Apresenta-se a investigação experimental do tratamento de esgoto sanitário, submetido apenas a gradeamento, por meio de reatores aeróbios de leito trifásico com circulação em tubos concêntricos induzida por injeção de ar. Foram construídos dois reatores com 0,25m de diâmetro externo, 0,20m de diâmetro interno e alturas de 6m (R6) e 12m (R12). O meio suporte utilizado (fase sólida) foi areia com 0,27mm de diâmetro médio. Os tempos de detenção hidráulica investigados variaram entre 1,0h e 8,0h, com concentração de sólidos de 50g/l e 100g/l. Nas etapas iniciais do trabalho houve a necessidade de vazões de ar da ordem de 6000 l/h para manter o meio em suspensão, introduzindo uma quantidade de oxigênio superior ao necessário para o tratamento. Para diminuir a vazão de ar foi utilizado um propulsor axial no tubo de subida para auxiliar a circulação do meio trifásico, o que permitiu reduzir as vazões de ar para cerca de 3500 l/h. Os melhores resultados desta fase foram obtidos com TDH = 3h e 100g/l de areia. As remoções médias de DBO bruta, e filtrada, DQO bruta e filtrada e NTK foram de 89%, 99%, 84%, 95% e 87%, respectivamente, para o R12 e de 89%, 98%, 82%, 95% e 86%, respectivamente, para o R6, sem diferenças estatisticamente significativas entre os reatores. As remoções médias de fósforo total para os reatores R12 e R6 com TDH = 3h foram 31% e 32%.Entretanto, foi produzida uma parcela de sólidos em suspensão de baixa sedimentabilidade, que prejudicava a qualidade do efluente final. As soluções investigadas para este problema foram a utilização de uma câmara de flotação no R12 e a diminuição do diâmetro do tubo de subida, implantada no R6. Ambos os reatores foram ensaiados com TDH = 3h e 100g/l de areia. O sistema de flotação foi avaliado com taxas de recirculação de 15% e 20%. O efluente final resultante ainda continha uma parcela indesejável de biomassa suspensa. A remoção média de fósforo total durante essa etapa foi de 42 %. De forma geral não houve melhorias estatisticamente significativas na operação do flotador na remoção de fósforo e nos demais parâmetros avaliados. Entretanto ensaios em laboratório mostraram que com a adição de 75 mg/l de Cloreto Férrico a remoção de fósforo total aumentou para 87 %. A redução do diâmetro do tubo interno no R6 permitiu diminuir as vazões iniciais para 1500 l/h sem problemas de suspensão do leito, sendo posteriormente aumentado para 2100 l/h por exigência do tratamento biológico. As remoções médias de DQO e DBO brutas, NT, e Fósforo Total situaram-se em 91%, 88%, 72% e 32% respectivamente. O reator apresentou bom desempenho hidrodinâmico, melhorando os problemas de sedimentabilidade do lodo e as características físicas do efluente. A pesquisa mostra que a solução de leito trifásico com circulação é tecnicamente viável para o tratamento de esgoto sanitário submetido apenas a gradeamento. A câmara de flotação integrada mostrou-se tão eficiente quanto os decantadores, com a vantagem de permitir aumento significativo na remoção de fósforo com a adição de floculantes. Os dados demonstraram também que é possível controlar as condições hidrodinâmicas para a produção de lodo com melhor sedimentabilidade e para otimizar a necessidade de injeção de ar, atuando sobre a relação entre os diâmetros interno e externo. Os aspectos econômicos envolvidos na utilização eficiente do ar constituem a principal necessidade de pesquisa visando à adoção da tecnologia para a utilização proposta. / The experimental investigation of the sanitary sewage treatment, submitted only to screening, through three-phase bed aerobic reactors with circulation in concentric tubes induced by air injection, is presented. Two reactors had been constructed, with 0.25 m external diameter, 0.20 m internal diameter, and 6m (R6) and 12m (R12) high, respectively. The support medium (solid phase) was sand with 0.27 mm medium diameter. The hydraulic detention times investigated ranged between 1.0 h and 8.0 h, with solid concentrations of 50 g/l and 100 g/l. At the initial stages of the research, the reactors needed to work with air outflow of 6000 l/h, to maintain the support medium suspended, introducing an oxygen quantity higher than the necessary to the treatment. To reduce the air outflow, an axial propeller had been used at the ascent tube to aid the circulation, allowing to reduce the air outflows to about 3500 l/h. The best results for this stage had been obtained with HDT = 3h and 100g sand/l. The averaged removal of rough and filtered BOD, rough and filtered COD, and TKN for the R12 were 89%, 99%, 84%, 95%, and 87%, respectively. For the R6 the values were 89%, 98%, 82%, 95%, and 86%, respectively, without statistically significant differences between the R6 and R12. The averaged total phosphorus removal for R12 and R6 were 31 and 32%, with HDT = 3h. However, a low sedimentability portion of suspending solids had been produced, which prejudiced the final effluent quality. The solutions investigated to solve this problem were a flotation chamber in the R12 and the reduction of the ascent tube diameter, in the R6. Both reactors had been analyzed with HDT = 3h and 100g sand/l. The flotation system had been analyzed with recirculation rate of 15% and 20%. The final effluent still contained an undesired suspended biomass portion. The medium total phosphorus removal during this stage was 42%. Generally, there was no statistically significative improvements at the flotation tank operation in the phosphorus removal and others evaluated parameters. Laboratory assays, however, showed that adding 75 mg ferric chloride, the total phosphorus removal increased to 87%. The intern tube diameter reduction at the R6 diminished the initial outflow to 1500 l/h, without bed suspension problems. The outflow was later increased to 2100 l/h, due to the biological treatment. The medium removal of CDO, BOD, NT ant total phosphorus were 91%, 88%, 72%, and 32%, respectively. The reactor presented good hydrodynamic performance, improving the sedimentability problems of the sludge and the effluent physical characteristics. The research shows that the triphasic bed with circulation solution is technically feasible for the sanitary sewerage treatment submitted only to screening. The integrated flotation chamber was as efficient as the sedimentations tanks, with the advantage of to allow significative increase in the phosphorus removal with coagulants addition. The data also shown that it is possible to control the hydrodynamic conditions to produce sludge with better sedimentability and to optimize the air injection necessity, influencing the relation between the internal and the external diameters. The economical aspects involved in the efficient use of the air constitutes the principal research necessity, aiming the adoption of the technology to the proposed use.

Este trabalho apresenta e discute os resultados de um estudo amplo e aprofundado sobre os principais parâmetros operacionais da flotação por ar dissolvido, utilizada no pós-tratamento de efluentes de um reator anaeróbio de leito expandido (RALEx), tratando 10 m3/hora de esgoto sanitário. Foram realizados preliminarmente ensaios utilizando o flotateste, unidade de flotação em escala de laboratório, para identificar as melhores dosagens de coagulante (cloreto férrico), o polímero mais adequado, dentre os 26 testados, e sua respectiva dosagem, o pH de coagulação adequado, o tempo (Tf) e o gradiente de velocidade (Gf) de floculação mais apropriados e a quantidade de ar (S*) requerida. Para obtenção das condições operacionais adequadas para a unidade piloto de flotação, os valores de Tf e de Gf foram variados de zero a 24 minutos e de 40 a 100 s-1, respectivamente. As concentrações de cloreto férrico e de polímero sintético variaram de 15 a 92 mg/L e de 0,25 a 7,0 mg/L, respectivamente. S* variou de 2.85 a 28.5 gramas de ar por metro cúbico de efluente e a taxa de aplicação superficial na unidade de flotação abrangeu de 180 a 250 m3/m2/d. O desempenho da flotação durante a partida do reator anaeróbio também foi investigado. O uso de 50 mg/L de cloreto férrico, de Tf igual a 20 min e Gf de 80 s-1, de S* de 19,7 g de ar por m3 de efluente e taxa de 180 m3/m2/d produziu excelentes resultados nos ensaios com a instalação piloto de flotação, com elevadas remoções de carga de DQO (80,6%), de fósforo total (90,1%) e de sólidos suspensos totais (92,1%) e com turbidez entre 1,6 e 15,4 uT e residuais de ferro de 0,5 mg/L, com remoção estimada, na forma de lodo, de 77 gramas de SST por m3 de efluente tratado. Nestas mesmas condições, no sistema RALEx+FAD, foram observadas remoções globais de 91,6% de carga de DQO, de 90,1% de carga de fósforo e de 96,6% de carga de SST. O emprego da flotação por ar dissolvido (FAD) mostrou-se alternativa bastante atraente para o pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Se a coagulação estiver bem ajustada, o sistema composto de reator anaeróbio seguido de unidade de flotação consegue alcançar excelente remoção de matéria orgânica, redução significativa da concentração de fósforo e de sólidos suspensos, além de precipitação dos sulfetos dissolvidos, gerados no reator anaeróbio. Bons resultados foram alcançados mesmo quando o reator RALEx produziu efluentes de baixa qualidade durante seu período de partida. Nesse período, o sistema de flotação atuou como barreira eficaz, evitando a emissão de efluente de baixa qualidade do sistema. / This research work presents ad discusses the results of a wide and deep study on the main operational parameters of DAF while used for the post-treatment of effluents from a pilot expanded-bed anaerobic (RALEx) reactor. The system received 10 m3 per hour of domestic sewage. Bench-scale assays in flota-test units were first carried out to achieve the best dosage of coagulants (ferric chloride), the best polymer and respective dosages, the adjusted pH for coagulation, the flocculation time (Tf), the proper velocity gradient (Gf) and the amont of air (S*) required. In order to obtain the proper operational conditions in the pilot DAF plant, Tf and Gf were made to vary from zero to 24 minutes and from 40 to 100 s-1, respectively. The chemicals ferric chloride and synthetic polymer concentrations ranged from 15 to 92 mg/L and 0.25 to 7.0 mg/L, repectively. S* varied from 2.85 to 28.5 grams of air per cubic meter of wastewater and the applied flotation rates ranged from 180 to 250 m3.m-2.d-1. DAF performance was also investigated during RALEx start-up period. At the DAF operational conditions of 50 mgFeCl3.l-1, Tf of 15 min, Gf of 80 s-1, S* of 19.7 g of air per m3 of wastewater and the applied loading rate of 180 m3.m-2.d-1, the removal efficiencies attained 80.6% for COD, 90.1% for phosphorus, 92.1% for suspended solids, producing effluents with turbidity ranged from 1.6 to 15.4 NTU, residual Fe of 0.5 mg/L, removing 77 grams of SST per cubic meter of wastewater. At the same conditions, the system RALEx-DAF presented global efficiencies of 91.6% for COD, 90.1% for phosphorus and 96.6% for suspended solids. The utilization of dissolved-air flotation (DAF) constitutes an attractive alternative for the post-treatment of anaerobic reactor´s effluents. If coagulation is well adjusted, such system composed of anaerobic reactor followed by DAF can achieve excellent organic matter removal, expressive solids and phosphorus reduction and precipitation of dissolved sulfide generated in the anaerobic unit. Good results were also obtained even when RALEx produced low quality effluents during start-up period. In such period, the DAF unit functioned as an efficient barrier for avoiding the emission of low quality system effluent.

O emprego da flotação por ar dissolvido (FAD) para o pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios aparenta ser atraente considerando algumas características desse processo físico-químico. A FAD é reconhecidamente um processo de alta taxa, particularmente eficiente na remoção de material particulado em suspensão e de flocos produzidos pela coagulação química de águas residuárias. Além disso, há produção de lodo espesso e provavelmente arraste de parcela de gases e de compostos voláteis, presentes nos efluentes anaeróbios. Entretanto, a concepção de sistemas de FAD deve ser precedida por ensaios em unidades de flotação em escala de laboratório, permitindo a determinação dos principais parâmetros do processo. Neste trabalho, são apresentados e discutidos os resultados obtidos em laboratório e em instalação piloto de flotação com escoamento contínuo recebendo efluente de reator anaeróbio de manta de lodo (UASB), com 18 m3 de volume, tratando esgoto sanitário. Os ensaios em unidade em escala de laboratório foram realizados utilizando diferentes dosagens de cloreto férrico (entre 30 e 110 mg/L) ou de polímero catiônico (entre 1,0 e 16,0 mg/L), atuando como coagulantes. Além disso, foram estudadas as condições de floculação (tempo de 15 e de 25 min, e gradiente médio de velocidade de floculação entre 30 e 100 s-1) e diferentes valores de quantidade de ar fornecido ao processo (S*, entre 4,7 e 28,5 g de ar por m3 de efluente). Com a instalação piloto de FAD foram realizados apenas ensaios preliminares variando-se a taxa de aplicação superficial (140 e 210 m3/m2/d) para diferentes valores de S* (14,8 a 29,5 g de ar por m3 de efluente). Com o emprego de dosagem de 65 mg/L de cloreto férrico, de tempo de 15 min e gradiente médio de velocidade de floculação de 80 s-1 e de 19 g de ar por m3 de efluente, foram observados excelentes resultados em laboratório, com elevadas remoções de DQO (89%), de fosfato total (96%), de sólidos suspensos totais (96%), de turbidez (98%), de cor aparente (91%), de sulfetos (não detectado) e NTK (47%). Considerando o sistema UASB e FAD, nos testes em laboratório, foram observadas remoções globais de 97,7% de DQO, de 98,0% de fosfato total, de 98,9% de SST, de 99,5% de turbidez, de 97,8% de cor aparente e de 59,0% de NTK. Nos ensaios com a instalação piloto de FAD, o sistema apresentou remoções de 93,6% de DQO, de 87,1% de SST, de 90% de sulfetos e de 30% de NTK. / The utilization of dissolved-air flotation (DAF) for the post-treatment of effluents from anaerobic reactors seems to be attractive considering some characteristics features of such a physical-chemical process. DAF is known to be a high-rate process particularly efficient for the removal of suspended particles and flocs produced by the chemical coagulation of wastewaters. Moreover, it produces a thick sludge and probably promotes the stripping of gases and volatile compounds present in anaerobic effluents. However, the design of DAF systems has to be preceeded by assays in lab-scale units permiting to establish the main process parameters. The results obtained from a lab-scale unit receiving effluent of a 18 m3 upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor treating domestic sewage are presented and discussed. The assays were performed firstly in a lab-scale unit, using ferric chloride (from 30 to 110 mg/L) or cationic polymer (from 1.0 to 16.0 mg/L) as coagulant under different concentrations. In order to obtain proper conditions for flocculation time (t) was fixed at 15 and 25 min and velocity gradient (G) was ranged form 30 to 100 s-1. The required quantity of air (S*) was ranged from 4.7 to 28.5 g of air per m3 of wastewater. Using a FAD pilot plant, only preliminary assays were performed, using two surface load rate values (140 e 210 m3/m2/d) and different S* values (from 14.8 to 29.5 g of air per m3 of wastewater). Using a lab-scale unit, 65 mg/L FeCl3, 15 min for t, 80 s-1 for G and 19.0 g of air per m3 of wastewater for S*, the removal efficiencies obtained were 89% for COD, 96% for total phosphate, 96% for suspended solids, 98% for turbidity, 91% for apparent color, 47% for TKN and sulphites were not detected in final effluent. For the UASB-DAF systems, still in labscale unit, global efficiencies were 97.7% for COD, 98.0% for total phosphate, 98.9% for suspended solids, 99.5% for turbidity, 97.8% for apparent color and 59.0% for TKN. Using DAF pilot plant, system global efficiencies were 93.6% for COD, 87.1% for suspended solids, 90% for sulphites and 30% for TKN.

O excesso de nutrientes como nitrogênio e fósforo em efluentes de estação de tratamento de esgoto sanitário pode provocar a eutrofização nos corpos d\'aguas receptoras. Esse processo gera efeitos negativos para a engenharia sanitária, dependendo do grau de qualidade e do uso de água requeridos. Para o abastecimento público, são exigidos métodos e processos de tratamentos avançados, quando a fonte hídrica está eutrofizada. Neste sentido, sistemas aeróbios de lodos ativados passaram a se destacar também como removedores de nutrientes por processos biológicos, após sofrerem algumas modificações operacionais. Um meio para otimizar o processo de remoção biológica do fósforo em excesso (EBPR) é promover condições ideais para o crescimento dos organismos acumuladores de fósforo. Esse trabalho teve como objetivo avaliar uma estação piloto de lodos ativados modificados, para a remoção de fósforo em excesso, utilizados no tratamento de esgoto sanitário, localizada na ETE da cidade de Tóquio - Japão. Essa estação piloto constituía-se de três sistemas de reação (1, 2 e 3), sendo que cada sistema era compartimentado e submetido às condições anaeróbia, anóxica e aeróbia. A avaliação dos três sistemas de reação, consistiu na verificação do desempenho deles com relação a DBO e fósforo e monitoramento da estrutura da comunidade microbiana, pela técnica da eletroforese em gel de gradiente desnaturante (DGGE). O desempenho em relação a DBOs (mg/L) nos três sistemas de reação, sempre foi superior a 90% e a eficiência da remoção do fósforo (%) na forma de fosfato (P-PO4 - mg/L) foi superior, em geral, a 70%, considerando os valores de entrada das alimentações e saída no último compartimento dos três sistemas de reação. Verificou-se que a estrutura da comunidade microbiana apresentou uma grande diversidade, devido aos números de bandas padrões encontradas nas amostras analisadas. Observou-se também uma grande similaridade ) da estrutura da comunidade microbiana nos sistemas estudados, possivelmente, relacionada ao mesmo afluente (esgoto sanitário) e ao mesmo tipo de recirculação interna e do lodo. As mudanças das estruturas das comunidades microbianas foram pequenas, diante das mudanças temporais e operacionais. No entanto, observou-se que o sistema foi menos eficiente (parâmetros de desempenho), frente a essas mudanças, o que pode estar mais relacionado à redução das atividades dos microrganismos do que com as estruturas microbianas. / The excess of nutrients such as nitrogen and phosphate in effluents of treatment plants for sanitary sewage can cause eutrophication in the receiving body of water. Given that process generates negative effects for the sanitary engineering depending on the degree of the quality and of the requested use of water. For the public provisioning, methods and processes of advanced treatments are demanded, when the water body is eutrophic. In this sense, aerobic systems of activated sludge have been expanded also to the processes of biological removal of nutrients after some operational modifications. By means of the optimization process of enhanced biological phosphorus removal (EBPR) will promote ideal conditions for the growth of polyphosphate accumulating organisms. This work had as its objective to evaluate a pilot station modified activated sludge, used for the treatment of sanitary sewage, but specifically for the enhanced phosphorus removal, located in the ETE of the city of Tokyo - Japan. These pilot station was constituted of three reaction systems (1, 2 and 3), and each system were composed of compartments and were submitted to anaerobic, anoxic and aerobic conditions. The evaluation of the three reaction systems, consisted of the verification of the performance of the systems with regard to BOD and phosphate which were monitored through microbial community\'s structure, for the biological phosphorus removal technique (DGGE). The performance in relation to the BODS (mg/L) in the three reaction systems was always above 90% and the efficiency of the removal of phosphorus (%) in the form of phosphate (P-PO4 - mg/L) was in general better than 70%, considering the values of influent and effluent from the last compartment of the three reaction systems. It was verified that the microbial community structure presented a great diversity, due to the standard numbers of bands found in the analyzed samples. A great similarity of the microbial community structure was observed in the studied systems, possibly being related to the same influent (domestic sewage) and to the same type of intern recirculation and of the sludge. The changes of the microbial communities structures were small, before the temporary and operational changes. However, it was observed that the system was less effiecient (performance parametrs) front to those changes, what can be more related the reduction of the activities of the microorganisms than with the microbial structures.

I Sverige förekommer strikta krav på fosforrening av avloppsvatten och detta har bidragit till att kemisk fällning har kommit att dominera som reningsmetod för fosfor vid svenska avloppsreningsverk. Fällningskemikalier är dyrt för reningsverken att köpa in och ger negativ påverkan på miljön vid tillverkning och transport. Strängare reningskrav har ökat behovet av nya reningsmetoder som på ett effektivt och miljövänligt sätt kan rena avloppsvatten från näringsämnen utan att kostnaderna för reningen blir för stora. Biologisk fosforavskiljning (bio-P) utnyttjar mikroorganismer som naturligt kan ackumulera fosfor i sina celler. En kritisk faktor för en väl fungerande biologisk fosforavskiljning är tillgången till kolkälla i form av flyktiga fettsyror (VFA). Kommunalt avloppsvatten innehåller vanligen för lite VFA för att tillgodose bio-P-processens behov. Den totala tillgången på organiskt material i avloppsvattnet är dock ofta stor och möjligheten finns därmed att genom biologisk slamhydrolys internt producera VFA. Vid biologisk hydrolys av slam utnyttjas mikroorganismers naturliga förmåga att under anaeroba förhållanden bryta ned organiskt material till mer lättomsättliga föreningar. Duvbackens avloppsreningsverk i Gävle tillämpar biologisk fosforavskiljning och producerar VFA till bio-P-processen genom primärslamshydrolys och sidoströmshydrolys av returslam. I detta examensarbete har hydrolysprocesserna vid reningsverket utvärderats med avseende på processernas förmåga att producera VFA till det biologiska reningssteget. Utvärderingen gjordes genom att mäta förändringen i halten organiskt material över hydrolysbassängerna samt genom att bedöma effektiviteten i bio-P-processen i fullskala och vid labskaleförsök. Möjligheten att stänga av primärslamshydrolysen vid verket undersöktes. Ett försök till att optimera driften av sidoströmshydrolysen gjordes genom att utföra hydrolysförsök i laboratorieskala. Resultaten indikerade att produktionen av VFA i primärslamshydrolysen var begränsad och att processen därmed bör kunna stängas av. Innan detta görs bör dock kompletterande mätningar av halten löst COD över primärslamshydrolysen utföras. Vid samtliga mättillfällen uppmättes en betydande ökning i halten organiskt material över sidoströmshydrolysen. Baserat på detta och den i examensarbetet konstaterade effektiviteten i bio-P-processen drogs slutsatsen att sidoströmshydrolysprocessen vid Duvbackens reningsverk var välfungerande. Hydrolysförsöken pekade på att ett större utbyte av VFA skulle erhållas om en kortare uppehållstid än den nuvarande användes i sidoströmshydrolysen. Detta bör vidare undersökas genom fullskaleförsök vid verket. / The strong regulations concerning phosphorus removal from wastewater in Sweden has resulted in chemical precipitation being the most common treatment method for phosphorus at Swedish wastewater treatment plants (WWTP). Precipitation chemicals are expensive and have a negative environmental impact when produced and transported. More stringent wastewater treatment requirements have increased the need of new, eco-friendly treatment methods that effectively can remove nutrients from wastewater without being too expensive. Enhanced biological phosphorus removal (EBPR) utilizes microorganisms that have the natural capability of accumulating phosphorus in their cells. A critical factor for a well-functioning EBPR-process is the availability of carbon source in form of volatile fatty acids (VFA). Municipal wastewater normally contains too small amounts of VFA to satisfy the need of the EBPR-process. The total amount of organic matter in the wastewater is on the other hand large and the possibility consequently exists to internally produce VFA through sludge hydrolysis. Biological sludge hydrolysis takes advantage of the natural capability of microorganisms to degrade complex organic compounds into easily degradable organics. Duvbacken WWTP in Gävle uses EBRP for phosphorus removal and produces carbon source through hydrolysis of primary sludge and sidestream hydrolysis of return sludge. In this master thesis the hydrolysis processes at the WWTP was evaluated with regard to the capacity of the processes to produce VFA to the biological treatment step. The evaluation was performed by measuring the change in organic material content over the hydrolysis basins and by estimating the effectiveness of the EBPR-process in full scale and by laboratory experiments. The possibility to turn off the primary sludge hydrolysis process was examined. An attempt to optimize the operation of the sidestream hydrolysis process was made by conducting hydrolysis experiments in laboratory scale. The results indicated that the production of VFA by primary sludge hydrolysis was limited and that it thus would be possible to turn off the process. Before this is done complementary measurements of COD levels over the primary hydrolysis basin should be performed. At all times considerable increments in COD content was measured over the sidestream hydrolysis basin. Based on this and the in the thesis confirmed effectiveness of the EBRP-process the conclusion was drawn that the sidestream hydrolysis of return sludge at Duvbacken WWTP was well functioning. The hydrolysis experiments indicated that a larger VFA yield would be obtained if a shorter retention time than the present was used in the sidestream hydrolysis process. This should further be investigated by experiments in full scale at the WWTP.

Fosforutsläpp kan leda till övergödning i vattenrecipienten om kritiska nivåer överskrids. De enskilda avloppen står idag för en relativt stor andel av Sveriges fosforutsläpp jämfört med de kommunala avloppen. Detta kan sättas i bakgrund av att staten, alltsedan 1970-talet, har lagt ner stora resurser på att reducera utsläppen hos kommunala avlopp, medan en motsvarande satsning på de enskilda avloppen uteblivit. Merparten av dagens enskilda avlopp utgörs av markbaserade reningssystem, det vill säga avloppslösningar där avloppsvattnet får passera genom markmaterial för att renas. Fosforreningen i markbaserade reningssystem har forskningshistoriskt sett inte varit en prioriterad fråga, vilket har lett till kunskapsbrist inom området. Naturvårdsverket har i och med miljöbalkens införande skärpt sina krav på fosforreningen hos enskilda avlopp. Trots att Naturvårdsverket nu har satt upp exakta kravgränser på fosforutsläpp, exempelvis att en normal skyddsnivå motsvarar en rening på 70 %, saknas dock råd för hur gemene man, inför byggandet av ett markbaserat reningssystem, ska kunna uppskatta fosforreningsförmågan i markmaterialet. Emellertid rekommenderar Naturvårdsverket att man inför byggandet ska uppskatta markmaterialets hydrauliska konduktivitet, en uppskattning som ofta utförs genom att mäta markmaterialets kornstorleksfördelning. Det finns även forskning som tyder på att kornstorleksfördelningen skulle kunna ha samband med fosforreningen. Syftet med detta examensarbete var framförallt att utvärdera om kornstorleks- fördelningen kan användas som ett mått på fosforreningen. Som ett sidospår till detta utvärderades även om den hydrauliska konduktiviteten kan bestämmas ur kornstorleks- fördelningen. Empiriska formler har vid tidigare studier etablerats för detta, men frågan är om dylika empiriska formler gäller för de undersökta markbaserade reningssystemen. Undersökningens resultat tydde på ett samband mellan kornstorlek och hydraulisk konduktivitet medan det inte kunde påvisas något samband mellan kornstorleks- fördelning och fosforrening. Det är därmed önskvärt att finna ett annat mått på fosforreningen i markbaserade reningssystem. Kan vi inte uppskatta hur mycket de markbaserade reningssystemen bidrar till övergödningen kan vi inte heller väga denna negativa miljöpåverkan mot de markbaserade systemens fördelar, såsom relativt låg energiförbrukning och relativt små utsläpp av växthusgaser. / Release of phosphorus is one of the contributing factors of eutrophication in aquatic recipients. In Sweden, on-site wastewater treatment represents large emissions of phosphorous per person in comparison to municipal wastewater treatment. This can be put in the context of the Government’s large investments for reducing phosphorus in municipal wastewater treatment plants, while no corresponding investment has yet been made in the field of on-site wastewater treatment. In Sweden, the on-site wastewater treatment systems of today mainly consist of WSAS (Wastewater soil absorption systems), i.e. systems where wastewater is cleaned by passing though soil material. During the history of research about WSAS issues of phosphorous removal have not been first priority, which has led to a considerable lack of knowledge regarding these issues. Since 1999, when the Swedish regulations of environmental law were established, the SEPA (Swedish Environmental Protection Agency) has tightened up their demands of phosphorus removal in on-site wastewater treatment systems, for instance by stating that a phosphorous removal of 70% shall be reached to accomplish a “normal level of protection”. Despite this fact, there are no recommendations of how to estimate phosphorus removal in the soil material. However, the SEPA recommends estimation of hydraulic conductivity before building WSAS. This estimation is usually made by measuring grain size distribution in the soil material. One interesting fact is that there, according to some scientists, might be a connection between grain size distribution and phosphorus removal. The aim of this thesis was mainly to investigate if measure of grain size distribution can be used in order to estimate phosphorus removal. The aim was also to evaluate if grain size distribution is a good indicator of hydraulic conductivity in the investigated WSAS. It was concluded that grain size distribution is a suitable indicator of hydraulic conductivity, but not a suitable indicator of phosphorus removal. Thus, we still need to find an easy way to estimate the phosphorus removal in WSAS. If we do not know the extent of impact on eutrophication by WSAS, we cannot weigh this negative impact against the positive aspects of relatively low energy usage and low release of green house gases compared to other on-site wastewater treatment systems.

Research and evaluation of effect of traditional (iron salts) and alternative iron source (ochre) on anaerobic digestion of sludge mixture process have been made in dissertation. Research has been made in two European countries: Lithuania and Sweden. Sludge mixture used for the experiments was from biological phosphorus removal plants; ochre originated from groundwater treatment plants. Case study, laboratory and pilot-scale experiments have been made for the complex evaluation of impact of ochre on sludge digestion process. Standard and specific methodics were used for the evaluation of results. Based on results technology for using of ochre for the improving of the anaerobic digestion process at the treatment plants with biological phosphorus treatment has been proposed. / Disertacijoje nagrinėjamas ir vertinamas tradicinio (geležies druskų) ir alternativaus geležies šaltinio (geležies paplavų) poveikis anaerobinio dumblo mišinio pūdymo procesui. Tyrimai buvo atlikti dviejose Europos Sąjungos šalyse: Lietuvoje ir Švedijoje. Tyrimams dumblo mišinys imtas iš biologinio fosforo šalinimo įrenginių; geležies paplavos – iš požeminio vandens gerinimo įrenginių. Siekiant kompleksiškai įvertinti geležies paplavų įtaką dumblo pūdymo procesui, buvo atlikti natūriniai, laboratoriniai ir pusiau gamybiniai tyrimai. Darbe panaudotos standartinės ir specifinės pūdymo proceso kokybės nustatymo metodikos. Remiantis gautais rezultatais buvo pasiūlyta technologinė geležies paplavų panaudojimo dumblo apdorojimo ūkyje, skirta nuotekų valymo įrenginiams su biologiniu fosforo šalinimu.

Disertacijoje nagrinėjamas ir vertinamas tradicinio (geležies druskų) ir alternativaus geležies šaltinio (geležies paplavų) poveikis anaerobinio dumblo mišinio pūdymo procesui. Tyrimai buvo atlikti dviejose Europos Sąjungos šalyse: Lietuvoje ir Švedijoje. Tyrimams dumblo mišinys imtas iš biologinio fosforo šalinimo įrenginių; geležies paplavos – iš požeminio vandens gerinimo įrenginių. Siekiant kompleksiškai įvertinti geležies paplavų įtaką dumblo pūdymo procesui, buvo atlikti natūriniai, laboratoriniai ir pusiau gamybiniai tyrimai. Darbe panaudotos standartinės ir specifinės pūdymo proceso kokybės nustatymo metodikos. Remiantis gautais rezultatais buvo pasiūlyta technologinė geležies paplavų panaudojimo dumblo apdorojimo ūkyje, skirta nuotekų valymo įrenginiams su biologiniu fosforo šalinimu. / Resarch and evaluation of effect of traditional (iron salts) and alternative iron source (ochre) on anaerobic digestion of sludge mixture process have been made in dissertation. Research have been made in two European countries: Lithuania and Sweden. Sludge mixture used for the experiments was from biological phosphorus removal plants; ochre originated from groundwater treatment plants. Case study, laboratory and pilot-scale experiments have been made for the complex evaluation of impact of ochre on sludge digestion process. Standard and specific methodics were used for the evaluation of results. Based on results technology for using of ochre for the improving of the anaerobic digestion process at the treatment plants with biological phosphorus treatment have been proposed.

A presente pesquisa avaliou duas alternativas para a remoção de fósforo em esgoto sanitário: uso de filtros percoladores com adição de material com potencial de ligação de fósforo e uso de banhados construídos com macrófitas com potencial assimilação de fósforo. Estas tecnologias são apropriadas para pequenas comunidades ou residências unifamiliares e também podem ser utilizadas como etapa no tratamento dos esgotos. Estes sistemas apresentam remoção satisfatória de matéria orgânica e nitrogênio amoniacal, contudo apresentam diminuta eficiência de remoção de fósforo e nitrato. Na presente pesquisa foram estudadas duas técnicas para aumentar a remoção de fósforo: utilização de materiais com potencial de remoção de fósforo nos filtros percoladores, e plantas com alta capacidade de assimilação de fósforo nos banhados construídos. Os materiais adicionados aos leitos percoladores com potencial de remoção de fósforo foram: Cavaco de Usinagem e Escória de Aciaria Elétrica. As frações de materiais adicionados foram: 10%, 20% e 40% em peso em relação ao material suporte. As plantas utilizadas foram a Luziola peruviana, a qual apresenta em sua constituição alta concentração de fósforo e a Typha latifolia, já amplamente utilizada em banhados construídos. Os materiais utilizados como meios suportes foram brita e areia. A adição de materiais com potencial remoção de fósforo auxiliou na remoção do nutriente, a qual foi mais significativa nos leitos contendo Cavaco de Usinagem. Não foi observada diferença de remoção de fósforo para as diferentes frações dos materiais testados para o período de estudo. A utilização da planta Luziola peruviana contribuiu no máximo com 2,11% da remoção de fósforo total, contudo foi observada importante função do sistema radicular no tempo de percolação, contribuindo para maior tempo de contato do efluente com material suporte, especialmente para o caso da brita. O uso de areia de granulometria grossa possibilitou eficiência de remoção de fósforo superior a 85%, entretanto, a massa de fósforo retida por unidade de área no sistema utilizando brita 0 apresentou valores duas vezes superiores aos obtidos para os leitos preenchidos com areia. / This research evaluated two alternatives to phosphorus removal from domestic wastewater: use of intermittent sand filters with materials addition with potential phosphorus binding and use of constructed wetlands with macrophytes potential phosphorus assimilation. These present themselves as technologies suitable for small communities or single family houses and can be used as a intermediate or final stage of wastewater treatment. The systems based on intermittent feed get satisfactory removal of organic matter and ammonia-N, but they have reduced efficiency of phosphorus and nitrate removal. The aim of present study was to evaluate two techniques for phosphorus removal: use of materials with potential removal of phosphorus, in the intermittent sand filters, and plants with capacity for assimilation of phosphorus metabolism, in the vertical flow constructed wetlands. The materials added to the sand filters with the potential removal of phosphorus were the Machine Bit and Electric Arc Furnace Slag. The fractions of materials added were: 10%, 20% and 40% related to material support weight. The plants tested were Luziola peruviana, which has in its constitution a high concentration of phosphorus and Typha latifolia, widely used in constructed wetlands. The support materials tested were gravel and sand. The use of materials with potential removal of phosphorus aid in the removal of phosphorus, which is more significant in the beds with Machine Bit. Difference of phosphorus removal was not observed for the different fractions of the materials tested for the study period. The use of the plant Luziola peruviana contributed at the most with 2,11% of removal of total phosphorus, however important role of the root system was observed in the percolation time, contributing to larger time of contact of wastewater with support materials, especially for use of coarse material, as it the coarse gravel. The use of coarse sand allowed removal efficiency of phosphorus higher than 85%, however, the mass of phosphorus retained per unit area in the system using gravel present values twice higher than obtained to the beds filled with sand.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:03:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LorenaAAS_DISSERT.pdf: 1823749 bytes, checksum: 12d88ee29bda4ea738e34260da21491c (MD5) Previous issue date: 2013-09-06 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The struvite precipitation in wastewater treatments plants offer advantages to obtaining a economically viable product, containing phosphorus, nitrogen and magnesium, in a bioavailable conditions to plants. The precipitation process requires ideal conditions, but all of these aspects are difficult to obtain and may result in resistance to collect crystals during the sedimentation process. Therefore, instead find the best conditions for precipitation, we propose the dissolved air flotation as another method to retrieve the crystals. The application of dissolved air flotation method to promote separation of struvite crystals from sewage supernatant, was evaluated in a precipitation-flotation reactor (flotatest) and were compared with the precipitation-sedimentation assays (jar test). Finally, were observed that the dissolved air flotation process was as feasible as sedimentation to promote struvite crystals separation, and the pH are the most influencer factor for an efficient separation / A precipita??o de estruvita em Esta??es de Tratamento de Esgoto oferece como vantagem a obten??o de um produto economicamente vi?vel, com f?sforo, nitrog?nio e magn?sio em sua composi??o e biologicamente dispon?vel para as plantas. Este processo necessita de condi??es ideais para que ocorra a precipita??o, por?m a dificuldade de atingir tais condi??es pode resultar em resist?ncia na coleta de cristais durante o processo de sedimenta??o. Assim, em vez de buscar as melhores condi??es de precipita??o, que em muitos casos n?o podem ser atingidas, propomos utilizar a flota??o por ar dissolvido (FAD) como uma alternativa ? sedimenta??o de part?culas. A avalia??o da aplicabilidade do processo de Flota??o por Ar Dissolvido (FAD) na separa??o de cristais de estruvita em percolado de lodo foi realizada em reator de precipita??o-flota??o (flotateste) e comparada com ensaios de precipita??o-sedimenta??o (jar teste). Por fim, foi observado que a flota??o por ar dissolvido ? vi?vel na separa??o de cristais de estruvita tanto quanto a sedimenta??o, sendo o pH o fator que exerceu maior influ?ncia sobre a efici?ncia de separa??o