas volumétrias de nitritação variaram na faixa de 0,095 e 0,199 kg.N-NH3/m³.dia. Como o sobrenadante do reator principal apresentava concentrações elevadas de N-NO2- ao final da fase aeróbia, o efluente foi aplicado em um reator de polimento adicionou-se etanol como fonte de carbono. O tratamento complementar ocorreu sem desequilíbrios, apesar do prolongado tempo de reação anóxica requerido para reduzir toda a massa de nitrito introduzida no sistema, fato que levou a registrar baixas taxas de desnitritação, entre 0,221 e 0,052 kg N-NO2-/kg SSV.dia. Durante a quarta etapa, foi avaliado em um segundo reator de lodo ativado em bateladas sequenciais o processo de nitritação/desnitritação, adicionando dentro do reator, ao início da fase anóxica, o etanol para a redução biológica de todo o nitrogênio oxidado a nitrogênio gasoso. Com concentrações de OD no conteúdo do reator de 2,0 mg.O2/L e valores de pH de 8,27±0,27, a relação N-NO2-/(N-NO2- + N-NO3-) não foi superior a 70% nos 9 ciclos estudados, indicando a presença de nitrato. A hipótese que melhor explica a situação refere-se à possibilidade de que a biomassa esteja se adaptando as novas condições operacionais e a probabilidade de que a adição do etanol durante a reação anóxica possa estar criando condições que favorecem a atividade das bactérias oxidantes de nitrito, assim como os menores diâmetros de floco. A quinta etapa compreendeu a aplicação de um pós-tratamento com redução do pH, adição de sais de ferro e carvão ativado em pó (CAP). Nestes testes, foram registradas remoções de COT e cor de de 93% e 98% respectivamente, mantendo pH em 3,0 e dosagens de 300 mg.Fe+³/L e 15 g.CAP/L. / This research aimed to study the removal of organic matter and nitrogen from landfill leachate through biological process of nitritation/denitritation, operating an activated sludge reactor in sequential batches, and physical- chemical post treatment. The work was divided into five stages. During the first stage, was tried to adjust the duration of the anoxic and aerated stages and operational conditions, and evaluate the use of organic matter present in the leachate as a carbon source. Over 16 cycles of treatment, the results of the anoxic stage indicated that this duration should not be greater than one hour. The denitritation was limited by the low organic matter rapidly biodegradable content into the leachate, which led to low rates between 0.010 and 0.142 kg.N-NO2-/ m³.day. During the second stage, was adjusted the duration of the anoxic reaction to one hour, and showed medium volumetric denitritation rate of 1.704 kg.N-NO2-/m³.day, as well as removal of 80% of BOD and 47% of TOC. These results indicate, most of the biodegradable organic matter was used for heterotrophic microorganisms for denitritation. At the end of aerobic phase, during the first and second stage, and maintaining a concentration of oxygen dissolved into the liquid mass of the reactor in 2.0 mg.O2/L, it was possible to achieve removal efficiencies of NH3-N to 98% with predominance of N-NO2- , that was evidenced by the ratio N-NO2-/(N-NO2-+ N-NO3-) close to 1. The volumetric nitritation rates varied from 0,095 to 0,199 kg.N-NH3/m³.day. The effluent from the principal reactor contained high concentrations of N-NO2- at the end of the aerobic phase, for that reason it was applied a polishing stage where was added ethanol as a carbon source. Complementary treatment transcurred without problems, just was required a prolonged anoxic reaction to reduce the entire mass of nitrite introduced into the system, fact that lead to register low rates of denitritation, between 0.221 and 0.052 kg N-NO2-/kg SSV.day. During the fourth stage, was evaluated in a second activated sludge sequential batch reactor; the nitritation/desnitritation process added ethanol inside the reactor, at the beginning of the anoxic phase, for the biological reduction from nitrogen oxidized to nitrogen gaseous. Maintained OD concentrations into the reactor of 2,0 mg.O2/L and pH values of 8.27± 0.27, the N-NO2-/(N-NO2- + N-NO3-) ratio was not higher than 70% during the 9 cycles studied, indicating the presence of nitrate. The best hypothesis which explains this situation, related to the possibility of the biomass was adapted to the new operating conditions, and the possibility to addition ethanol at the begging of anoxic reaction, may be created adequate conditions for oxidizer nitrite bacteria, as well as the small floc diameters. The fifth stage consisted to apply a physical-chemical post-treatment with pH and addition of iron salts and powdered activated carbon (PAC). During these tests, was removal 93% and 98% of TOC and color respectively, with pH to 3,0 and doses of 300 mg.Fe+³/L and 15 g.PAC/L.

Os processos biológicos apresentam o menor custo de todas as técnicas atualmente aplicadas para o tratamento de lixiviados de aterros sanitários. Porém, eles não vêm demonstrando capacidade em degradar a matéria orgânica recalcitrante presente nesse tipo de água residuária. O presente estudo teve por objetivo avaliar a possibilidade da utilização de enzimas, que são largamente empregadas na indústria, como auxílio em tal remoção. Após a caracterização do lixiviado do aterro sanitário da cidade de Paulínia, verificou-se que o mesmo se encontrava em adiantada fase de biodegradação, com pH de 8,40 ± 0,14; baixa concentração de matéria orgânica facilmente biodegradável (DBO de 857 ± 475 mgO2/L) e altas concentrações de N-NH3(2343 ± 399 mg/L) e de Carbono Orgânico Total (2066 ± 746 mg/L). A investigação experimental foi realizada em duas etapas, empregandose um reator de lodo ativado em bateladas sequencial, com biomassa adaptada ao lixiviado. Na primeira etapa, utilizando o planejamento fatorial completo 2³, verificouse que aumentando o pH e diminuindo a concentração inicial de N-NH3 era possível evitar o acúmulo de nitrogênio amoniacal no sistema a partir da remoção total desse composto. Porém, a inibição às bactérias oxidantes da amônia não foi cessada, pois a eficiência de oxidação via biológica chegava no máximo a 49,1%, sendo os 50,9% restantes atribuídos à volatilização de nitrogênio amoniacal, que era intensificada com o aumento do pH. A segunda etapa teve por objetivo a remoção de matéria orgânica recalcitrante, medida como COT, presente no lixiviado de aterro sanitário, com a utilização da enzima lacase. Esta demonstrou uma expressiva capacidade de remoção de nitrito, de 127 mgNO2 -/L para menos que 0,1 mgNO2 -/L em 4 dias, e de COT, passando de 2333 mgC/L para 1400 mgC/L, ao ser utilizada sozinha, e de 1317 mgC/L para 174 mgC/L quando utilizada juntamente com bactérias heterotróficas. Ao final, observou-se remoções superiores a 99,9% de N-NH3 mantendo-se a concentração de OD=2,4 mg/L, pH=8,5 e concentração de N-NH3 inicial em torno de 270 mg/L. Remoções de 92,3% de nitrito e 40% de COT foram obtidas ao se adicionar a enzima ao efluente nitritado, porém foi observado um aumento na concentração de COT e de NKT após a inserção da solução enzimática, devido a uma alta concentração desses compostos na mesma. / The biological process is the one with the lowest cost of all the techniques currently used for the treatment of landfill leachate. However, it has not demonstrated ability to degrade recalcitrant organic matter present in this type of wastewater. This study aimed to evaluate the possibility of using enzymes, which are already used in industry, as an aid in such removal. After characterizing the Paulinia´s landfill leachate, wich was used in this study, it was found that it was in an advanced stage of degradation, with a pH of 8.40 ± 0.14; low concentration of readily biodegradable organic matter (BOD of 857 ± 475 mgO2/L) and high ammonia nitrogen (2343 ± 399 mgN/L) and Total Organic Carbon - TOC (2066 ± 746 mgC/L). The experimental research was conducted in two stages, using a sequential batch reactor with biomass adapted to the leachate. In the first step, using a full factorial design 2³, it was found that by increasing pH and decreasing the initial concentration of NH3-N is possible to avoid the accumulation of ammonia in the system by the total removal of that compound. However, the inhibition of ammonia oxidizing bacteria is not ceased. The biological pathway for oxidation efficiency reaches the maximum at 49.1%, with the remaining 50.9% being attributed to the volatilization of ammonia, which is enhanced with increasing pH. The second stage was aimed at removing recalcitrant organic matter, measured by the COT present in landfill leachate, with the use of laccase enzyme. The enzyme demonstrated a significant nitrite removal capacity, decreasing its concentration of 127 mgNO2 -/L to less than 0.1 mgNO2 -/L, and the TOC, from 2333 mgC/L to 1400 mgC/L in the same period time.

A presente pesquisa objetivou estudar a remoção de matéria orgânica e nitrogênio de lixiviados de aterro sanitário, através do processo biológico de nitritação/desnitritação, operando um reator de lodos ativados em bateladas sequenciais e pós-tratamento físico químico. O trabalho foi dividido em cinco etapas. Durante a primeira, buscou-se ajustar a duração das etapas anóxica e aerada e as condições operacionais, assim como avaliar a utilização da matéria orgânica presente no lixiviado como fonte de carbono. Ao longo de 16 ciclos de tratamento, os resultados da etapa anóxica indicaram que a duração desta não deveria ser maior que uma hora. A desnitritação ficou limitada ao baixo conteúdo de matéria orgânica de fácil biodegradação no lixiviado, o que levou a baixas taxas, entre 0,010 e 0,142 kg.N-NO2-/ m³.dia. Na segunda etapa, foi ajustada a duração da reação anóxica em uma hora, registrando taxa de desnitritação volumétrica média de 1,704 kg.N-NO2-/ m³.dia, assim como remoção de 80% da DBO e 47% de COT, o que indica que a maior parte da matéria orgânica biodegradável foi empregada pelos micro-organismos heterotróficos na desnitritação. Ao final da fase aeróbia, ao longo da primeira e segunda etapa, mantendo uma concentração de oxigênio dissolvido na massa de líquido do reator de 2,0 mg.O2/L, foi possível alcançar eficiências de remoção de N-NH3 de 98% com predominância do N-NO2-, evidenciado pela relação N-NO2-/(N-NO2-+ N-NO3-) próximo de 1. As taxas volumétrias de nitritação variaram na faixa de 0,095 e 0,199 kg.N-NH3/m³.dia. Como o sobrenadante do reator principal apresentava concentrações elevadas de N-NO2- ao final da fase aeróbia, o efluente foi aplicado em um reator de polimento adicionou-se etanol como fonte de carbono. O tratamento complementar ocorreu sem desequilíbrios, apesar do prolongado tempo de reação anóxica requerido para reduzir toda a massa de nitrito introduzida no sistema, fato que levou a registrar baixas taxas de desnitritação, entre 0,221 e 0,052 kg N-NO2-/kg SSV.dia. Durante a quarta etapa, foi avaliado em um segundo reator de lodo ativado em bateladas sequenciais o processo de nitritação/desnitritação, adicionando dentro do reator, ao início da fase anóxica, o etanol para a redução biológica de todo o nitrogênio oxidado a nitrogênio gasoso. Com concentrações de OD no conteúdo do reator de 2,0 mg.O2/L e valores de pH de 8,27±0,27, a relação N-NO2-/(N-NO2- + N-NO3-) não foi superior a 70% nos 9 ciclos estudados, indicando a presença de nitrato. A hipótese que melhor explica a situação refere-se à possibilidade de que a biomassa esteja se adaptando as novas condições operacionais e a probabilidade de que a adição do etanol durante a reação anóxica possa estar criando condições que favorecem a atividade das bactérias oxidantes de nitrito, assim como os menores diâmetros de floco. A quinta etapa compreendeu a aplicação de um pós-tratamento com redução do pH, adição de sais de ferro e carvão ativado em pó (CAP). Nestes testes, foram registradas remoções de COT e cor de de 93% e 98% respectivamente, mantendo pH em 3,0 e dosagens de 300 mg.Fe+³/L e 15 g.CAP/L. / This research aimed to study the removal of organic matter and nitrogen from landfill leachate through biological process of nitritation/denitritation, operating an activated sludge reactor in sequential batches, and physical- chemical post treatment. The work was divided into five stages. During the first stage, was tried to adjust the duration of the anoxic and aerated stages and operational conditions, and evaluate the use of organic matter present in the leachate as a carbon source. Over 16 cycles of treatment, the results of the anoxic stage indicated that this duration should not be greater than one hour. The denitritation was limited by the low organic matter rapidly biodegradable content into the leachate, which led to low rates between 0.010 and 0.142 kg.N-NO2-/ m³.day. During the second stage, was adjusted the duration of the anoxic reaction to one hour, and showed medium volumetric denitritation rate of 1.704 kg.N-NO2-/m³.day, as well as removal of 80% of BOD and 47% of TOC. These results indicate, most of the biodegradable organic matter was used for heterotrophic microorganisms for denitritation. At the end of aerobic phase, during the first and second stage, and maintaining a concentration of oxygen dissolved into the liquid mass of the reactor in 2.0 mg.O2/L, it was possible to achieve removal efficiencies of NH3-N to 98% with predominance of N-NO2- , that was evidenced by the ratio N-NO2-/(N-NO2-+ N-NO3-) close to 1. The volumetric nitritation rates varied from 0,095 to 0,199 kg.N-NH3/m³.day. The effluent from the principal reactor contained high concentrations of N-NO2- at the end of the aerobic phase, for that reason it was applied a polishing stage where was added ethanol as a carbon source. Complementary treatment transcurred without problems, just was required a prolonged anoxic reaction to reduce the entire mass of nitrite introduced into the system, fact that lead to register low rates of denitritation, between 0.221 and 0.052 kg N-NO2-/kg SSV.day. During the fourth stage, was evaluated in a second activated sludge sequential batch reactor; the nitritation/desnitritation process added ethanol inside the reactor, at the beginning of the anoxic phase, for the biological reduction from nitrogen oxidized to nitrogen gaseous. Maintained OD concentrations into the reactor of 2,0 mg.O2/L and pH values of 8.27± 0.27, the N-NO2-/(N-NO2- + N-NO3-) ratio was not higher than 70% during the 9 cycles studied, indicating the presence of nitrate. The best hypothesis which explains this situation, related to the possibility of the biomass was adapted to the new operating conditions, and the possibility to addition ethanol at the begging of anoxic reaction, may be created adequate conditions for oxidizer nitrite bacteria, as well as the small floc diameters. The fifth stage consisted to apply a physical-chemical post-treatment with pH and addition of iron salts and powdered activated carbon (PAC). During these tests, was removal 93% and 98% of TOC and color respectively, with pH to 3,0 and doses of 300 mg.Fe+³/L and 15 g.PAC/L.

Os processos biológicos apresentam o menor custo de todas as técnicas atualmente aplicadas para o tratamento de lixiviados de aterros sanitários. Porém, eles não vêm demonstrando capacidade em degradar a matéria orgânica recalcitrante presente nesse tipo de água residuária. O presente estudo teve por objetivo avaliar a possibilidade da utilização de enzimas, que são largamente empregadas na indústria, como auxílio em tal remoção. Após a caracterização do lixiviado do aterro sanitário da cidade de Paulínia, verificou-se que o mesmo se encontrava em adiantada fase de biodegradação, com pH de 8,40 ± 0,14; baixa concentração de matéria orgânica facilmente biodegradável (DBO de 857 ± 475 mgO2/L) e altas concentrações de N-NH3(2343 ± 399 mg/L) e de Carbono Orgânico Total (2066 ± 746 mg/L). A investigação experimental foi realizada em duas etapas, empregandose um reator de lodo ativado em bateladas sequencial, com biomassa adaptada ao lixiviado. Na primeira etapa, utilizando o planejamento fatorial completo 2³, verificouse que aumentando o pH e diminuindo a concentração inicial de N-NH3 era possível evitar o acúmulo de nitrogênio amoniacal no sistema a partir da remoção total desse composto. Porém, a inibição às bactérias oxidantes da amônia não foi cessada, pois a eficiência de oxidação via biológica chegava no máximo a 49,1%, sendo os 50,9% restantes atribuídos à volatilização de nitrogênio amoniacal, que era intensificada com o aumento do pH. A segunda etapa teve por objetivo a remoção de matéria orgânica recalcitrante, medida como COT, presente no lixiviado de aterro sanitário, com a utilização da enzima lacase. Esta demonstrou uma expressiva capacidade de remoção de nitrito, de 127 mgNO2 -/L para menos que 0,1 mgNO2 -/L em 4 dias, e de COT, passando de 2333 mgC/L para 1400 mgC/L, ao ser utilizada sozinha, e de 1317 mgC/L para 174 mgC/L quando utilizada juntamente com bactérias heterotróficas. Ao final, observou-se remoções superiores a 99,9% de N-NH3 mantendo-se a concentração de OD=2,4 mg/L, pH=8,5 e concentração de N-NH3 inicial em torno de 270 mg/L. Remoções de 92,3% de nitrito e 40% de COT foram obtidas ao se adicionar a enzima ao efluente nitritado, porém foi observado um aumento na concentração de COT e de NKT após a inserção da solução enzimática, devido a uma alta concentração desses compostos na mesma. / The biological process is the one with the lowest cost of all the techniques currently used for the treatment of landfill leachate. However, it has not demonstrated ability to degrade recalcitrant organic matter present in this type of wastewater. This study aimed to evaluate the possibility of using enzymes, which are already used in industry, as an aid in such removal. After characterizing the Paulinia´s landfill leachate, wich was used in this study, it was found that it was in an advanced stage of degradation, with a pH of 8.40 ± 0.14; low concentration of readily biodegradable organic matter (BOD of 857 ± 475 mgO2/L) and high ammonia nitrogen (2343 ± 399 mgN/L) and Total Organic Carbon - TOC (2066 ± 746 mgC/L). The experimental research was conducted in two stages, using a sequential batch reactor with biomass adapted to the leachate. In the first step, using a full factorial design 2³, it was found that by increasing pH and decreasing the initial concentration of NH3-N is possible to avoid the accumulation of ammonia in the system by the total removal of that compound. However, the inhibition of ammonia oxidizing bacteria is not ceased. The biological pathway for oxidation efficiency reaches the maximum at 49.1%, with the remaining 50.9% being attributed to the volatilization of ammonia, which is enhanced with increasing pH. The second stage was aimed at removing recalcitrant organic matter, measured by the COT present in landfill leachate, with the use of laccase enzyme. The enzyme demonstrated a significant nitrite removal capacity, decreasing its concentration of 127 mgNO2 -/L to less than 0.1 mgNO2 -/L, and the TOC, from 2333 mgC/L to 1400 mgC/L in the same period time.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Angelica _Chini.pdf: 1719142 bytes, checksum: cacffbf4d6a7bd7dd87a559756ed1238 (MD5) Previous issue date: 2015-02-13 / Nitrogen is an essential nutrient for the survival of living organisms, and although abundant as a gas (N₂), it is largely inaccessible in this form to most beings. Nitrogen only becomes accessible when converted into, for example, ammonia, nitrite and nitrate. These substances can be found in high concentrations in effluents, such as swine wastewater, generating a high concentration of nutrients, which may cause damage to the environment and to public health. Biological processes are widely used to remove high nutrients loads. In this context, anammox, partial nitritation (PN) and their combination, as deammonification, are being studied for nitrogen removal. The deammonification consists in ammonia oxidation by PN and that generates substrate to anammox activity; therefore, it must have partial nitrification control to prevent nitrite accumulation. The nitrite concentration in the reactor can inhibit the anammox process, which can be controlled with different strategies, such as aeration and reactor configuration. Considering this, the present study aimed to evaluate two reactors configurations suspended and expanded sludge, for reactor configuration evaluation on deammonification process. For this, two up flow reactors were used with intermittent feeding and aeration at 30 min cycles (15 min on/ 15 min off), one with suspended and the other with expanded bed. These possess working volume of 1 L, 55 g (w/v) of biofilm plastic carrier, the temperature was maintained at 25 °C, HRT 9 h, circulation input flow rate of 2.70 L.d⁻¹ and recirculation flow rate was 2.5 times the input and it was fed with synthetic medium. It was possible to establish deammonification process in the two reactors and the experiments were carried out: phase I and III were unstable (air flow rate of 30 mL.min⁻¹.L⁻¹) and phase II was stable (air flow rate of 20 mL.min⁻¹.L⁻¹). Thus, in the tested process conditions, it was inferred that the ideal air flow rate was of 20 mL.min⁻¹.L⁻¹. The expanded biomass reactor configuration achieved better nitrogen removal efficiencies, being 1.23 more efficient than suspended bed, thus being considered the best option for the process under study. In the anammox and nitrifying quantification, there were no significant changes in the suspended bed reactor, only nitrifying growth in phase III. For the expanded bed reactor, anammox bacteria increased in phase II. The results showed that the expanded bed reactor presented a performance 23.06% more efficient than the suspended bed reactor. / O nitrogênio é um dos nutrientes essenciais para a sobrevivência dos organismos vivos e, embora abundante como gás (N₂), é em grande parte inacessível nesta forma à maioria dos organismos. O nitrogênio só se torna acessível quando convertido em, por exemplo, amônia, nitrito e nitrato. Substâncias essas que são encontradas em elevadas concentrações em efluentes, como os da suinocultura, gerando uma elevada concentração de nutrientes,que podem causar danos ao meio ambiente e à saúde pública. Para a remoção de elevadas cargas de nutrientes, os processos biológicos são amplamente utilizados. Assim, os processos anammox, nitritação parcial e seus sistemas combinados, como a desamonificação, estão sendo estudados para a remoção do nitrogênio. A desamonificação consiste na oxidação da amônia pela nitritação parcial (NP), gerando substrato para as bactérias com atividade anammox. Por isso, é necessário que ocorra controle rigoroso da NP a fim de evitar acúmulo de nitrito. O controle da produção de nitrito, a qual pode inibir as bactérias com atividade anammox,pode ser de várias formas, como, por exemplo, estratégias de aeração e configuração de reatores. Considerando estes aspectos, propõe-se estudar duas configurações de reatores, biomassa suspensa e biomassa expandida, com o intuito de avaliar a influência destas configurações em relação ao processo de desamonificação. Para isto, foram utilizados dois reatores de fluxo ascendente, com alimentação e aeração intermitente em ciclos de 30 min (sendo alimentação e aeração ligadas por 15 min e desligadas por 15 min), um com leito suspenso e outro expandido. Reatores com volume útil de 1L e 55 g (v/v) de meio suporte, temperatura mantida em 25 °C, TRH de 9 h, vazão de alimentação de 2,70 L.d⁻¹ e a de recirculação foi 2,5 vezes a de entrada. Os reatores foram alimentados com meio de cultura sintético contendo nitrogênio amoniacal total na faixa de 300 mgN.L⁻¹. A partir disso, foi possível estabelecer o processo de desamonificação nos dois reatores com vazões de ar de 20 e 30 mL.min⁻¹.L⁻¹, em três diferentes fases. As fases I e III foram instáveis (vazão de ar de 30 mL.min⁻¹.L⁻¹), ao passo que a fase II foi estável (vazão de ar de 20 mL.min⁻¹.L⁻¹). Dessa maneira, nas condições de processo testadas, inferiu-se que a vazão de ar de 20 mL.min⁻¹.L⁻¹ é a ideal. A configuração de reator de biomassa expandida obteve melhores resultados na remoção de nitrogênio, tendo 1,23 vezes maior eficiência do que o de biomassa suspensa. Assim sendo, o reator de leito expandido se mostrou a melhor opção para o processo estudado. Já na quantificação de biomassa anammox e nitrificante, não houve alterações significativas no reator de leito suspenso, somente crescimento de bactéria nitrificante na fase III. O reator de leito expandido, além disto, também apresentou crescimento de bactérias com atividade anammox na fase II. Os resultados evidenciaram que o reator de leito expandido teve um desempenho 23,06% superior ao de leito suspenso

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Angelica _Chini.pdf: 1719142 bytes, checksum: cacffbf4d6a7bd7dd87a559756ed1238 (MD5) Previous issue date: 2015-02-13 / Nitrogen is an essential nutrient for the survival of living organisms, and although abundant as a gas (N₂), it is largely inaccessible in this form to most beings. Nitrogen only becomes accessible when converted into, for example, ammonia, nitrite and nitrate. These substances can be found in high concentrations in effluents, such as swine wastewater, generating a high concentration of nutrients, which may cause damage to the environment and to public health. Biological processes are widely used to remove high nutrients loads. In this context, anammox, partial nitritation (PN) and their combination, as deammonification, are being studied for nitrogen removal. The deammonification consists in ammonia oxidation by PN and that generates substrate to anammox activity; therefore, it must have partial nitrification control to prevent nitrite accumulation. The nitrite concentration in the reactor can inhibit the anammox process, which can be controlled with different strategies, such as aeration and reactor configuration. Considering this, the present study aimed to evaluate two reactors configurations suspended and expanded sludge, for reactor configuration evaluation on deammonification process. For this, two up flow reactors were used with intermittent feeding and aeration at 30 min cycles (15 min on/ 15 min off), one with suspended and the other with expanded bed. These possess working volume of 1 L, 55 g (w/v) of biofilm plastic carrier, the temperature was maintained at 25 °C, HRT 9 h, circulation input flow rate of 2.70 L.d⁻¹ and recirculation flow rate was 2.5 times the input and it was fed with synthetic medium. It was possible to establish deammonification process in the two reactors and the experiments were carried out: phase I and III were unstable (air flow rate of 30 mL.min⁻¹.L⁻¹) and phase II was stable (air flow rate of 20 mL.min⁻¹.L⁻¹). Thus, in the tested process conditions, it was inferred that the ideal air flow rate was of 20 mL.min⁻¹.L⁻¹. The expanded biomass reactor configuration achieved better nitrogen removal efficiencies, being 1.23 more efficient than suspended bed, thus being considered the best option for the process under study. In the anammox and nitrifying quantification, there were no significant changes in the suspended bed reactor, only nitrifying growth in phase III. For the expanded bed reactor, anammox bacteria increased in phase II. The results showed that the expanded bed reactor presented a performance 23.06% more efficient than the suspended bed reactor. / O nitrogênio é um dos nutrientes essenciais para a sobrevivência dos organismos vivos e, embora abundante como gás (N₂), é em grande parte inacessível nesta forma à maioria dos organismos. O nitrogênio só se torna acessível quando convertido em, por exemplo, amônia, nitrito e nitrato. Substâncias essas que são encontradas em elevadas concentrações em efluentes, como os da suinocultura, gerando uma elevada concentração de nutrientes,que podem causar danos ao meio ambiente e à saúde pública. Para a remoção de elevadas cargas de nutrientes, os processos biológicos são amplamente utilizados. Assim, os processos anammox, nitritação parcial e seus sistemas combinados, como a desamonificação, estão sendo estudados para a remoção do nitrogênio. A desamonificação consiste na oxidação da amônia pela nitritação parcial (NP), gerando substrato para as bactérias com atividade anammox. Por isso, é necessário que ocorra controle rigoroso da NP a fim de evitar acúmulo de nitrito. O controle da produção de nitrito, a qual pode inibir as bactérias com atividade anammox,pode ser de várias formas, como, por exemplo, estratégias de aeração e configuração de reatores. Considerando estes aspectos, propõe-se estudar duas configurações de reatores, biomassa suspensa e biomassa expandida, com o intuito de avaliar a influência destas configurações em relação ao processo de desamonificação. Para isto, foram utilizados dois reatores de fluxo ascendente, com alimentação e aeração intermitente em ciclos de 30 min (sendo alimentação e aeração ligadas por 15 min e desligadas por 15 min), um com leito suspenso e outro expandido. Reatores com volume útil de 1L e 55 g (v/v) de meio suporte, temperatura mantida em 25 °C, TRH de 9 h, vazão de alimentação de 2,70 L.d⁻¹ e a de recirculação foi 2,5 vezes a de entrada. Os reatores foram alimentados com meio de cultura sintético contendo nitrogênio amoniacal total na faixa de 300 mgN.L⁻¹. A partir disso, foi possível estabelecer o processo de desamonificação nos dois reatores com vazões de ar de 20 e 30 mL.min⁻¹.L⁻¹, em três diferentes fases. As fases I e III foram instáveis (vazão de ar de 30 mL.min⁻¹.L⁻¹), ao passo que a fase II foi estável (vazão de ar de 20 mL.min⁻¹.L⁻¹). Dessa maneira, nas condições de processo testadas, inferiu-se que a vazão de ar de 20 mL.min⁻¹.L⁻¹ é a ideal. A configuração de reator de biomassa expandida obteve melhores resultados na remoção de nitrogênio, tendo 1,23 vezes maior eficiência do que o de biomassa suspensa. Assim sendo, o reator de leito expandido se mostrou a melhor opção para o processo estudado. Já na quantificação de biomassa anammox e nitrificante, não houve alterações significativas no reator de leito suspenso, somente crescimento de bactéria nitrificante na fase III. O reator de leito expandido, além disto, também apresentou crescimento de bactérias com atividade anammox na fase II. Os resultados evidenciaram que o reator de leito expandido teve um desempenho 23,06% superior ao de leito suspenso

O objetivo do presente trabalho foi avaliar o desempenho de um reator de leito fixo e fluxo ascendente (RLFFA) em escala de bancada submetido à baixa aeração e recirculação. O reator foi utilizado como um sistema de pós-tratamento do efluente de indústria de fabricação de ração animal (INCOFAP) a partir de resíduos de abatedouro de aves, caracterizado por elevada carga de nitrogênio amoniacal. Para tanto, o RLFFA foi avaliado quanto à remoção da fração remanescente de matéria orgânica e de nitrogênio do efluente do reator UASB instalado na indústria. O RLFFA foi operado em condições mesofílicas (30°C) e tinha volume total de 11,5 L e volume útil de 6,1 L, com leito estruturado composto por 13 estruturas cilíndricas (3 cm de diâmetro) de espuma de poliuretano, dispostas verticalmente no interior do reator. O reator apresentou sistema de recirculação interna, com razão de recirculação igual a 3, suficiente para garantir a mistura completa. O sistema foi operado em três condições distintas, que foram denominadas de fases, todas com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 24 horas e concentração de oxigênio dissolvido próxima a 1,0 mg.L-1. Nas fases 1 e 2, o RLFFA foi alimentado com 20% de efluente do UASB diluídos em água, e a alimentação da Fase 3 foi com 10% de efluente. As relações DQO/N para as Fases de 1 a 3 foram de, respectivamente, 0,28, 0,41 e 0,26. Na Fase 1, a alcalinidade foi mantida em concentração estequiométrica para a ocorrência da nitrificação total, enquanto nas fases 2 e 3 a alcalinidade foi adicionada em excesso. As melhores eficiências de remoção de N-total e DQO foram obtidas na Fase 1, com respectivamente, 48 ± 24% e 63 ± 20%, atingindo remoção máxima de N-total de 79% e 92% para DQO. As análises estatísticas demonstraram independência entre a remoção de DQO e a remoção de N-total, e com demanda de doador de elétrons para desnitrificação heterotrófica via nitrato superior à DQO removida, indicando a ocorrência de vias complementares. A desnitrificação via nitrito e a desnitrificação autotrófica foram observadas nos ensaios cinéticos de desnitrificação via nitrito e teste de atividade para desnitrificação autotrófica utilizando sulfeto como doador de elétrons. A modelagem para qualidade da água do rio Chibarro( local de lançamento do efluente da empresa INCOFAP) utilizando uma modificação do modelo de Streeter-Phelps, indicou que o cenário com a adoção do reator estudado no presente trabalho para tratamento do efluente da INCOFAP permitiu reduzir o impacto para a qualidade da água do rio Chibarro ao se comparar ao sistema atual de tratamento do efluente da empresa INCOFAP. Entretando, ainda faz-se necessária a elevação da eficiência de remoção de N-total no sistema, para atingir a concentração máxima de N-amoniacal permitida de 20 mg.L-1 para o efluente para compatibilização com a capacidade de autodepuração do rio Chibarro. / The objective of this study was to evaluate the performance of a bench scale up-flow fixedbed reactor (UFBR) subjected to low aeration and effluent recirculation.The reactor was used as a post-treatment system of effluent from animal food plant (INCOFAP) using poultry slaughterhouse wastes, characterized by high ammoniacal nitrogen load rate.Therefore, the UFBR was evaluated in respect to residual organic matter and nitrogen removal of industrys UASB reactor effluent. The UFBR was operated in mesophilic conditions (30°C) and it had a total volume of 11.5 L and a working volume of 6.1 L, with a structured bed composed by 13 polyurethane foam vertical cylindrical structures (3 cm of diameter) inside the reactor. The reactor was provided with internal recirculation system with recirculation ratio of 3, suficiente to guarantee a complete mixture. The system was operated in three different phases, with hydraulic retention time (HRT)of 24 hours and dissolved oxygen concentration close to 1.0 mg.L-1.On Phases 1 and 2, the UFBR was fed with 20% of UASB effluent diluted in water,and the Phase 3 was fed with 10% of effluent. On phases 1 to 3 COD/N ratios were, respectively, 0.28, 0.41 and 0.26. The alkalinity on Phase 1 was maintained on stoichiometric concentration to total nitrification, while in phases 2 and 3 excess alkalinity was added. The best total nitrogen and COD removal efficiencies were obtained in Phase 1, with respectively, 48 ± 24% and 63 ± 20% , reaching maximum total nitrogen removal of 79% and 92% for COD. Statistical analysis demonstrated independency between COD and total nitrogen removal, and with higher electron donor demand for nitrate denitrification than COD removal, indicating the occurrence of complementary paths. The nitrite denitrification and autotrophic denitrification were noted in kinetics experiments and activity tests for autotrophic denitrification using sulfide as source of electron donors. The modeling for Chibarro river water quality (site of INCOFAPs effluent release) , using a modified Streeter-Phelps model, indicated the scenario with the adoption of the studied reactor on this work for INCOFAP's effluent treatment provided the reduction of the impact on Chibarros water quality in comparison with the current effluent treatment of INCOFAP. However, it is still necessary an increase on system denitrification efficiency to reach the maximum ammoniacal nitrogen concentration allowed of 20 mg.L-1 for the effluent to make compatible with de selfpurification of Chibarro river.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-07T20:04:03Z No. of bitstreams: 1 TUILLY DE FÁTIMA MACEDO FURTADO GUERRA – DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2016.pdf: 2570702 bytes, checksum: dc3123f0ac79b6573767e39e1c19c4c4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-07T20:04:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TUILLY DE FÁTIMA MACEDO FURTADO GUERRA – DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2016.pdf: 2570702 bytes, checksum: dc3123f0ac79b6573767e39e1c19c4c4 (MD5) Previous issue date: 2017-03-17 / Capes / O processo Anammox essencialmente é a desnitrificação autotrófica na qual nitrogênio amoniacal é oxidado por nitrito para nitrogênio molecular. O nitrito pode ser produzido em águas residuárias pela oxidação da amônia pelas Nitrosomonas. Todavia, tem-se que evitar que as bactérias do gênero Nitrobacter se desenvolvam para evitar a oxidação do nitrito para nitrato. O processo Anammox se aplica particularmente em águas ricas em amônia e pobres em material orgânico, como por exemplo, efluentes de digestores anaeróbios. Na prática tem sido aplicado com sucesso para efluentes de digestores de lodo aquecidos a 37 °C, mas a aplicação à temperatura ambiente na Europa (5 a 15 °C) não tem sido eficiente, pela dificuldade de eliminação da etapa de nitratação. Na presente pesquisa, procurou-se estabelecer se a nitrificação parcial é factível para a faixa de temperatura de esgotos no Brasil, para uma possível aplicação do processo Anammox visando à remoção de nitrogênio dos efluentes de reatores UASB. Para tanto, foram determinadas as constantes cinéticas da nitritação e nitratação em um sistema de lodo ativado entre a faixa de temperaturas de 12,7°C a 31 °C e as constantes de meia saturação do oxigênio dissolvido. A respirometria foi a ferramenta utilizada para determinar as taxas de nitritação e de nitratação e estimar as outras constantes cinéticas relevantes, sendo mostrado pelos resultados que esta é uma ferramenta útil na determinação das constantes cinéticas. Os valores encontrados das constantes cinéticas de crescimento das nitritadoras e nitratadoras em função da temperatura mostraram uma tendência de prevalecimento da nitritação sobre a nitratação em toda a faixa avaliada. Através da determinação da idade lodo mínima para a nitritação e nitratação pode-se estimar que operando um sistema de lodo ativado a temperatura ambiente adotando uma idade de lodo de 4 dias é possível promover a nitrificação parcial. / The Anammox process is essentially autotrophic denitrification in which ammoniacal nitrogen is oxidized by nitrite to molecular nitrogen. Nitrite can be produced in wastewater by the oxidation of ammonia by Nitrosomonas. However, it has to be avoided that bacteria of the genus Nitrobacter develop to avoid the oxidation of nitrite to nitrate. The Anammox process is applied particularly in ammonium rich waters and poor in organic material, such as effluent from anaerobic digesters. In practice it has been successfully applied to effluent from sludge digesters heated to 37 ° C, but application at room temperature in Europe (5 to 15 ° C) has not been efficient due to the difficulty of eliminating the nitration step. In the present research, it was tried to establish if the partial nitrification is feasible for the range of sewage temperature in Brazil, for a possible application of the Anammox process aiming at the removal of nitrogen from UASB reactor effluents. For this, the kinetic constants of nitriding and nitration were determined in an activated sludge system between the temperature range of 12.7 ° C to 31 ° C and the half-saturation constants of the dissolved oxygen. The respirometry was the tool used to determine nitration and nitration rates and to estimate the other relevant kinetic constants, and it is shown by the results that this is a useful tool in the determination of kinetic constants. The values of the kinetic constants of the nitriding and nitrating agents as a function of temperature showed a tendency of nitriding over nitration over the entire range. By determining the age minimum sludge for nitriding and nitration it can be estimated that operating a sludge activated system at room temperature adopting a sludge age of 4 days can promote partial nitrification.

Submitted by Neusa Fagundes (neusa.fagundes@unioeste.br) on 2017-09-06T13:24:19Z No. of bitstreams: 1 Adelcio_Giongo2016.pdf: 1383735 bytes, checksum: ddf849e35c040eb04a0c84af1eeb643f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-06T13:24:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adelcio_Giongo2016.pdf: 1383735 bytes, checksum: ddf849e35c040eb04a0c84af1eeb643f (MD5) Previous issue date: 2017-07-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The swine industry has shown strong development and, thus, has produced large volumes of effluents that must be correctly managed. Therefore, when such effluent cannot be released into soil, a treatment must be carried out to avoid environmental impacts of swine wastewater. Nitrogen is one of the elements that takes part in swine waste and it must be under constant evaluation, but, in some cases, it must be removed. Nitrification/denitrification (NDF) process is a frequent applied technology. However, when the effluent presents low C/N ratio, such as effluents after anaerobic processes, there is some decrease on denitrification efficiency and the total nitrogen removal can be affected. In this case, Nitritation/denitritation (NDT) process can be used to improve the system performance as well as save energy cost with aeration and external source of carbon due to the lower C/N requirement. Thus, this study aimed at evaluating swine wastewater based on NDF and NDT processes at different C/N ratios in order to obtain a system with efficient nitrogen removal and low oxygen and carbon consumption. Four phases were carried out during this experiment: Phase I) DO from 2.0-3.0 mgO2L-1 to 1.5 C/N; Phase II) DO from 0.6-0.7 mgO2L-1 to 1.5 C/N; Phase III) DO from 0.6 to 0.7 mgO2L-1, different C/N ratios (1.5, 0.9, 0.75 and 0.6); Phase IV) DO from 2.0 to 3.0 mgO2L-1, different C/N ratios (1.5, 0.9, 0.75, and 0.6). The best operational condition was obtained at nitritation/denitritation process, whose C/N ratio was 0.9, and the optimum N removal was 86.3%. Under this condition, the system saved almost 36.8% of total organic carbon consumption and nearly 74% of dissolved oxygen consumed when compared to the conventional process for N-removal. This strategy can be very useful for nitrogen removal with low carbon rates, as the digestate from anaerobic processes. / A atividade suinocultura tem apresentado forte crescimento, e assim vem produzindo grandes volumes de efluentes que devem ser corretamente administrados. Portanto, quando não é possível a aplicação deste tipo de efluente no solo, o tratamento deve ser aplicado para que se evitem impactos ambientais. O nitrogênio é um dos elementos presentes nos dejetos de suínos que deve estar sob constante avaliação, e em alguns casos deve ser removido. O processo de nitrificação/desnitrificação (NDF) é uma tecnologia frequentemente aplicada, porém, quando o efluente apresenta baixa relação C/N, como efluentes pós-processos anaeróbios, a eficiência da desnitrificação é reduzida e a remoção de nitrogênio total pode ser afetada. Neste caso, o processo de nitritação/desnitritação (NDT) pode ser utilizado para melhorar o desempenho do sistema e economizar energia com aeração e com fonte externa de carbono, devido ao requisito de baixa relação C/N. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a água residuária de suinocultura utilizando nitrificação/desnitrificação e nitritação/desnitritação em diferentes relações C/N, a fim de se obter um sistema com eficiente remoção de nitrogênio e baixo consumo de oxigênio e carbono. Quatro fases foram realizadas durante o experimento: Fase I) OD entre 2,0-3,0 mgO2 L-1 (nitrificação) e C/N 1,5; Fase II) OD entre 0,6-0,7 mgO2 L-1 (nitritação), e C/N 1,5; Fase III) OD entre 0,6-0,7 mgO2 L-1, diferentes relações C/N (1,5, 0,9, 0,75 e 0,6); Fase IV) OD entre 2,0-3,0 mgO2 L-1, diferentes relações de C/N (1,5, 0,9, 0,75 e 0,6). A melhor condição operacional foi encontrada no processo nitritação/desnitritação, com relação C/N de 0,9, cuja remoção de N considerada ótima foi de 86,3%. Nesta condição, a economia do sistema foi de 36,8% do consumo total de carbono orgânico e de cerca de 74% do consumo de oxigênio dissolvido, quando comparado com o processo convencional de remoção de N. Esta estratégia pode ser muito útil para a remoção do nitrogênio de efluentes de baixo teor de carbono, como os provenientes de processos anaeróbios.

O objetivo do presente trabalho foi avaliar o desempenho de um reator de leito fixo e fluxo ascendente (RLFFA) em escala de bancada submetido à baixa aeração e recirculação. O reator foi utilizado como um sistema de pós-tratamento do efluente de indústria de fabricação de ração animal (INCOFAP) a partir de resíduos de abatedouro de aves, caracterizado por elevada carga de nitrogênio amoniacal. Para tanto, o RLFFA foi avaliado quanto à remoção da fração remanescente de matéria orgânica e de nitrogênio do efluente do reator UASB instalado na indústria. O RLFFA foi operado em condições mesofílicas (30°C) e tinha volume total de 11,5 L e volume útil de 6,1 L, com leito estruturado composto por 13 estruturas cilíndricas (3 cm de diâmetro) de espuma de poliuretano, dispostas verticalmente no interior do reator. O reator apresentou sistema de recirculação interna, com razão de recirculação igual a 3, suficiente para garantir a mistura completa. O sistema foi operado em três condições distintas, que foram denominadas de fases, todas com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 24 horas e concentração de oxigênio dissolvido próxima a 1,0 mg.L-1. Nas fases 1 e 2, o RLFFA foi alimentado com 20% de efluente do UASB diluídos em água, e a alimentação da Fase 3 foi com 10% de efluente. As relações DQO/N para as Fases de 1 a 3 foram de, respectivamente, 0,28, 0,41 e 0,26. Na Fase 1, a alcalinidade foi mantida em concentração estequiométrica para a ocorrência da nitrificação total, enquanto nas fases 2 e 3 a alcalinidade foi adicionada em excesso. As melhores eficiências de remoção de N-total e DQO foram obtidas na Fase 1, com respectivamente, 48 ± 24% e 63 ± 20%, atingindo remoção máxima de N-total de 79% e 92% para DQO. As análises estatísticas demonstraram independência entre a remoção de DQO e a remoção de N-total, e com demanda de doador de elétrons para desnitrificação heterotrófica via nitrato superior à DQO removida, indicando a ocorrência de vias complementares. A desnitrificação via nitrito e a desnitrificação autotrófica foram observadas nos ensaios cinéticos de desnitrificação via nitrito e teste de atividade para desnitrificação autotrófica utilizando sulfeto como doador de elétrons. A modelagem para qualidade da água do rio Chibarro( local de lançamento do efluente da empresa INCOFAP) utilizando uma modificação do modelo de Streeter-Phelps, indicou que o cenário com a adoção do reator estudado no presente trabalho para tratamento do efluente da INCOFAP permitiu reduzir o impacto para a qualidade da água do rio Chibarro ao se comparar ao sistema atual de tratamento do efluente da empresa INCOFAP. Entretando, ainda faz-se necessária a elevação da eficiência de remoção de N-total no sistema, para atingir a concentração máxima de N-amoniacal permitida de 20 mg.L-1 para o efluente para compatibilização com a capacidade de autodepuração do rio Chibarro. / The objective of this study was to evaluate the performance of a bench scale up-flow fixedbed reactor (UFBR) subjected to low aeration and effluent recirculation.The reactor was used as a post-treatment system of effluent from animal food plant (INCOFAP) using poultry slaughterhouse wastes, characterized by high ammoniacal nitrogen load rate.Therefore, the UFBR was evaluated in respect to residual organic matter and nitrogen removal of industrys UASB reactor effluent. The UFBR was operated in mesophilic conditions (30°C) and it had a total volume of 11.5 L and a working volume of 6.1 L, with a structured bed composed by 13 polyurethane foam vertical cylindrical structures (3 cm of diameter) inside the reactor. The reactor was provided with internal recirculation system with recirculation ratio of 3, suficiente to guarantee a complete mixture. The system was operated in three different phases, with hydraulic retention time (HRT)of 24 hours and dissolved oxygen concentration close to 1.0 mg.L-1.On Phases 1 and 2, the UFBR was fed with 20% of UASB effluent diluted in water,and the Phase 3 was fed with 10% of effluent. On phases 1 to 3 COD/N ratios were, respectively, 0.28, 0.41 and 0.26. The alkalinity on Phase 1 was maintained on stoichiometric concentration to total nitrification, while in phases 2 and 3 excess alkalinity was added. The best total nitrogen and COD removal efficiencies were obtained in Phase 1, with respectively, 48 ± 24% and 63 ± 20% , reaching maximum total nitrogen removal of 79% and 92% for COD. Statistical analysis demonstrated independency between COD and total nitrogen removal, and with higher electron donor demand for nitrate denitrification than COD removal, indicating the occurrence of complementary paths. The nitrite denitrification and autotrophic denitrification were noted in kinetics experiments and activity tests for autotrophic denitrification using sulfide as source of electron donors. The modeling for Chibarro river water quality (site of INCOFAPs effluent release) , using a modified Streeter-Phelps model, indicated the scenario with the adoption of the studied reactor on this work for INCOFAP's effluent treatment provided the reduction of the impact on Chibarros water quality in comparison with the current effluent treatment of INCOFAP. However, it is still necessary an increase on system denitrification efficiency to reach the maximum ammoniacal nitrogen concentration allowed of 20 mg.L-1 for the effluent to make compatible with de selfpurification of Chibarro river.