Orientadora: Prof.ª Dra Luisa Helena dos Santos Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, 2016. / Biorreatores com Membranas Submersas (BRMS) são, atualmente, reconhecidos como opção viável para o tratamento de esgotos sanitários e o reúso de águas. Apesar disso, a tecnologia é geralmente vista como de alto investimento quando comparado a sistemas convencionais de tratamento de esgoto, sobretudo pelo maior gasto energético com aeração do sistema. Porém, BRMS quando operados sob condições específicas para nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS), é possível obter um efluente de elevada qualidade com menor custo, devido a menor necessidade de aeração. Nesse sentido, a operação do sistema de BRMS com o processo de NDS pode aumentar a utilização desta tecnologia no tratamento de esgoto sanitário. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo principal avaliar a remoção de nitrogênio via NDS em diferentes concentrações de oxigênio dissolvido (OD) em uma unidade piloto de um Biorreator de Membranas Submersas tratando esgoto sanitário. Para isso, o experimento foi dividido em três Fases de acordo com a concentração de oxigênio dissolvido no licor misto: Fase I (2,3 mgO2/L), Fase II (0,8 mgO2/L e Fase III (0,3 mgO2/L). Foram alcançadas elevadas eficiências de remoção de material orgânico, independente das variações na concentração de OD, DBO5 com valores médios de 98%, 97% e 98% e DQO de 95%, 96% e 95% para as Fases I, II e III, respectivamente. A remoção média de nitrogênio total obtida foi 33% na Fase I, 60% na Fase II e 50% na Fase III. Onde a remoção via NDS foi responsável por 60%, 78% e 74% do total removido para as Fases I, II e III, respectivamente. A remoção de nitrogênio amoniacal não foi limitada devido as baixas concentrações de OD e houve acúmulo de NO2-. O sistema operou sob baixos valores de pressão transmembrana durante todo o período, porém foi encontrada diferença significativa nos valores da Fase III em relação às Fases I e II. Houve uma redução significativa na permeabilidade da membrana quando a concentração de OD no licor misto foi reduzida para 0,3 mg/L, porém sem efeito significativo quando a concentração de OD foi de 0,8 mg/L. Foram observados maiores valores de SPE ligado na Fase III em relação às demais, principalmente na fração de carboidratos que pode estar diretamente ligada a taxa de fouling. Foi possível alcançar remoção de NT em OD de 0,8 mg/L (Fase II) sem causar um impacto negativo no desempenho das membranas, sendo esta fase a mais adequada para a ocorrência do processo de NDS em BRMS. / Submerged Membrane Bioreactors (SMBR) are actually, recognized as viable option for wastewater treatment and reuse. Nevertheless, this technology is generally viewed as a high investment compared to conventional sewage treatment systems, especially for greater energy requirement for aeration system. However, SMBR when operated under specific conditions for simultaneous nitrification and denitrification (SND) it is possible to obtain a high quality effluent with lower compared to the conventional configuration because of less need for aeration. Therefore, the operation of the system SMBR with the NDS process can increase the utilization of this technology in the wastewater treatment. In this context, this study aimed to evaluate the removal of nitrogen via SND under different dissolved oxygen concentrations (DO) in a pilot of a SMBR treating wastewater. For this, the experiment was divided into three phases according to the concentration of dissolved oxygen in the mixed liquor: Phase I (2,3 mgO2/L), Phase II (0,8 mgO2/L and Phase III (0,3 mgO2/L). Were achieved high organic matter removal efficiencies regardless of fluctuations in DO concentration in terms of BOD5 average values of 98%, 97% and 98% and COD average values of 95%, 96% and 95% for Phases I, II and III respectively. The average total nitrogen removal was 33% in Phase I, 60% in Phase II and Phase III 50%. Where the removal means SND is responsible for 60%, 78% and 74% of the total removed for Phases I, II and III respectively. The removal of ammoniacal nitrogen is not limited by the low DO concentrations and there was accumulation of NO2- in Phase III. The system operated under low transmembrane pressure values throughout the period, but significant difference was found in the values of Phase III in relation to phases I and II. There was a significant reduction in membrane permeability when the DO concentration in the mixed liquor was reduced to 0.3 mg/L, but without significant effect when the DO concentration was 0.8 mg/L. It was observed highest bound EPS values in Phase III in relation to the others, mainly in the fraction of carbohydrates that can be directly linked to fouling rate. Satisfactory NT removal was achieved when concentration DO was 0.8 mg/L (Phase II) without causing a negative impact on the performance of membranes, being this phase the most suitable for the occurrence of the SND process in SMBR.

Orientador: Prof. Dr. Eduardo Lucas Subtil / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, Santo André, 2018. / O lançamento de águas urbanas servidas (AUS) sem tratamento causa problemas associados à saúde pública e à deterioração dos recursos hídricos. Neste contexto, os Biorreatores com Membranas Submersas (BRMS) e Biofilme (BRMS-BF), operados sob condições específicas para nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS), são uma opção viável para o tratamento de água AUS e seu potencial reúso. Este projeto de pesquisa teve como objetivos avaliar a remoção de nitrogênio via NDS, caracterizar o processo de fouling das membranas e identificar os principais microrganismos associados ao ciclo do nitrogênio em um sistema piloto BRMS-BF operado em diferentes concentrações de oxigênio dissolvido (OD) para o tratamento de AUS. O volume útil do reator foi de 156 L com módulo de 17 membranas (sintetizadas em fluoreto de vinilideno, PVDF) tipo placa plana de ultrafiltração de 0,1 ?m. O material suporte foi de poliuretano (gel termoplástico). O efluente utilizado foi da residência estudantil e o restaurante universitário da Universidade de São Paulo. Foram propostas duas fases de operação com concentrações de OD acima de 2, e 0,8 mgO2/L. Os valores de temperatura (T), Potencial de Redox (ORP), e pressão transmebranar (PTM) foram monitorados e os de pH, vazão (Q) e OD controlados, por meio de sensores. A aeração foi realizada controlando o fluxo através de rotação por meio de dois difusores de ar de 10 e 15 L/min. Os resultados para a fase I e II apresentaram os valores médios a seguir, respetivamente: T (24 e 23 ?), ORP (186 e -11 mV), PTM (0,02 e 0,04 bar), pH (6,9 e 6,7), Q (22 e 16 L/h), OD (2,2 e 0,9 mgO2/L) e SST (5,7 e 5,6 g/L). A remoção de matéria orgânica (DQO e DBO5 mg/L) e de turbidez foi maior de 96% e de 99%, respetivamente nas duas fases. A remoção de nitrogênio total foi de 33% para a Fase I e 74% na Fase II, apresentando melhoras na remoção a baixa concentração de OD. No entanto, a Fase II apresentou acúmulo de nitirto, que pode estar relacionado com a desnitrificação parcial, devido a ausência de carbono suficiente em presença de baixas concentrações de OD. As comindades de microrganismos observadas perteneceram principalmente ao filo Petrobacteria (abundância relativa > 70% na biomassa suspensa e o biofilme para a Fase I e II). O gênero Nitrospira foi o principal gênero identificado que influenciou o processo de oxidação de nitirito. Não foi encontrada diferença significativa entre os microrganismos presentes segundo o tipo de biomassa e a concentração de OD. Não houve uma redução significativa na permeabilidade das membranas, associada ao fouling, quando a concentração de OD foi reduzida para 0,9 mg/L. / Urban waters served (UWS) without any kind of treatment causes problems which are related to public health and hydric resources deterioration. In this context, the Submerged Membranes Bioreactor (MBRS) and Biofilm (MBRS-BF), operated under specific conditions for simultaneous nitrification-denitrification (SND), are a viable option for UWS treatment and their potential reuse. The aim of this project is to evaluate nitrogen removal via SND, characterize the process of fouling of the membranes and identify the main microorganisms related to nitrogen cycle in a MBRS-BF pilot-system which was operated on different concentrations of dissolved oxygen (DO) for UWS treatment. Reactor useful volume was 156 L with 17-membranes module - (synthesized in a Polyvinylidene Fluoride - PDVF) - 0,1 ?m ultrafiltration flat-plate type. Support material was composed of polyurethane (thermoplastic gel). The used effluent has come as from student residence as USP's food court. Two operation-phases were proposed in which concentration was over 2, and 0,8 mgO2/L. Temperatures values (T), Redox potential (ORP) and trasmembrane pressure(TMP) was monitored as well as pH, leakage (L) and DO was controlled by sensors. Aeration was carried out by controlling flow in rotation through two air diffusers with 10 e 15 L/min capacity. The results for phases I and II performed the following average values, respectively: T (24 and 23), ORP (186 and -11 mV), PTM (0,02 and 0,04 bar), pH (6,9 and 6,7), Q (22 and 16 L/h), OD (2,2 and 0,9 mgO2/L) and SST (5,7 and 5,6 g/L). Organic matters removal (DQO and DBO5 mg/L) and turbidity was bigger, by ranging from 96% to 99%, respectively, in both phases of this operation. Total nitrogen removal was 33% for Phase I and 74% of Phase II, by perfoming best efficiency in concentration of low OD (0,9mgO2/L).However, phase II showed nitrite storage, which can be attributed to partial denitrification, due to absence of carbon enough in OD low concentrations. Observed microorganisms communities belonged to mainly Petrobacteria phylum (relative abundance > 70% in suspended biomass and biofilm for phases I and II). Nitrospira was the main genus found which influenced nitrite oxidation process. It was not found significant difference among these present microorganisms according to their biomass type and DO concentration. There were not any significant reduction on membranes permeability, related to fouling, when DO concentration was reduced to 0,9 mg/L.