Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental / Made available in DSpace on 2012-10-23T14:11:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 257761.pdf: 1763816 bytes, checksum: 3e9ccd12103b7e18272c9bdc0253a135 (MD5) / Neste trabalho foram operados e avaliados diversos reatores de digestão anaeróbia construídos em escala real numa propriedade de média produção de suínos, sob condições climáticas do sul do Brasil. O caráter inovativo do trabalho foi assegurado pela configuração do tratamento do efluente clarificado através da seqüência lagoa de decantação ' lagoa anaeróbia ' reator UASB. Uma parcela dos sólidos sedimentados na lagoa de decantação, correspondente a vazão de 0,86 m3/dia, alimentou um biodigestor de lodo. A operação do sistema de tratamento se deu em duas fases, chamadas FASE 1 - de Alta Carga - e FASE 2 - de Baixa Carga, caracterizadas pela diminuição das vazões de alimentação do sistema de tratamento, de 9,0 m3/dia para 6,8 m3/dia. As cargas aplicadas (COV) nos reatores foram de 0,07 kg SVT/ m3.dia, na lagoa anaeróbia; 1,27 - 1,51 kg DQO/m3.dia, no reator UASB; e 0,79 - 1,22 kg ST/m3.dia, no biodigestor de lodo. A lagoa de decantação foi operada com taxa de aplicação superficial (TAS) de 0,13 - 0,18 m3/m2.dia. O sistema de tratamento apresentou eficiência de remoção de DQO variando de 82 a 85%, de DBO, de 89 - 93%, de ST, de 21,7 - 55,3% e de Ssed, de 98,6 a 99,5%. No biodigestor de lodo as eficiências de remoção da DQO e DBO foram de 51 - 71% e de 58 - 82%, respectivamente; a produção média de biogás foi de 6,26 m3/dia, com produção específica de 0,17 m3 biogás/kg ST.dia. A partida dos reatores com inóculo de dejetos suínos foi considerada improdutiva. A taxa de crescimento da biomassa nos reatores foi de 0,047, 0,030 e 0,163 kg SVT/m3.dia, para a lagoa anaeróbia, reator UASB e biodigestor de lodo, respectivamente.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T06:02:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 290496.pdf: 3280049 bytes, checksum: c1bf801a735807dbbbd563f03c684113 (MD5) / Entre as recentes tecnologias desenvolvidas para o tratamento biológico de efluentes destacam-se os reatores com biomassa na forma de grânulos aeróbios. Entretanto, a maioria dos pesquisadores tem focado seus estudos na formação desses grânulos em reatores alimentados com esgoto sintético de elevada carga orgânica. Assim, para poder aplicar na prática essa tecnologia, é preciso realizar estudos da utilização dos grânulos aeróbios no tratamento de esgoto doméstico, o qual é usualmente caracterizado como sendo de baixa carga orgânica. Neste contexto, a presente pesquisa teve como objetivo estudar o desenvolvimento de grânulos aeróbios no tratamento de esgoto doméstico em um reator em bateladas seqüenciais (RBS) sob diferentes condições operacionais. Para isso, o estudo foi dividido em três estratégias operacionais. A Estratégia Operacional I avaliou o desempenho do reator utilizando ciclos operacionais de 3 e 4 horas de duração. A Estratégia Operacional II avaliou o comportamento do reator quando submetido a diferentes cargas orgânicas. E por último, a Estratégia Operacional III avaliou o efeito da diminuição do tempo de sedimentação nas características dos grânulos e no desempenho do reator. Em relação à Estratégia I, o aumento da duração do ciclo não foi um parâmetro decisivo no processo de granulação aeróbia, mas influenciou na qualidade do efluente tratado, principalmente no processo de nitrificação, cuja eficiência aumentou de 23 para 69%. Referente à Estratégia II, observou-se que os grânulos aeróbios podem ser mantidos no reator mesmo com o aumento da carga orgânica aplicada, desde que haja condições de cisalhamento adequadas. Além disso, o reator mostrou-se bastante adequado para o tratamento de afluentes com cargas orgânicas mais elevadas, apresentando remoção de DQOs de 92%, NH4+-N de 96% e PO4-P de 91%. Na Estratégia III observou-se que a diminuição gradual do tempo de sedimentação foi uma maneira efetiva de melhorar as características dos grânulos, mas provocou uma piora temporária na qualidade do efluente tratado. Após o restabelecimento do reator, as eficiências de remoção foram de 93% para DQOs, 96% para NH4+-N e 60% para PO4-P. De maneira geral, o reator mostrou-se capaz de remover carbono, nitrogênio e fósforo simultaneamente em uma única unidade operacional compacta, provando ser uma tecnologia bastante promissora para o tratamento de esgoto doméstico. / Of the recent technologies developed for biological wastewater treatment, the reactors based on biomass in the form of aerobic granules are drawing the most attention. However, most researchers have focused their studies on granule formation in reactors fed with high-strength synthetic wastewaters. In order to apply aerobic granulation technology, more information is needed about its utilization in the treatment of domestic wastewater, which is usually characterized as a low-strength influent. Given these considerations, the aim of this research was to study the aerobic granules development in the treatment of domestic wastewater in a sequencing batch reactor operated under different conditions. Towards this end, three operational strategies were established. Operational Strategy I surveyed the reactor#s performance during 3 and 4 hour cycles. Operational Strategy II evaluated the organic load#s effect on the reactor#s behavior. Lastly, Operational Strategy III examined the effect of the decrease in sedimentation time on the granule#s characteristics and the reactor#s performance. In Strategy I, although the increase in cycle duration was not a decisive aerobic granulation parameter, it did influence the effluent#s quality, particularly the nitrification process, which went from an efficiency of 23% to 69%. For Strategy II, observations indicated that aerobic granules can be kept inside the reactor even with an increase in the organic load, so long as the appropriate shear force conditions are maintained. Moreover, the reactor was effective in the treatment of higher organic load influent, presenting a removal efficiency of 92% for CODS, 96% for NH4+-N, and 91% for PO4-P. In Strategy III, while the gradual reduction of the sedimentation time improved the granules# characteristics, it also temporarily worsened the effluent#s quality. After the reactor#s recovery, the removal efficiencies were 93% for CODS, 96% for NH4+-N, and 60% for PO4-P. In a generalized manner, the reactor simultaneously removed carbon, nitrogen, and phosphorus in a single compact operational unit, proving to be a very promising technology for domestic wastewater treatment.

Esta dissertação apresenta a metodologia para o Projeto de Engenharia de Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente com Manta de Lodo para tratamento de esgoto sanitário. A metodologia desenvolvida apresenta os parâmetros de cálculo e os condicionamentos técnicos físicos envolvidos no projeto e construção da unidade de tratamento. O trabalho contém uma proposta de protocolo para o projeto, construção e operação do Reator UASB. / This disquisition presents a methodology for the Project of Anaerobic Reactors Engineering of Sludge Blanket for sanitary sewage treatment. The methodology developed presents the calculus parameters and physic technical involved in the project and construction in the treatment unit. The work contains a protocol propose for the project, construction and operation of UASB Reactor.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência da velocidade ascensional de recirculação e da estratégia de alimentação na eficiência de um reator anaeróbio com biomassa imobilizada operado em bateladas seqüenciais tratando efluentes provenientes de um laticínio de pequeno porte. Avaliaram-se três condições operacionais com valores de velocidade de 0,2 m.h-1, 3,8 m.h-1 e 6,4 m.h-1, com tempo de ciclo de 48 horas. Finda esta etapa, avaliou-se a influência do volume tratado na eficiência do sistema. Nesta avaliação, o tempo de ciclo foi de 24 horas e estudaram-se duas condições experimentais, nas quais diariamente o reator era alimentado com 50% e 67% de seu volume. O reator, com volume total de 1000 L, foi instalado em área próxima ao laticínio. O suporte (\"biobob\") utilizado para imobilização da biomassa foi um enchimento plástico preenchido com espuma de poliuretano. A alimentação foi feita com efluentes oriundos do laticínio escola da Prefeitura do Campus USP Pirassununga - PUSP-P com carga orgânica variável, de acordo com suas atividades. O monitoramento do reator foi realizado através de análises de demanda química de oxigênio (DQO) em amostras filtradas em membrana de poro 1,2 µm e brutas, nitrogênio total Kjedahl e amoniacal, alcalinidade a bicarbonat o e ácidos voláteis totais. Verificada a estabilidade do sistema, realizaram-se amostragens temporais para medida de concentração de substratos e metabólitos intermediários. A biomassa oriunda do inóculo e do reator nas três primeiras condições experimentais foi analisada através de exames de microscopia de contraste de luz e fluorescência, análises de biologia molecular e atividade metanogênica específica. O período total de monitoramento no estudo da influência da velocidade ascensional de recirculação fo i de 570 dias. As eficiências médias de remoção de matéria orgânica em amostras brutas foram 82 ± 11 %; 84 ± 9%; 87 ± 9 %, quando as velocidades foram de 0,2 m.h-1, 3,8 m.h-1 e 6,4 m.h-1, respectivamente. As eficiências médias de remoção de matéria orgânica em amostras filtradas foram 82 ± 9%; 83 ± 13 %; 87 ± 9 %, quando as velocidades foram de 0,2 m.h-1, 3,8 m.h-1 e 6,4 m.h-1, respectivamente. Não foram verificadas diferenças significativas entre as eficiências de remoção de matéria orgânica à medida que a velocidade ascensional aumentou, todavia percebeu-se diminuição no desvio padrão de tal parâmetro, favorecimento no processo de geração e consumo de ácidos e aumento na velocidade de conversão da matéria orgânica. Os resultados das análises de biologia molecular demonstraram que a biomassa se modificou adaptando-se ao efluente, mas apresentando pouca variação entre as duas últimas condições operacionais. Quando o tempo de ciclo foi diminuído para 24 horas, e o sistema alimentado com 50% e 67% de seu volum e reacional, também não se verificou diferenças significativas em relação à eficiência de remoção de matéria orgânica, todavia a última condição operacional a que proporcionou maior volume de efluente tratado por dia. Conclui-se que o ASBBR foi eficiente, robusto e confiável para o tratamento de efluentes de laticínios nas condições de operações testadas. / The aim of the present study was to evaluate the influence of the recirculation rate and feed strategy on the efficiency of an Anaerobic Sequencing Batch Biofilm Reactor - ASBBR -treating effluents from a small dairy industry. Three operational conditions were studied in which the recirculation rate was 0.2 m.h-1, 3.8 m.h-1 e 6.4 m.h-1 and the cycle time was 48 h. When this assay was finished, the cycle time was decreased to 24 hours and two operational conditions were studied, in which the reactor was fed with 50% and 67% of its reaction volume, respectively. The reactor with total volume of 1000L was assembled in an area closed to the dairy. The biomass was immobilized in plastic supports containing polyurethane foam. The reactor was fed by effluents from the dairy school ( Prefeitura do Campus USP Pirassununga - PUSP-P) with organic loading rate variable according to the operations occurred in the plant. The system was monitored through chemical oxygen demand (COD) analyses, and measurements of nitrogen, alkalinity and volatile acids concentrations. When stability was verified, temporal profiles of substrate and metabolites concentrations were obtained. The biomass from the inoculum and from the reactor (operational conditions 1, 2 and 3) was analyzed through microscopic exams, molecular biology analyses and specific methanogenic activity assays. The monitoring period for the study of the influence of the recirculation rate lasted 570 days. The average efficiencies of organic matter removal were 82 ± 11 %; 84 ± 9%; 87 ± 9 %, when the velocities were 0.2 m.h-1, 3.8 m.h-1 e 6.4 m.h-1, respectively. The average efficiencies of organic matter removal in filtrated samples were 82 ± 9%; 83 ± 13 %; 87 ± 9 % when the velocities were 0.2 m.h-1, 3.8 m.h-1 e 6.4 m.h-1, respectively. Statistic differences were not verified; nevertheless it was possible to observe that the values of standard errors decreased, the production and consumption of the volatile acids improved and the rate of organic matter removal increased when the velocity was rose. The results from the molecular biology analyses showed that the biomass changed and adapted to the treatment conditions, presenting low variation along the last condition. When the cycle time was decreased to 24 hours, and the system was fed with 50% and 67%, statistic difference among the efficiencies were again not observed, nevertheless, the latter condition resulted in the highest daily treated volume. It was possible to conclude that the ASBBR was efficient, robust and reliable in treating dairy effluents at the practiced conditions.

Foram operados dois reatores UASB de bancada (volumes de 39,0 e 10,5 L) instalados em série, alimentados com águas residuárias de suinocultura com concentração de sólidos suspensos totais (SST), no primeiro reator, em torno de 5000 mg/L, com temperatura controlada (de 25 a 30 graus Celsius) e com tempo de detenção hidráulica (TDH) no primeiro reator de 62 a 16 h e no segundo de 16 a 4 h. O objetivo foi avaliar o desempenho e caracterizar física e microbiologicamente o lodo dos reatores UASB operados em dois estágios. Os resultados obtidos no ensaio 1, com TDH de 62 h no primeiro reator e SST no afluente de 5240 mg/L, mostraram eficiências de remoção de DQO total de 86% e 59% e SST de 82% e 57%, no primeiro e segundo reatores, respectivamente. A eficiência de remoção de DQO total e SST no sistema, no ensaio 1, foi de 95% e 94%. No ensaio 2, com TDH de 31 h no primeiro reator e SST de 5000 mg/L no afluente, observou-se eficiência de remoção de DQO total de 86% e 43% e SST de 85% e 58%, no primeiro e segundo reatores, respectivamente. A eficiência de remoção de DQO total e SST no sistema, no ensaio 2, foi de 92% e 94%. No ensaio 3, com TDH de 16 h no primeiro reator e SST de 5490 mg/L no afluente, observou-se eficiência de remoção de DQO total de 73% e 23% e SST de 65% e 20%, no primeiro e segundo reatores, respectivamente. A eficiência de remoção de DQO total e SST no sistema, no ensaio 3, foi de 79% e 73%. A TCOV aplicada no primeiro reator, no ensaio 1, foi de 4,55 kg DQO total/\'M POT.3\'.d, no ensaio 2 de 8,75 kg DQO total/\'M POT.3\'.d e no ensaio 3 de 18,65 kg DQO total/\'M POT.3\'.d. A produção de \'CH IND.4\' no primeiro reator foi de 17,50 a 68,20 L \'CH IND.4\'/d e no segundo reator de 1,62 a 5,50 L \'CH IND.4\'/d com a diminuição do TDH. Os reatores UASB instalados em série foram eficientes na remoção da fração dissolvida e, principalmente, da fração devido à concentração de SST do afluente. Para TCOV de 4,55 kg DQO/\'M POT.3\'.d no primeiro reator, pôde-se obter eficiências de remoção de DQO total e de SST acima de 90% e de DQO dissolvida acima de 85%. Para TCOV de 18,65 kg DQO/\'M POT.3\'.d no primeiro reator, as eficiências de remoção de DQO total e de SST foram acima de 70% e DQO dissolvida acima de 75%. As maiores produções específicas de metano foram obtidas com TCOV de 2,55 kg DQO/\'M POT.3\'.d para o segundo reator e de 8,65 kg DQO/\'M POT.3\'.d para o primeiro reator. A operação dos reatores UASB com valores de concentração de SST no afluente em torno de 5000 mg/L foram prejudiciais ao processo de granulação do lodo. Os grânulos apresentaram distribuição dispersa das morfologias microbianas ao longo da parede, não caracterizando a divisão em camadas definidas. As arqueas metanogênicas predominantes foram as semelhantes à Methanosaeta. / Two bench scale UASB reactors (volumes of 39,0 and 10,5 L) were operated in sequence, fed with swine wastewater with total suspended solids (TSS) concentration around 5000 mg/L in the first reactor, with controlled temperature (from 25 to 30 Celsius degrees) and operating with hydraulic detention time (HDT) in the first reactor varying from 62 to 16 h and in the second reactor from 16 to 4 h. The objective was to evaluate the performance and to characterize physically and microbiologically the sludge from UASB reactors operated in two stages treating swine wastewater. The results obtained in phase 1, with HDT of 62 h in the first reactor and TSS in the influent of 5240 mg/L, presented total COD removal efficiencies of 86% and 59% and TSS reduction efficiency of 82% and 57%, in the first and second reactors, respectively. The removal efficiency of total COD and TSS in the system, in phase 1, was 95% and 94%, respectively. In the phase 2, using HDT of 31 h in the first reactor and TSS of 5000 mg/L in the influent, it was observed a total COD removal efficiency of 86% and 43% and TSS reduction efficiency of 85% and 58%, in the first and second reactors, respectively. The system removal efficiency of total COD and TSS in phase 2, was 92% and 94%, respectively. In phase 3, with a HDT of 16 h in the first reactor and TSS of 5490 mg/L in the influent, it was observed a total COD removal efficiency of 73% and 23% and TSS reduction efficiency of 65% and 20%, in the first and second reactors, respectively. The total COD removal efficiency and TSS reduction efficiency in the system, in phase 3, was 79% and 73%, respectively. The volumetric organic loading rate (VOLR) applied in the first reactor, in phase 1, was 4,55 kg total COD/\'M POT.3\'.d, in phase 2 was 8,75 kg total COD/\'M POT.3\'.d and in phase 3 was 18,65 kg total COD/\'M POT.3\'.d. The \'CH IND.4\' production in the first reactor was from 17,50 to 68,20 L \'CH IND.4\'/d and in the second reactor from 1,62 to 5,50 L \'CH IND.4\'/d decreasing the HDT in the experiment phases. The UASB reactor installed in sequence were efficient in the dissolved fraction removal and, mainly, to the fraction due to the TSS influent concentration. The total VOL value of 4,55 kg COD/\'M POT.3\'.d was measured in the first reactor, it was achieved TSS and total COD removal efficiencies above 90% and dissolved COD above 85%. For the OVL of 18,65 kg COD/\'M POT.3\'.d in the first reactor the TSS and total COD removal were above 70% and dissolved COD above 75%. The larger methane specific production was obtained with a total VOL of 2,55 kg COD/\'M POT.3\'.d in the second reactor and 8.65 kg COD/\'M POT.3\'.d in the first reactor. The UASB reactors operation with the TSS concentration values of 5000 mg/L in the influent was prejudicing the sludge granulation process. The granules present a microbial morphology disperse distribution that doesn\'t characterize a layers defined distribution. The predominant metonogenic archeas were similar to Methanosaeta.

O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e também o primeiro do mundo na produção de açúcar e etanol, o biocombustível mais utilizado como alternativa energética no país (BRASIL, 2017). No entanto, esse processo produtivo precisa considerar os subprodutos gerados, principalmente a vinhaça, que se não tratada e disposta corretamente podem causar problemas ambientais sérios. Sendo um efluente com alta carga orgânica, a vinhaça concentra potencial substancial para geração de bioenergia como o metano. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da concentração de sulfato, advindo da utilização de ácido sulfúrico para manutenção da pureza das cepas fermentativas e incorporado à vinhaça, na produção de metano. Para tanto, testes em batelada foram feitos com relações DQO/Sulfato diferentes. As respostas obtidas no planejamento experimental fatorial 22 com ponto central, utilizando a demanda química de oxigênio (DQO) e sulfato como os fatores, foram a produção de metano, a eficiência de remoção de matéria orgânica e a eficiência de remoção de sulfato ao longo dos ciclos de operação. As faixas estudadas foram de 4,6 a 2,0 gDQO.L-1 e 0,3 a 2,3 gSO4-2.L-1. Dessa forma, para o intervalo de concentrações testadas, a quantidade de matéria orgânica foi o fator mais importante para a produção de metano, e foi constatado que o sulfato possuiu efeito negativo em sua produção. Para a eficiência de remoção de matéria orgânica, a interação dos fatores foi a mais significativa, mostrando que a participação das bactérias redutoras de sulfato foi positiva, aumentando a eficiência de remoção. Com relação à eficiência de remoção do sulfato, apenas a concentração de sulfato foi significativa para a remoção do mesmo, quanto maior a concentração menor foi a eficiência de remoção observada. A maior produção de metano ocorreu na condição 4,6 gDQO.L-1 e 0,3 gSO4-2.L-1, DQO/SO42- de 12,5, em que a eficiência de remoção de matéria orgânica foi de 80% e a de sulfato foi de 89%. A biomassa desenvolveu as rotas metanogênica e sulfetogênica, sendo a metanogênica responsável pela maior eficiência de remoção (85% do total). Sequenciamento Illumina MiSeq 16S rRNA foi feito no inóculo utilizado nos experimentos, indicando a presença abundante das bactérias capazes de produzir acetato (54,75%), dentre elas o gênero Desulfofaba (Bactéria Redutora de Sulfato Oxidativa Incompleta, 7,08%), mostrando uma predisposição da rota metanogênica pela via do acetato ser a predominante. / Brazil is the world\'s largest producer of sugarcane and the world\'s leading producer of sugar and ethanol, the most used biofuel as an energy alternative in the country (BRASIL, 2017). However, this productive process needs to consider the by-products generated, especially the vinasse, which if not treated and disposed properly can cause serious environmental problems. Being an effluent with high organic load, vinasse concentrates potential for bioenergy generation as methane. The objective of this work was to evaluate the influence of the sulfate concentration, resulting from the use of sulfuric acid to maintain purity of fermentative strains and incorporated into vinasse, in the production of methane. For that, batch tests were done with different COD/SO42- ratios. The responses obtained in the 22 design of experiment with central point, using the chemical oxygen demand (COD) and sulfate, as the factors were the methane production, the organic matter removal efficiency and the sulfate removal efficiency along the cycles of operation. The ranges studied were 4.6 to 2.0 gDQO.L-1 and 0.3 to 2.3 gSO42-.L-1. Therefore, for the range of concentrations tested, the amount of organic matter was the most important factor for the production of methane, and it was verified that the sulfate had a negative effect on its production. For the removal efficiency of organic matter, the interaction of the factors was the most significant, showing that the participation of the sulfate reducing bacteria was positive, increasing the removal efficiency. Regarding the sulfate removal efficiency, only the sulfate concentration was significant for the removal of itself, the higher the concentration the lower the observed removal efficiency. The highest methane production occurred in the condition 4.6 gDQO.L-1 and 0.3 gSO4-2.L-1, COD/SO42- of 12.5, where the removal efficiency of organic matter was 80% and sulfate was 89%. The biomass developed the methanogenic and sulfetogenic routes, being the methanogenic responsible for the greater removal efficiency (85% of the total). Sequencing Illumina MiSeq 16S rRNA was done in the inoculum used in the experiments, indicating the abundant presence of bacteria capable of producing acetate (54.75%), among them the genus Desulfofaba (Incomplete Oxidative Sulfate Reducing Bacteria, 7.08%), showing a predisposition of the methanogenic route through the acetate route is the predominant one.

A constante exploração dos recursos hídricos para os mais diferentes usos sem um planejamento adequado, tem levado ao comprometimento desses recursos, verificando-se cada vez mais aumento no número de pesquisas e investimentos, visando o estudo de alternativas que viabilizem o tratamento avançado de águas residuárias e sua reutilização. Entre essas alternativas, estão as técnicas de separação dos materiais contaminantes por membranas. Neste trabalho estudou-se a viabilidade da utilização da microfiltração tangencial como alternativa de pós-tratamento de efluente de Reator Anaeróbio de Leito Expandido alimentado com esgoto sanitário, analisando-se a influência da utilização de cloreto férrico como coagulante, bem como, membranas com diferentes tamanhos de poro (0,2 e 1,0 &#956m), no desempenho da microfiltração tangencial. Os ensaios no sistema de microfiltração tangencial foram realizados em batelada, com amostras de efluente do reator anaeróbio de leito expandido (RALEX). Verificou-se que para os ensaios realizados com a membrana de 0,2 &#956m, o aumento das dosagens de cloreto férrico, contribuiu para diminuição nos valores de luxo de permeado. Esta relação não ocorreu de forma direta com a membrana de 1,0 &#956m. Os processos de coagulação e floculação foram essenciais para ambas membranas no aumento na eficiência de remoção da demanda química total de oxigênio (mg/l), fosfato total (mg P/l) e turbidez, no entanto, em relação aos valores de fluxo do permeado,foi prejudicial, pois nos ensaios em que as amostras de efluente do RALEX não foram previamente coaguladas e floculadas, a permeabilidade das membranas foi bem maios. O sistema de microfiltração tangencial operando com a membrana de 0,2 &#956m apresentou melhor desempenho, com valores de fluxo do permeado, em geral superiores a 100 L/m2.h, eficiência de 100% na remoção de coliformes totais e fecais, e a dosagem de 40 mg/l de cloreto férrico, já foi suficiente para uma eficiência média de remoção de DQOt de 95%; P.PO4-3 (89,5%) e Turbidez (96,4%). Portanto, a microfiltração tangencial pode ser considerada uma alternativa eficaz como unidade de pós-tratamento de efluente de reator anaeróbio de leito expandido, produzindo efluente que atende os padrões de reuso na agricultura, para coliforme totais e fecais. / The constant exploration of water resources for the most different uses, without an appropriate planning, has lead to the exhaustion of this resources. This scenery has showed the need of increasing researches and investments on alternative forms of wastewater treatment. This work studied the viability of using crossflow microfiltration as an alternative form of advanced treatment of effluents of Anaerobic Reactor Expanded Bed feed with sewage, examining the effect of the use of ferric chloride as coagulam, as well as of different pore size membranes (0,2 and 1,0 &#956m) on the performance of crossflow microfiltration. The experiments on crossflow microfiltration system were carried out in batch, using effluent samples of anaerobic reactor expanded bed. The results obtained with the 0,2 &#956m membrane showed that the increase of ferric chloride dosages contributed for the reduction on flux values. The 1,0 &#956m membrane did not presented this relation. The flocculation and coagulation processes were essentials for increasing the removal efficiency of Total Chemical Oxygen Demand, Total Phosphorus and Turbidity for both membranes, however, for the flux values the effect was harmful, because when the samples of the Anaerobic Reactor Expanded Bed were not previously coagulated and flocculated, the membranes penneability were higher. The Crossflow Microfiltration System, operating with the 0,2 &#956m membrane, presented better performance, with flux values generally superior than 100 L/m2.h, efficiency around 100% on the removal of Total and Fecal Coliforms. For this membrane (0,2 &#956m) the dosage of 40 mg/l of FeCl3 (first stage) was enough for an average of removal efficiency of Total Chemical Oxygen Demand (95%); Turbidity (96.4%); and P.PO4-3 (89,5%). Therefore, crossflow mocrofiltration can be considered an effective alternative for advanced treatment of effluents of Anaerobic Reactor Expanded Bed, producing a final effluent with large potentiality to be used in agriculture.

A contaminação ambiental por antibióticos e antimicrobianos quimioterápicos despertou o interesse da comunidade científica devido à possibilidade do desenvolvimento de resistência bacteriana e de efeitos ecotóxicos sobre organismos não-alvo. As águas residuárias contaminadas representam a principal fonte de dispersão desses fármacos para o meio ambiente. Enquanto as tecnologias anaeróbias têm sido crescentemente aplicadas para o tratamento de águas residuárias de origem agroindustrial, frequentemente contaminadas com antimicrobianos, pouco se sabe sobre as transformações que esses micropoluentes podem sofrer durante o tratamento. O objetivo do presente trabalho foi a investigação da degradação do antimicrobiano veterinário sulfametazina (SMZ) durante o tratamento anaeróbio de água residuária de suinocultura. Para tanto, foram conduzidas três fases experimentais. Na primeira fase, ensaios em batelada foram realizados com o intuito de avaliar a contribuição da biodegradação anaeróbia e de outros fenômenos na remoção de SMZ da fase líquida. A segunda fase envolveu a operação de três reatores anaeróbios contínuos em escala de bancada alimentados com água residuária sintética contaminada com SMZ, um reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF), um reator anaeróbio de mistura e biomassa imobilizada (RAMBI) e um reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB). Avaliou-se o efeito da variação da DQO total afluente e do TDH na eficiência de remoção de SMZ. Na terceira fase, o RAHLF foi alimentado com água residuária de suinocultura real présedimentada e acrescida de SMZ. Os resultados obtidos durante a primeira fase permitiram o desenvolvimento de um modelo matemático de dois compartimentos que apontou a fase aquosa como o compartimento biodisponível para a degradação de SMZ. Não foram observadas diferenças expressivas de desempenho dos reatores anaeróbios na remoção de SMZ para as condições experimentais ensaiadas na segunda fase. As condições operacionais que permitiram máxima remoção de SMZ foram TDH de 24 h e DQO total afluente de 3000 mg O2.L-1, que resultaram em eficiências médias de remoção de SMZ de 74%, 71% e 70% para os reatores RAHLF, RAMBI e UASB, respectivamente. Observou-se que a biodegradação anaeróbia de SMZ é favorecida pelo aumento da velocidade de degradação de matéria orgânica, como esperado para uma transformação cometabólica. Embora a degradação de SMZ tenha sido interrompida durante a alimentação do RAHLF com água residuária de suinocultura, os resultados obtidos mostraram que a biodegradação de SMZ pode acontecer em reatores anaeróbios e pode ser favorecida por meio do controle de parâmetros de operação adequados, demonstrando o potencial de aplicação dessa tecnologia no abatimento de emissões desse fármaco. / Environmental contamination by antibiotics and antimicrobial chemotherapeutics has drawn the attention of the scientific community because of the possibility of bacterial resistance development and toxic effects on non-target organisms. Contaminated wastewaters are the main sources of antimicrobial dispersion to the environment. While anaerobic technologies have been increasingly applied to the treatment of agricultural wastewaters, which are often contaminated with antimicrobials, little is known about the changes that these micropollutants can undergo during treatment. The objective of this study was to investigate the degradation of the veterinary antimicrobial sulfamethazine (SMZ) during the anaerobic treatment of swine wastewater. Three experimental phases were performed. In the first phase, batch tests were performed in order to evaluate the contribution of anaerobic biodegradation and other phenomena to the overall removal of SMZ from the liquid phase. The second phase involved the operation of three continuous, bench-scale anaerobic reactors fed with SMZ-contaminated synthetic wastewater: a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor, an anaerobic stirred reactor with immobilized biomass (ASRIB) and an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. The effect of varying the total influent COD and the HRT on SMZ removal efficiency was evaluated. In the third phase, the HAIB was fed with real presedimented swine wastewater contaminated with SMZ. The results obtained during the first phase allowed the development of a two-compartment mathematical model which established the aqueous phase as the bioavailable compartment for SMZ degradation. No significant differences in SMZ removal performance between the three reactors were observed in the second phase. The maximum removal of SMZ was observed for a HRT of 24 h and total influent COD of 3000 mg O2.L-1, which resulted in average SMZ removal efficiencies of 74%, 71% and 70% for the HAIB, ASRIB and UASB reactors, respectively. It was observed that the anaerobic biodegradation SMZ is favored by increasing the organic matter degradation rate, as expected for cometabolic transformations. Although SMZ degradation ceased when the HAIB was fed with swine wastewater, the experimental results showed that the biodegradation of SMZ occurs in anaerobic reactors and can be enhanced by controlling appropriate operating parameters, demonstrating the potential of this technology for the abatement of SMZ emission.

Primeiramente, esse trabalho pretende esclarecer a importância de pesquisas em modelagem, simulação e controle nos processos de tratamento de efluentes e apontar o atraso do Brasil nesta área de pesquisa comparado ao avanço das iniciativas internacionais. O trabalho apresenta o problema específico da modelagem dos processos anaeróbios e propõe uma nova ferramenta de simulação de regime permanente para esses sistemas, desde digestores de lodo a reatores UASB. O simulador se baseia no ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), modelo proposto pela IWA em 2002, e está implementado em C++. A intenção é disponibilizar livremente um software de simulação com o diferencial de uma metodologia e interface gráfica amigável, capaz de trazer para o dia-a-dia do profissional da área toda a sofisticação de uma modelagem mais completa, tanto do ponto de vista microbiológico como físico-químico. A metodologia proposta se mostrou muito eficiente para a obtenção da condição de regime permanente, fazendo com que a caracterização do afluente se tornasse a etapa limitante do processo de simulação. O método desenvolvido é tão eficaz que permite que sejam realizadas simulações com afluentes e reatores hipotéticos, tornando possível estudos desvinculados da necessidade de análises laboratoriais complexas ou fora do comum. / First, this work intends to show the importance of research in modeling, simulation and control of wastewater treatment processes, and to point the delay of our country (Brazil) in this subject, compared to the advance of the international initiatives. This work presents the specific problem of modeling the anaerobic digestion and proposes a new tool to simulate the steady state condition in anaerobic reactors. The simulator is based on the ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), developed by IWA in 2002, and is implemented in C++. The intention is to give free access to a new simulation software with the advantages of better methodology and friendly graphical interface. This tool should be able to bring to the professionals all the sophistication of a more complete modelling in the microbiological and physical-chemical point of view. The developed methodology revealed itself to be very efficient for the attainment of the steady state condition. Consequently, it makes the characterization of the influent the critic stage of the simulation process. The developed method is so efficient that allows simulation studies to be carried out using hypothetical influents and reactors. Thus, it brings independence for simulation studies with no need of complex or unusual laboratorial analyses.

Este trabalho de pesquisa teve por objetivo avaliar o efeito do descarte de lodo aeróbio no desempenho do reator UASB. Em paralelo, foi verificado o efeito dessa operação na qualidade do efluente final da ETE, no desempenho operacional da unidade de pós-tratamento e nas características do biogás produzido no reator UASB. De modo geral, não houve impacto negativo no processo de digestão anaeróbia em termos de DQO filtrada no efluente, que foi semelhante quando o afluente era composto essencialmente de esgoto bruto, na ordem de 60 a 80 mg/L. Por outro lado, os resultados indicaram uma tendência de redução da qualidade do efluente do reator UASB em termos de DQO total e sólidos em suspensão, quando da alimentação desse reator com excesso de lodo aeróbio. Em 2016, a concentração média de DQO total no efluente foi da ordem de 529 mg/L e a concentração média de SST foi na ordem de 672 mg/L quando o afluente do reator UASB era composto com excesso de lodo aeróbio, ao passo que, sem excesso de lodo aeróbio no afluente, a DQO total média no efluente foi de 269 mg/L e a concentração média de SST foi de 349 mg/L. Porém, essa redução da qualidade pareceu estar relacionada a uma sobreposição de efeitos associado a presença de lodo aeróbio no afluente, e a sistemática adotada na estação para remoção de lodo anaeróbio do reator UASB. Quando não havia remoção de excesso de lodo anaeróbio de fundo do reator UASB, a qualidade do efluente se manteve durante a maior parte do tempo monitorado compatível com os períodos onde o afluente do reator UASB era composto essencialmente de esgoto bruto, indicando que o lodo de fundo, mais concentrado, exerce papel fundamental na retenção do lodo aeróbio na zona de digestão do reator UASB. Essa constatação se mostrou mais explícita quando as operações de descarte de excesso de lodo aeróbio e remoção de lodo anaeróbio do reator UASB ocorriam em períodos distintos. Nessa condição, a concentração média de DQO total no efluente foi de 254 mg/L e a concentração média de SST foi de 314 mg/L, ao passo que sem lodo aeróbio no afluente do reator UASB, a concentração média de DQO total no efluente foi de 191 mg/L e a concentração de SST foi de 258 mg/L. As características do biogás produzido variaram quando o sistema era alimentado com excesso de lodo aeróbio no afluente, apresentando, nessa condição, maior concentração de CO2 e menor concentração de H2S. Não houve, alteração da concentração média de metano quando da presença de excesso de lodo aeróbio no afluente. Outro aspecto observado foi a falta de correlação entre os parâmetros DQO removida e produção volumétrica de biogás quando o afluente do reator UASB continha excesso de lodo aeróbio. Na ausência de excesso de lodo aeróbio no afluente, houve correlação entre essas variáveis, porém uma correlação fraca, na ordem de 0,40, que pode ser explicada por uma captação ineficaz do biogás produzido, devido a vazamentos pela linha de quebra-escuma do separador trifásico, e por perdas de metano dissolvido com o efluente. Com relação ao impacto na unidade de pós-tratamento, a baixa capacidade de remoção de lodo de excesso da ETE devido a dificuldades de ordem operacional e contratual, condicionaram a operação do sistema de lodo ativado com elevadas concentrações de sólidos em suspensão. Nessa condição, o sistema de aeração apresentou baixa eficiência de transferência de oxigênio para o licor misto, o que impactou negativamente no consumo de energia elétrica do processo de lodo ativado, aumentando o custo operacional da ETE. A qualidade do efluente final da ETE, de modo geral, não foi impactada pela operação de descarte de lodo aeróbio no reator UASB, tendo mantido durante a maior parte do tempo DQO média na ordem de 40 mg/L no efluente e concentração de sólidos em suspensão totais em média na ordem de 25 mg/L. A nitrificação e desnitrificação foi variável ao longo do período do estudo, sendo que o processo apresentou eficiência média de remoção de nitrogênio em torno de 66%. / The objective of this research was to evaluate the effect of aerobic sludge discard on UASB reactor performance. In parallel, the effect of this operation on the final effluent quality of the WWTP, the operational performance of the post-treatment plant and the characteristics of the biogas produced in the UASB reactor were verified. In general, there was no negative impact on the anaerobic digestion process in terms of dissolved COD in the effluent, which was similar when the influent was composed essentially of raw sewage, in the order of 60 to 80 mg / L. On the other hand, the results indicated a tendency to reduce the quality of the UASB reactor effluent in terms of total COD and suspended solids when feeding this reactor also with excess aerobic sludge. In 2016, the mean concentration COD in the effluent was of the order of 529 mg / L and the mean concentration SST was 672 mg / L when the UASB reactor inflow was composed of excess aerobic sludge, while, without excess of aerobic sludge in the influent, the mean COD in the effluent was 269 mg / L and the mean concentration of SST was 349 mg / L. However, this quality reduction seemed to be related to an overlap of effects associated with the presence of aerobic sludge in the influent, and the system adopted at the WWTP to remove anaerobic sludge from the UASB reactor. When there was no removal of excess anaerobic bottom sludge from the UASB reactor, the quality of the effluent remained for most of the monitored time consistent with the periods where the UASB reactor inflow was essentially composed of raw sewage, indicating that the sludge from deep, more concentrated, plays a fundamental role in the retention of aerobic sludge in the digestion zone of the UASB reactor. This finding was more explicit when the operations of excess aerobic sludge and anaerobic sludge removal from the UASB reactor occurred at different periods. In this condition, the mean COD concentration in the effluent was 254 mg / L and the mean SST concentration was 314 mg / L, whereas without aerobic sludge in the UASB reactor, the mean total COD concentration in the effluent was 191 mg / L and the concentration of SST was 258 mg / L. The characteristics of the biogas produced varied when the system was fed with excess of aerobic sludge in the influent presenting, in this condition, a higher concentration of CO2 and a lower concentration of H2S. There was, fortunately, no change in the average concentration of methane when there was an excess of aerobic sludge in the influent. Another important aspect observed was the lack of correlation between the COD removal parameters and volumetric biogas production when the UASB reactor inflow contained excess aerobic sludge. In the absence of excess aerobic sludge in the influent, there was a correlation between these variables, but a weak correlation, in the order of 0.40, which can be explained by an inefficient capture of the biogas produced, due to leaks by the three-phase separator, and for losses of methane dissolved with the effluent. Regarding the impact on the post-treatment unit, the low sludge removal capacity of the WWTP due to operational and contractual difficulties, conditioned the operation of the activated sludge system with high concentrations of suspended solids. In this condition, the aeration system presented low oxygen transfer efficiency for the mixed liquor, which negatively impacted the electric power consumption of the activated sludge process, increasing the operational cost of the WWTP. The final effluent quality, in general, was not affected by the aerobic sludge discharge operation in the UASB reactor, having maintained for the most part the average COD in the order of 40 mg / L in the effluent and the solids concentration in suspension on average in the order of 25 mg / L. Nitrification and denitrification were variable throughout the study period, with the average nitrogen removal efficiency around 66%.