O principal objetivo deste trabalho foi a avaliação de estratégias que viabilizassem o uso do metano como doador de elétrons para desnitrificação em ambiente anóxico, visando à aplicação de tecnologia para pós-tratamento de efluente de reatores de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) aplicado no tratamento de esgoto sanitário. O trabalho foi dividido em cinco etapas, sendo que em todas elas o metano foi fornecido como única fonte de carbono orgânico. Na Etapa 1, foram comparados dois inóculos, em reatores em batelada sequenciais (SBR) com biomassa imobilizada. Como inóculo, foi utilizada mistura de sedimento marinho e sedimento de mangue (SED-SBR) ou lodo de reator UASB (LAn-SBR). Na Etapa 2, foram avaliadas estratégias de enriquecimento da comunidade metanotrófica desnitrificante. Para tanto, foram operados dois SBRs: um com biomassa imobilizada (Imob-SBR) e outro com biomassa suspensa (Susp-SBR). Na Etapa 3, foi operado reator contínuo de leito fixo e estruturado e fluxo ascendente (Up-FSBR). Nas etapas 1 e 3, o metano suportou a ocorrência da desnitrificação e da manutenção celular. O consumo das formas nitrogenadas na Etapa 2 foi muito baixo e não foi possível concluir qual a melhor estratégia para enriquecimento da biomassa. Na Etapa 4, a biomassa retirada do Up-FSBR ao final da operação foi submetida a testes de endogenia. Foram operadas bateladas simples e, em cada uma, foi dosada apenas uma das formas nitrogenadas em condições com metano e sem metano. Os resultados mostraram que a redução das formas nitrogenadas é um processo paralelo à oxidação de metano. Na Etapa 5, foi avaliado o consumo de metano e de nitrato em SBR com biomassa suspensa em condições microaeradas e anóxicas. Foi observado que tanto a oxidação do metano quanto a redução do nitrato ocorrem em maior intensidade quando expostos a condições de microaerofilia. A análise dos resultados obtidos permite concluir que os organismos responsáveis pela redução de nitrato (MD) estabeleceram uma relação sintrófica com as bactérias oxidadoras de metano (MM). Observou-se que, quando as bactérias oxidadoras de metano foram estimuladas, a desnitrificação ocorreu em maior intensidade. / This work aimed to develop the methane (CH4) application as electron donor to denitrification under anoxic conditions for post-treatment of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) effluent, applied in sewage treatment systems. The study was conducted in five stages, in which methane was provided as the sole organic carbon source. In Stage 1, methanotrophic denitrification was assessed in Sequencing Batch Reactors (SBR) inoculated with a blend of marine and mangrove sediments (SED-SBR) or anaerobic sludge (LAn-SBR). For both inocula. In Stage 2, strategies for the enrichment of methanotrophic-denitrifying community were evaluated. Two SBRs were operated: in one of them, biomass was immobilized (Imob-SBR) while the other was inoculated with suspended biomass (Susp-SBR). In Stage 3, methanotrophic denitrification was addressed in an Upflow Fixed-Structured Bed Reactor (Up-FSBR). In Stages 1 and 3, methane supported denitrification and cellular maintenance. In Stage 2, the consumption of oxidized nitrogen compounds was too low, and it was not possible to conclude which is the better strategy for enrichment of the methanotrophic-denitrifying community. In Stage 4, the biomass withdrawn from Up-FSBR was subjected to endogeny tests, in batch reactors. In each batch reactor, only nitrite or nitrate was provided, and both methane and methane-free conditions were tested. It was observed that nitrite and nitrate reduction occurred as a marginal process. In Stage 5, methane oxidation coupled to denitrification was assessed under both anoxic and microoxic conditions and both processes were stimulated under the latter. The obtained data suggest denitrifiers established a syntrophic relationship with methane-oxidizers, and when the latter was stimulated, the denitrification also occurred in greater extent.

Esta pesquisa teve o objetivo de avaliar o pós-tratamento de um Reator UASB com Filtro Biológico Aerado Submerso, no intuito de verificar sua eficácia na nitrificação, submetendo o mesmo a diferentes taxas de recirculação do lodo do decantador final para a entrada do FBAS. A necessidade do pós-tratamento, deve-se ao fato do efluente do reator UASB, mesmo tendo uma boa eficiência na remoção de matéria orgânica, seu efluente não atende a Legislação ambiental brasileira, logo, o pós-tratamento tem o principal papel de completar a remoção de matéria orgânica, e também efetuar a remoção de nitrogênio amoniacal, que de acordo com a Resolução CONAMA Nº 357, de 17 de março de 2005, o padrão de lançamento é de até 20 mgN/L. Esse estudo foi desenvolvido em unidade de escala piloto, em três regimes distintos de operação, situada no Centro Tecnológico de Hidráulica ? CTH, constituída por um FBAS com um volume útil de 605 L, seguido de decantador, tratando o efluente de um reator UASB de 25 m3. Os três regimes de operação tiveram tempo de duração de 75, 80 e 54 dias, respectivamente, com vazões de alimentação de 500 L/h nos dois primeiros regimes e 200 L/h no regime 3. As taxas de recirculação foram respectivamente 0,2, 0,4 e 0,8, para os regimes 1, 2 e 3. Esses três regimes de operação apresentaram as seguintes taxas de aplicação superficial, respectivamente: DQO (35, 40 e 16 g DQO/m2.dia); DBO (16, 14 e 7 g DBO/m2.dia) e NKT (8,8, 8,7 e 3,1 g NKT/m2.dia). Foram realizadas análises de DBO, DQO, sólidos em suspensão, nitrogênio amoniacal e Kjeldahl, nitrito, nitrato e alcalinidade, onde o regime de operação 3 apresentou os melhores resultados, produzindo um efluente final com as seguintes concentrações médias: 78 mg/L (DQO), 28 mg/L (DBO), 27 mg/L (SST), 12 mg/L (NKT), 10 mg/L (NH3/NH4 +) e 23,4 mg/L (NO3 -). As eficiências de remoção observadas foram: 68% (DQO), 76% (DBO), 79% (SST), 75% (NKT) e 75% (NH3/NH4 +). / This study aimed at to evaluate the post-treatment of UASB reactor with aerated submerged biological filter, with the objective of verifying your effectiveness in the nitrification process, submitting it to different sludge recirculation rates from the final settling tank to the entrance of FBAS. The necessity of the post-treatment is due to the fact of the UASB reactor effluent, although tends a good efficiency in the removal of organic matter, it doesn't to meet the standards of Brazilian environmental legislation, therefore, the post-treatment has the main paper of completing the organic matter removal, and also to ammonia nitrogen removal, that in agreement with the Resolution CONAMA N. 357, of march 17, 2005, the release pattern for this parameter is 20 mgN/L. This study was developed in a pilot plant with three different operational regimes, located in ?Centro Tecnológico de Hidráulica ? CTH?, constituted by a FBAS with an useful volume at 605 L, following by settling tank, treating the effluent from 25 m3 UASB reactor. The three operation regimes had time of duration of 75, 80 and 54 days, respectively, with feeding flows at 500 L/hour in the first two regimes and 200 L/hour in the regime 3. The sludge recirculation rate were 0,2, 0,4 and 0,8, for the regimes 1, 2 and 3, respectively. The three operation regimes introduced these superficial aplication rates, respectively: COD (35, 40 and 16 g COD/m2.day); BOD (16, 14 and 7 g BOD/m2.day) and NKT (8,8, 8,7 and 3,1 g NKT/m2.day). Analyses of parameters were accomplished as BOD, COD, solids in suspension, ammonia nitrogen and total Kjeldahl nitrogen, nitrite, nitrate and alkalinity, where the operation regime 3 presented the best results, producing a final effluent with these average concentrations: 78 mg/L (COD), 28 mg/L (BOD), 27 mg/L (TSS), 12 mg/L (NKT), 10 mg/L (NH3/NH4 +) and 23,4 mg/L (NO3 -). The observed efficiency removal were: 68% (COD), 76% (BOD), 79% (TSS), 75% (NKT) and 75% (NH3/NH4 +).

O pós-tratamento apresenta-se como uma forma de adequar o efluente de reatores anaeróbios aos requisitos da legislação ambiental e propiciar a proteção dos corpos receptores. O trabalho foi desenvolvido com a finalidade de avaliar a viabilidade técnica da utilização do processo de ozonização quando aplicado a um sistema combinado composto por reator UASB seguido por biofiltro aerado submerso. No sistema foi avaliada a operação de quatro biofiltros, dois com carvão ativado e dois com anéis de polietileno. Para verificar a influência da oxidação com ozônio na biodegrabilidade somente um dos biofiltros preenchidos por cada material suporte recebeu efluente ozonizado. Os menores valores de concentração de DQO foram encontrados nos filtros preenchidos com carvão ativado granular, com valores de até 14,00 mg/L, para os dois tipos de afluentes, ozonizado e não-ozonizado. Contudo, considerando eficiência de remoção de DQO para todo período de operação os biofiltros preenchidos com anéis de polietileno se mostraram mais eficazes, com eficiência de até 80%. Os resultados evidenciaram a ocorrência de nitrificação em todos os sistemas, uma vez que houve consumo de NTK e de alcalinidade, com queda de pH; produção de nitrato. / The post-treatment is presented as an alternative to adjust the effluent of anaerobic reactors to the requirements of the brazilian environmental legislation. The work was developed with the purpose to evaluate the viability of the use of the ozonization process when applied to a system composed by a reactor UASB followed by submerged aerated biofilter. In the system the operation of four biofilters was evaluated, two fillet with granular activated carbon (GAC) and two with polyethylene rings. To check the influence of the oxidation with ozone in biodegradability, only one of the biofilter with each support material received ozonized effluent. The lowest values of DQO concentration had been found in the filters with GAC, with values of up to 14,00 mg/L, for the two types, ozonized and not-ozonized. However, considering the DQO removal efficiency for all operation periods the biofilters with polyethylene rings were more efficient, with efficiency of up to 80%. The results had evidenced the occurrence of nitrification in all the systems, a time that had NTK and alkalinity consumption, with fall of pH and nitrate production.

Este trabalho de doutorado apresenta os resultados da avaliação de duas configurações diferentes de reatores com biomassa imobilizada em matrizes cúbicas de poliuretano, denominados reator misto radial de leito fixo (RMRLF), utilizado para o tratamento de esgoto sanitário peneirado e reator aeróbio-anaeróbio horizontal de leito fixo (RAAHLF) para o pós-tratamento de efluente de reator de manta de lodo tipo upflow anaerobic sludge blanket (UASB) tratando esgoto sanitário. O estudo avalia duas propostas de tratamento para remoção biológica de matéria orgânica e nitrogênio por meio do acompanhamento do desempenho dos reatores sob diferentes condições operacionais, quais sejam: variação na carga orgânica aplicada, diferentes dosagens de solução alcalina e variação na taxa de aplicação de ar comprimido para o fornecimento de oxigênio dissolvido aos reatores na etapa de nitrificação. Foram desenvolvidos ensaios para obtenção de dados sobre o comportamento hidrodinâmico no RMRLF, dados sobre transferência e consumo de oxigênio dissolvido e viabilidade da utilização de biogás como doador de elétrons para a desnitrificação autótrofa. Os principais parâmetros de desempenho foram avaliados através de análises físico-químicas das amostras e a observação dos microrganismos envolvidos no processo. O RMRLF operou durante todo o período dos experimentos com a temperatura do líquido no seu interior variando entre o valor mínimo de 14 'GRAUS' Celsius até máximo de 30 'GRAUS' Celsius. Os valores da demanda química de oxigênio (DQO) no efluente do reator mantiveram média inferior a 50 mg/L. A remoção de nitrogênio como nitrato aumentou em 75% após o início do fornecimento do 'H IND.2'S' por meio da injeção de biogás. O RAAHLF operou com a temperatura do líquido no seu interior variando entre mínimo de 14 'GRAUS' Celsius e máximo de 26 'GRAUS' Celsius. Os valores de DQO no efluente, em média, foram inferiores a 66 mg/L e a remoção de nitrato foi incrementada em 87% após o fornecimento do 'H IND.2'S' pela injeção de biogás na câmara anóxica do reator. Os resultados demonstram o potencial destes reatores como alternativa para o tratamento e pós-tratamento de esgoto sanitário com resultados promissores de remoção de matéria orgânica e nitrogênio. / This work presents results of the evaluation of two different immobilized biomass reactor configurations, referred as radial flow anaerobic/aerobic immobilized biomass reactor (RAAIB) utilized for the treatment of the sanitary screened wastewater and horizontal aerobic/anaerobic immobilized biomass reactor (HAAIB) for the post-treatment of an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) treating sanitary wastewater. This study evaluates the two proposals for the biological organic matter and nitrogen removal by the evaluation of the reactors performance under several operational conditions, such as organic matter load variation, alkalinity solution feeding, variation on the compressed air supply for the nitrification step and biogas supply for the denitrification process. Assays were developed in order to obtain data on the hydrodynamic behavior in the RAAIB reactor, oxygen transfer and consumption and the viability of use biogas as electron donor for the autotrofic denitrification. The main performance parameters were measured thru physical-chemical analysis and microscopic observations. The RAAIB reactor was operated during all the experiment period with its liquid temperature varying from 14 'DEGREES' Celsius to 30 'DEGREES' Celsius. The chemical oxygen demand (COD) values in the effluent presented a mean value below 50 mg/L. The nitrogen as nitrate removal efficiency incresead up to 75% after supplying 'H IND.2'S' thru biogas injection. The HAAIB reactor operated with temperatures varying from 14 'DEGREES' Celsius to 26 'DEGREES' Celsius. The COD values in the effluent presented a concentration value lower than 66 mg/L and the nitrate removal increased 87% after supplying 'H IND.2'S' thru the biogas injection in the anoxic reactor. The collected data proved the viability of the use of these reactors as an alternative for the treatment and post-treatment of sanitary wastewater due to the promising results obtained in the assays performed in the reactors.

Com a utilização de filtros percoladores aeróbios, procurou-se promover a remoção de nitrogênio amoniacal do esgoto sanitário efluente de reator anaeróbio compartimentado, através do processo de nitrificação. O trabalho foi desenvolvido em duas fases; na primeira foi realizada a preparação da serragem de couro utilizando-se peneiramento e lavagens e a seguir iniciou-se a aplicação do esgoto sanitário em quatro filtros percoladores. Os filtros F1 e F2 foram operados com a mesma taxa de aplicação (1,91 'M POT.3'/'M POT.2'.dia) e diferentes meios suportes, sendo brita e serragem de couro do tipo wet blue respectivamente. Os filtros F3 e F4 foram preenchidos com serragem de couro e operaram com taxa de aplicação hidráulica de 4,00 e 6,00 'M POT.3'/'M POT.2'.dia . O filtro F3 apresentou melhores eficiências de remoção para todos os parâmetros, com eficiência média de remoção de NTK, 'N'-'NH IND.3' e DQO de 71%; sendo que a partir do sexagésimo quarto dia, esse filtro passou a apresentar 100% de remoção de NTK e 'N'-'NH IND.3'. Os filtros F1 e F2 podem ter tido problemas com a aeração, já que foram operados com menores taxas de aplicação hidráulica e deveriam apresentar melhores resultados. O filtro F4 apresentou baixas eficiências de remoção, provavelmente devido a maior taxa de aplicação hidráulica. / The aim of the work is to promote the ammoniacal nitrogen removal from anaerobic baffed reactor effluent using aerobic trickling filters, through the nitrification process. The research was developed in two phases; firstly the leather sawing was prepared through sieving and washing, later the domestic sewage was applied into four tricking filters. The F1 and F2 filters were operated with the same hydraulic loading (1,91 'M POT.3'/'M POT.2'.day) and different filter packing. For the F1 filter was used rock and for the F2 wet blue leather sawing. The F3 and F4 filters were filled with leather sawing and operated in a hydraulic loading of 4,00 and 6,00 'M POT.3'/'M POT.2'.day respectively. The F3 filter presented better removal efficiencies for all the parameters, with 70% of average removal efficiency of KTN (Kjeldahl Total Nitrogen), 'NH IND.3'-'N' (ammoniacal nitrogen) and COD (Chemical Oxygen Demand). From the 49th day on, this filter presented 100% of removal efficiency of KTN and 'NH IND.3'-'N'. The F1 and F2 filter were supposed to present better results due to the lower hydraulic loading, but it did not happen, probably because the aeration was not enough. The F4 filter presented low removal efficiency, possibly due to the higher hydraulic loading.

Constata-se, principalmente em países em desenvolvimento, o uso crescente de reatores anaeróbios de manta de lodo (UASB) como primeira unidade de tratamento biológico de esgotos sanitários. Embora eficientes na remoção de fração considerável de matéria orgânica, os reatores anaeróbios produzem efluentes que requerem pós-tratamento, principalmente para a remoção de compostos nitrogenados reduzidos. No presente estudo, foi avaliado o desempenho de uma nova configuração de filtro biológico percolador (FB), constituído por dois compartimentos superpostos, um para a nitrificação e outro para a desnitrificação. Utilizou-se um novo material plástico como leito suporte para crescimento da biomassa e avaliou-se a viabilidade da utilização do biogás produzido no reator UASB como doador de elétrons para desnitrificação. Embora a nova configuração de FB tenha permitido a ocorrência dos processos de nitrificação e desnitrificação, são necessárias mudanças no projeto da interface entre os compartimentos para evitar o acúmulo de biomassa nesse local. O material suporte caracterizou-se pela durabilidade e elevado índice de vazios, além de ter oferecido condições favoráveis para a aderência e colonização de biomassa. A utilização de biogás para a desnitrificação mostrou-se viável e eficiente. Como foi constatada a presença de oxigenio dissolvido no compartimento desnitrificante, o metano foi o principal constituinte do biogás utilizado como doador de elétrons. Para a taxa de carregamento hidráulica média aplicada de 5,6 \'M POT.3\'/\'M POT.2\'.d e taxa de carregamento orgânica média aplicada de 0,26 kgDQO/\'M POT.3\'.d, a nitrificação ocorreu de forma eficiente, obtendo-se entre 60 e 74% de conversão de N-amon, sendo que o efluente final apresentou, em média, concentração abaixo de 10 mg/L. A desnitrificação ocorreu de forma bastante satisfatória mesmo na presença de OD. Obtiveram-se concentrações de nitrato menores que 10 mg/L. Contudo, acredita-se ser possível a obtenção de maiores eficiencias de remoção desde que as condições anóxicas no compartimento desnitrificante sejas mantidas. / UASB reactors have been increased used as first unit of biological domestic sewage treatment mainly in developing countries. Although efficient in the removal of considerable fraction of organic matter, effluents from anaerobic reactors, however, require being post-treated, especially for the removal of reduced nitrogen compounds. In the present study, the performance of a new configuration of trickling filter (TF) composed of a nitrification compartment at its upper part followed by a denitrification compartment was evaluated. A new plastic material was used as support media for biomass attached-growth and the biogas produced by the UASB reactor was used as electron donor for denitrification. Although the new TF configuration has allowed obtaining the nitrification and denitrification, the design in the interface among the compartments should be changed to avoid biomass accumulation. The support media was characterized by the durability and high percentage of void spaces, resides offering favorable conditions for the biomass attachment and colonization. The use of the biogas for denitrification was found to be viable and efficient. The presence of disolved oxygen (DO) was verified in the denitrification compartment, leading to the hypothesis that methane might have been the main component of the biogas used as electrons donor. Regarding the performance of TF for nitrogen removal, efficient nitrification was achieved for the applied hydraulic load around 5.6 \'M POT.3\'/\'M POT.2\'.d and applied organic load around 0.26 kgDQO/\'M POT.3\'.d. Under such conditions, about 74% of N-ammonia was removed and the final effluent presented average concentrations of N-ammonia below 10 mg/L. Despite the presence of OD, the denitrification was performed in a satisfactory way. Nitrate concentrations smaller than 10 mg/L were obtained. In addition, it is believed that maintaining anoxic conditions in the lower compartment would make it possible to obtain higher denitrification efficiencies.

Esta pesquisa propôs o desenvolvimento de um sistema de biofiltros submersos, modificados com base na configuração de filtros de pedra, visando o pós-tratamento do efluente de lagoas de estabilização, inicialmente para a remoção de algas. A modificação consiste na variação das alturas da camada filtrante e na colocação de tampa na superfície do BS, evitando o acesso da luz. O esgoto tratado captado na lagoa de maturação foi feito em duas profundidades – a 60 cm de profundidade da superfície da lagoa (denominada zona superficial) e a 180 cm de profundidade da superfície da lagoa (denominada zona intermediárias). O experimento foi composto por 8 BS sendo 4 BS alimentados pelo esgoto captado na zona superficial (60 cm) e outros 4 BS alimentados pela esgoto captado na zona intermediária (180 cm). Foi utilizado, como recheio dos biofiltros submersos, pedra brita nº 3, nas seguintes alturas de camada filtrante: 50 cm, 100 cm, 150 cm e 200 cm, tendo por objetivo avaliar a influência deste fator sobre a eficiência de remoção de algas mediante análise de Clorofila a, e outras 16 variáveis de qualidade associadas neste estudo. Concluiu-se que a extração a partir da zona superficial da lagoa de maturação, e uma profundidade de leito entre 150 cm e 200 cm, foram os parâmetros operacionais que levaram a um melhor desempenho global dos biofiltros submersos modificados, e mais especificamente quanto às seguintes variáveis: Clorofila a, DQO (Demanda Química de Oxigênio), DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) e sólidos totais. / This research proposed the development of a submerged bio filters system, modified based in rock filters configuration, aiming the post treatment of the effluent of stabilization lagoons, for algae removal first. The modification consists invariance of the heights of the filter layer and the cover placed on the surface of the BS, preventing access of light. The treated sewage captured in the maturation lagoon was made at two depths – at 60cm depth of the lagoon surface (called superficial zone) and at 180cm depth of the lagoon surface (called intermediary zone). The experiment consisted of 8 BS, with 4 BS being fed by sewage captured in the superficial zone (60 cm) and other 4 BS fed by sewage captured in the intermediary zone (180 cm). It was used, as a stuff of submerged biofilters, rock number three, at the following heights of filtering layers: 50 cm, 100 cm, 150 cm e 200 cm, aiming to evaluate the influence of this factor over algae removal efficiency towards chlorophyll a, and other 16 quality variables associated in this study. It was concluded that the collecting from superficial zone of the maturation lagoon, and a layer depth between 150 cm e 200 cm, were the operational parameters that lead to a better overall performance of modified submerged biofilters, and more particularly to the following variables: Chlorophyll a, COD (Chemical Oxygen Demand), BOD (Biochemical Oxygen Demand) and total solids.

O pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios, tais como o Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB), na maior parte de suas aplicações, faz-se necessário, já que esse tipo de tratamento biológico promove remoção de DBO na faixa de 60 a 75% e tem baixa eficiência na remoção de nitrogênio e fósforo. A remoção de nitrogênio geralmente é feita de forma convencional pela nitrificação, seguida da desnitrificação. Tanto a nitrificação, como a desnitrificação podem ser efetuadas em reatores com crescimento suspenso ou crescimento aderido, contudo é conhecido que sistemas baseados em biofilmes exercem influência direta na taxa da degradação de substrato e facilitam a retenção de bactérias nitrificantes em reatores. O principal objetivo deste trabalho é o de acompanhar o desenvolvimento de biofilmes aeróbios em reatores do tipo célula de fluxo para a nitrificação de substrato sintético simulando efluente de UASB, submetidos a diferentes velocidades superficiais (1, 4 e 8 m/h) e taxas de carregamento (0,25; 0,5 e 1,0 g N/\'M POT.2\' biofilme.dia). O desenvolvimento dos biofilmes nitrificantes foi acompanhado mediante perfis de microssensores e estimativa do número mais provável de bactérias nitrificantes (NMP). Nas células de fluxo operadas com taxa de carregamento mais baixa (0,25 g N/\'M POT.2\' biofilme.dia), foram obtidas as melhores eficiências de remoção de NTK, a qual representa valor menor que as taxas de carregamento empregadas na literatura para reatores de crescimento aderido usados na nitrificação. Considerando as células de fluxo com taxa de carregamento mais baixa, a célula que apresentou remoção de NTK próxima a 100% foi a de menor velocidade superficial de (1 m/h). Porém, esses sistemas apresentaram baixa eficiência para a nitrificação completa, obtendo maior produção de nitrito do que de nitrato; poderiam ser usados então na remoção de nitrogênio pela via curta. Os microssensores de OD foram eficientes para as análises de perfis de OD no interior dos biofilmes nitrificantes, mostrando grandes variações, à medida que o biofilme se desenvolvia, nas concentrações de OD do líquido circundante e do fundo do biofilme. / The post-treatment of anaerobic reactor effluents, such as the Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB), in most applications, is necessary, since this kind of biological treatment promotes BOD removal ranging from 60 to 75% and it has low efficiency in nitrogen and phosphorous removal. Nitrogen removal is usually carried out in a conventional way through nitrification, followed by denitrification. Nitrification, as well as denitrification, can be achieved in suspended growth reactors, or in adhered growth reactors, however it is known that systems based on biofilms exert direct influence in substrate degradation rates and ease the retention of nitrifying bacteria in reactors. The main objective of this work is to follow the development of aerobic biofilms in flow cell type reactors for the nitrification of synthetic substrate simulating an UASB effluent, submitted to different superficial velocities (1, 4 and 8 m/h) and loading rates (0.25; 0.5 and 1.0 g N/\'M POT.2\' biofilm.day). The development of nitrifying biofilms was followed by microsensors profiles and an estimative of the most probable number of nitrifying bacteria (MPN). The best NTK removal efficiencies were obtained in flow cells operated with a lower loading rate (0.25 g N/\'M POT.2\' biofilm.day), which represents a lower level than the levels applied in literature for adhered growth reactors used for nitrification. Considering the flow cells with a lower loading rate, the cell that presented NTK removal close to 100% was the one with the lowest superficial velocity (1 m/h). However, these systems present low efficiency for complete nitrification, obtaining higher nitrite than nitrate production; they could then be used in nitrogen removal by short way. The DO microsensors were efficient for analyses of DO profiles inside nitrifying biofilms, showing great variations, while the biofilm developed itself, in the DO concentrations in the contiguous liquid and at the bottom of the biofilm.

Esta pesquisa teve o objetivo de avaliar o pós-tratamento de um Reator UASB com Filtro Biológico Aerado Submerso, no intuito de verificar sua eficácia na nitrificação, submetendo o mesmo a diferentes taxas de recirculação do lodo do decantador final para a entrada do FBAS. A necessidade do pós-tratamento, deve-se ao fato do efluente do reator UASB, mesmo tendo uma boa eficiência na remoção de matéria orgânica, seu efluente não atende a Legislação ambiental brasileira, logo, o pós-tratamento tem o principal papel de completar a remoção de matéria orgânica, e também efetuar a remoção de nitrogênio amoniacal, que de acordo com a Resolução CONAMA Nº 357, de 17 de março de 2005, o padrão de lançamento é de até 20 mgN/L. Esse estudo foi desenvolvido em unidade de escala piloto, em três regimes distintos de operação, situada no Centro Tecnológico de Hidráulica ? CTH, constituída por um FBAS com um volume útil de 605 L, seguido de decantador, tratando o efluente de um reator UASB de 25 m3. Os três regimes de operação tiveram tempo de duração de 75, 80 e 54 dias, respectivamente, com vazões de alimentação de 500 L/h nos dois primeiros regimes e 200 L/h no regime 3. As taxas de recirculação foram respectivamente 0,2, 0,4 e 0,8, para os regimes 1, 2 e 3. Esses três regimes de operação apresentaram as seguintes taxas de aplicação superficial, respectivamente: DQO (35, 40 e 16 g DQO/m2.dia); DBO (16, 14 e 7 g DBO/m2.dia) e NKT (8,8, 8,7 e 3,1 g NKT/m2.dia). Foram realizadas análises de DBO, DQO, sólidos em suspensão, nitrogênio amoniacal e Kjeldahl, nitrito, nitrato e alcalinidade, onde o regime de operação 3 apresentou os melhores resultados, produzindo um efluente final com as seguintes concentrações médias: 78 mg/L (DQO), 28 mg/L (DBO), 27 mg/L (SST), 12 mg/L (NKT), 10 mg/L (NH3/NH4 +) e 23,4 mg/L (NO3 -). As eficiências de remoção observadas foram: 68% (DQO), 76% (DBO), 79% (SST), 75% (NKT) e 75% (NH3/NH4 +). / This study aimed at to evaluate the post-treatment of UASB reactor with aerated submerged biological filter, with the objective of verifying your effectiveness in the nitrification process, submitting it to different sludge recirculation rates from the final settling tank to the entrance of FBAS. The necessity of the post-treatment is due to the fact of the UASB reactor effluent, although tends a good efficiency in the removal of organic matter, it doesn't to meet the standards of Brazilian environmental legislation, therefore, the post-treatment has the main paper of completing the organic matter removal, and also to ammonia nitrogen removal, that in agreement with the Resolution CONAMA N. 357, of march 17, 2005, the release pattern for this parameter is 20 mgN/L. This study was developed in a pilot plant with three different operational regimes, located in ?Centro Tecnológico de Hidráulica ? CTH?, constituted by a FBAS with an useful volume at 605 L, following by settling tank, treating the effluent from 25 m3 UASB reactor. The three operation regimes had time of duration of 75, 80 and 54 days, respectively, with feeding flows at 500 L/hour in the first two regimes and 200 L/hour in the regime 3. The sludge recirculation rate were 0,2, 0,4 and 0,8, for the regimes 1, 2 and 3, respectively. The three operation regimes introduced these superficial aplication rates, respectively: COD (35, 40 and 16 g COD/m2.day); BOD (16, 14 and 7 g BOD/m2.day) and NKT (8,8, 8,7 and 3,1 g NKT/m2.day). Analyses of parameters were accomplished as BOD, COD, solids in suspension, ammonia nitrogen and total Kjeldahl nitrogen, nitrite, nitrate and alkalinity, where the operation regime 3 presented the best results, producing a final effluent with these average concentrations: 78 mg/L (COD), 28 mg/L (BOD), 27 mg/L (TSS), 12 mg/L (NKT), 10 mg/L (NH3/NH4 +) and 23,4 mg/L (NO3 -). The observed efficiency removal were: 68% (COD), 76% (BOD), 79% (TSS), 75% (NKT) and 75% (NH3/NH4 +).

Este trabalho de doutorado apresenta os resultados da avaliação de duas configurações diferentes de reatores com biomassa imobilizada em matrizes cúbicas de poliuretano, denominados reator misto radial de leito fixo (RMRLF), utilizado para o tratamento de esgoto sanitário peneirado e reator aeróbio-anaeróbio horizontal de leito fixo (RAAHLF) para o pós-tratamento de efluente de reator de manta de lodo tipo upflow anaerobic sludge blanket (UASB) tratando esgoto sanitário. O estudo avalia duas propostas de tratamento para remoção biológica de matéria orgânica e nitrogênio por meio do acompanhamento do desempenho dos reatores sob diferentes condições operacionais, quais sejam: variação na carga orgânica aplicada, diferentes dosagens de solução alcalina e variação na taxa de aplicação de ar comprimido para o fornecimento de oxigênio dissolvido aos reatores na etapa de nitrificação. Foram desenvolvidos ensaios para obtenção de dados sobre o comportamento hidrodinâmico no RMRLF, dados sobre transferência e consumo de oxigênio dissolvido e viabilidade da utilização de biogás como doador de elétrons para a desnitrificação autótrofa. Os principais parâmetros de desempenho foram avaliados através de análises físico-químicas das amostras e a observação dos microrganismos envolvidos no processo. O RMRLF operou durante todo o período dos experimentos com a temperatura do líquido no seu interior variando entre o valor mínimo de 14 'GRAUS' Celsius até máximo de 30 'GRAUS' Celsius. Os valores da demanda química de oxigênio (DQO) no efluente do reator mantiveram média inferior a 50 mg/L. A remoção de nitrogênio como nitrato aumentou em 75% após o início do fornecimento do 'H IND.2'S' por meio da injeção de biogás. O RAAHLF operou com a temperatura do líquido no seu interior variando entre mínimo de 14 'GRAUS' Celsius e máximo de 26 'GRAUS' Celsius. Os valores de DQO no efluente, em média, foram inferiores a 66 mg/L e a remoção de nitrato foi incrementada em 87% após o fornecimento do 'H IND.2'S' pela injeção de biogás na câmara anóxica do reator. Os resultados demonstram o potencial destes reatores como alternativa para o tratamento e pós-tratamento de esgoto sanitário com resultados promissores de remoção de matéria orgânica e nitrogênio. / This work presents results of the evaluation of two different immobilized biomass reactor configurations, referred as radial flow anaerobic/aerobic immobilized biomass reactor (RAAIB) utilized for the treatment of the sanitary screened wastewater and horizontal aerobic/anaerobic immobilized biomass reactor (HAAIB) for the post-treatment of an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) treating sanitary wastewater. This study evaluates the two proposals for the biological organic matter and nitrogen removal by the evaluation of the reactors performance under several operational conditions, such as organic matter load variation, alkalinity solution feeding, variation on the compressed air supply for the nitrification step and biogas supply for the denitrification process. Assays were developed in order to obtain data on the hydrodynamic behavior in the RAAIB reactor, oxygen transfer and consumption and the viability of use biogas as electron donor for the autotrofic denitrification. The main performance parameters were measured thru physical-chemical analysis and microscopic observations. The RAAIB reactor was operated during all the experiment period with its liquid temperature varying from 14 'DEGREES' Celsius to 30 'DEGREES' Celsius. The chemical oxygen demand (COD) values in the effluent presented a mean value below 50 mg/L. The nitrogen as nitrate removal efficiency incresead up to 75% after supplying 'H IND.2'S' thru biogas injection. The HAAIB reactor operated with temperatures varying from 14 'DEGREES' Celsius to 26 'DEGREES' Celsius. The COD values in the effluent presented a concentration value lower than 66 mg/L and the nitrate removal increased 87% after supplying 'H IND.2'S' thru the biogas injection in the anoxic reactor. The collected data proved the viability of the use of these reactors as an alternative for the treatment and post-treatment of sanitary wastewater due to the promising results obtained in the assays performed in the reactors.