O presente trabalho aborda a biodegradação de sulfametoxazol e ciprofloxacino em 2 reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLF). Os reatores foram operados e mantidos em regime permanente com um tempo de detenção hidráulica de 16 a 17 horas com uma água residuária sintética que simula o esgoto sanitário na temperatura de 25°C. Foi avaliado o estado dos reatores como ponto de referência para os próximos passos. A contaminação com sulfametoxazol e ciprofloxacino iniciou-se, então, e o comportamento dos reatores foi avaliado. As concentrações dos antimicrobianos foram analisadas por extração em fase sólida acoplada com espectrometria de massa. Ambos antimicrobianos foram degradados pelos reatores até níveis abaixo do limite de quantificação dos métodos de análise. Utilizando os dados de DQO e as análises dos antimicrobianos, junto com dados cinéticos obtidos, foi determinado que o RAHLF tem resistência a estes compostos e concentrações até uma ordem de magnitude acima das encontradas em condições reais. A degradação do sulfametoxazol foi muito eficiente e é previsto que um RAHLF típico em operação consegue degradar mais que 99% do sulfametoxazol. A degradação do ciprofloxacino foi menos eficiente, com remoção prevista para RAHLF típico de 80% a 90%. / The present project approaches sulfamethoxazole and ciprofloxacin biodegradation in two horizontal anaerobic immobilized sludge (HAIS) reactors. The reactors were operated and maintained at dynamic stability with a hydraulic retention time of 16 to 17 hours using synthetic wastewater, which simulates domestic wastewater, at 25°C. The dynamically stable state was evaluated as a control for the following steps. The reactors were then continuously fed with synthetic wastewater contaminated with sulfamethoxazole and ciprofloxacin, independently, and their behaviors were observed. The antibiotics\' concentrations were analyzed by solid phase extraction couples with mass spectrometry. Both antibiotics were degraded in the bioreactors to below quantification limits. Using COD and antibiotic data and derived kinetic constants, it was shown that a typical operating HAIS reactor with a hydraulic retention time of 6 to 8 hours should be capable of removing over 99% of sulfamethoxazole in its influent. Ciprofloxacin removal was less efficient, but was nevertheless promising, with a removal rate of 80% to 90% in typical conditions.

O presente trabalho aborda a biodegradação de sulfametoxazol e ciprofloxacino em 2 reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLF). Os reatores foram operados e mantidos em regime permanente com um tempo de detenção hidráulica de 16 a 17 horas com uma água residuária sintética que simula o esgoto sanitário na temperatura de 25°C. Foi avaliado o estado dos reatores como ponto de referência para os próximos passos. A contaminação com sulfametoxazol e ciprofloxacino iniciou-se, então, e o comportamento dos reatores foi avaliado. As concentrações dos antimicrobianos foram analisadas por extração em fase sólida acoplada com espectrometria de massa. Ambos antimicrobianos foram degradados pelos reatores até níveis abaixo do limite de quantificação dos métodos de análise. Utilizando os dados de DQO e as análises dos antimicrobianos, junto com dados cinéticos obtidos, foi determinado que o RAHLF tem resistência a estes compostos e concentrações até uma ordem de magnitude acima das encontradas em condições reais. A degradação do sulfametoxazol foi muito eficiente e é previsto que um RAHLF típico em operação consegue degradar mais que 99% do sulfametoxazol. A degradação do ciprofloxacino foi menos eficiente, com remoção prevista para RAHLF típico de 80% a 90%. / The present project approaches sulfamethoxazole and ciprofloxacin biodegradation in two horizontal anaerobic immobilized sludge (HAIS) reactors. The reactors were operated and maintained at dynamic stability with a hydraulic retention time of 16 to 17 hours using synthetic wastewater, which simulates domestic wastewater, at 25°C. The dynamically stable state was evaluated as a control for the following steps. The reactors were then continuously fed with synthetic wastewater contaminated with sulfamethoxazole and ciprofloxacin, independently, and their behaviors were observed. The antibiotics\' concentrations were analyzed by solid phase extraction couples with mass spectrometry. Both antibiotics were degraded in the bioreactors to below quantification limits. Using COD and antibiotic data and derived kinetic constants, it was shown that a typical operating HAIS reactor with a hydraulic retention time of 6 to 8 hours should be capable of removing over 99% of sulfamethoxazole in its influent. Ciprofloxacin removal was less efficient, but was nevertheless promising, with a removal rate of 80% to 90% in typical conditions.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:46:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leandro Fleck.pdf: 1897702 bytes, checksum: b3e258336499f4a0de7936279b0ee27c (MD5) Previous issue date: 2014-01-31 / The development of human activities generates high amounts of industrial effluent, which has a high impact on watercourses, mainly due to organic load constituents. Among the methods used to control water pollution, the method of mathematical modeling stands out, a simulation tool that allows the generation of future scenarios. This study proposes to generate a mathematical model of water quality that simulates the process of aerobic self-depuration of organic matter from watercourses. For this purpose, it was used a water bath coupled to a jar test, providing temperature control from 20 to 28 °C, and flow velocity from 0.29 to 0.87 m s-1, similarly to natural conditions. The trials were conducted using a synthetic effluent with an initial COD concentration of 50 mg L-1, based on a Central Composite Design (DCC), composed of seven trials. All trials lasted 15 days, with effluent samples collected daily for the analysis of Chemical Oxygen Demand (COD) and Dissolved Oxygen (OD). A mathematical equation was developed for each day of self-depuration. The final mathematical model gathers 15 equations of self-depuration. The significance of the equations was measured using the analysis of variance to 10%. To validate the proposed model, a self-depuration trial was carried out under the conditions of 26 °C and 0.38 m s-1 with an initial COD concentration of 30 mg L-1. The analysis of variance was performed for the proposed mathematical model as well as the analysis of normality and homoscedasticity for waste, with a significance level of 5%.There are indications that the temperature significantly had an influence in the kinetics of aerobic decomposition of organic matter in the first and from the sixth to the fifteenth day self-depuration. The flow velocity significantly influenced in the eighth and from the twelfth to the fifteenth day of self-depuration, and the interaction between the factors in the eighth and fifteenth day of self-depuration, with p-values lower than the significance level adopted. With a confidence interval of 90%, the equations representing the first and from the seventh to the fifteenth day of self-depuration are statistically significant, with coefficients of determination (R2) greater than 84%. The proposed model adequately described the experimental data obtained in the validation trial, presented p-value of 2.49 E-17, lower than the level of significance adopted, of 5%. Thus, the model proposed can be considered statistically significant, describing the total variation of responses, with a ratio of 99.46%. The proposed mathematical model described the process of self-depuration in watercourses within the temperature and flow velocity intervals in which it was generated / O desenvolvimento das atividades humanas teve como consequência direta a geração de elevada quantidade de efluentes industriais, altamente impactantes aos cursos hídricos receptores, devido principalmente à carga orgânica constituinte. Dentre os métodos utilizados para o controle da poluição hídrica, destaca-se a modelagem matemática, a qual, sendo uma ferramenta de simulação, possibilita a geração de cenários futuros. O presente estudo propõe a geração de um modelo matemático de qualidade da água que possibilite simular o processo de autodepuração aeróbia da matéria orgânica de um corpo hídrico. Para a realização do estudo utilizou-se um banho-maria acoplado a um jar test, possibilitando o controle da temperatura na faixa de 20 a 28 °C e velocidade de fluxo na faixa de 0,29 a 0,87 m s-1, valores típicos encontrados em condições naturais. Os ensaios foram conduzidos utilizando-se efluente sintético a partir de uma concentração inicial de DQO de 50 mg L-1, com base em um Delineamento Composto Central (DCC), composto por 7 ensaios. Todos os ensaios tiveram duração de 15 dias, com coletas diárias de amostras de efluente para análise de Demanda Química de Oxigênio (DQO) e Oxigênio Dissolvido (OD). Gerou-se uma equação matemática para cada dia de autodepuração. O modelo matemático final reúne 15 equações de autodepuração. A significância das equações foi avaliada utilizando-se a Análise de Variância a 10%. Realizou-se a validação do modelo proposto, com base em um ensaio de autodepuração conduzido nas condições de 26 °C e 0,38 m s-1 a partir de uma concentração inicial de DQO de 30 mg L-1. Realizou-se a análise de variância para o modelo matemático proposto, assim como análise de normalidade e homoscedasticidade para os resíduos, com um nível de significância de 5%. Há indícios de que a temperatura influenciou significativamente na cinética de decomposição aeróbia da matéria orgânica no primeiro e do sexto ao décimo quinto dia autodepuração. A velocidade de fluxo influenciou significativamente no oitavo e do décimo segundo ao décimo quinto dia de autodepuração e a interação entre os fatores, no oitavo e no décimo quinto dia de autodepuração, apresentando p-valores menores que o nível de significância adotado. Com um intervalo de confiança de 90%, as equações representativas do primeiro e do sétimo ao décimo quinto dia de autodepuração, são estatisticamente significativas, apresentando coeficientes de determinação (R2) superiores a 84%. O modelo proposto descreveu satisfatoriamente os dados experimentais obtidos no ensaio de validação, apresentado p-valor de 2,49E-17, menor que o nível de significância adotado, de 5%. Assim, considera-se o modelo proposto como sendo estatisticamente significativo, descrevendo a variação total das respostas, com uma proporção de 99,46%. O modelo matemático proposto descreve satisfatoriamente o processo natural de autodepuração em cursos hídricos, dentro dos limites de temperatura e velocidade de fluxo em que foi gerado

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leandro Fleck.pdf: 1897702 bytes, checksum: b3e258336499f4a0de7936279b0ee27c (MD5) Previous issue date: 2014-01-31 / The development of human activities generates high amounts of industrial effluent, which has a high impact on watercourses, mainly due to organic load constituents. Among the methods used to control water pollution, the method of mathematical modeling stands out, a simulation tool that allows the generation of future scenarios. This study proposes to generate a mathematical model of water quality that simulates the process of aerobic self-depuration of organic matter from watercourses. For this purpose, it was used a water bath coupled to a jar test, providing temperature control from 20 to 28 °C, and flow velocity from 0.29 to 0.87 m s-1, similarly to natural conditions. The trials were conducted using a synthetic effluent with an initial COD concentration of 50 mg L-1, based on a Central Composite Design (DCC), composed of seven trials. All trials lasted 15 days, with effluent samples collected daily for the analysis of Chemical Oxygen Demand (COD) and Dissolved Oxygen (OD). A mathematical equation was developed for each day of self-depuration. The final mathematical model gathers 15 equations of self-depuration. The significance of the equations was measured using the analysis of variance to 10%. To validate the proposed model, a self-depuration trial was carried out under the conditions of 26 °C and 0.38 m s-1 with an initial COD concentration of 30 mg L-1. The analysis of variance was performed for the proposed mathematical model as well as the analysis of normality and homoscedasticity for waste, with a significance level of 5%.There are indications that the temperature significantly had an influence in the kinetics of aerobic decomposition of organic matter in the first and from the sixth to the fifteenth day self-depuration. The flow velocity significantly influenced in the eighth and from the twelfth to the fifteenth day of self-depuration, and the interaction between the factors in the eighth and fifteenth day of self-depuration, with p-values lower than the significance level adopted. With a confidence interval of 90%, the equations representing the first and from the seventh to the fifteenth day of self-depuration are statistically significant, with coefficients of determination (R2) greater than 84%. The proposed model adequately described the experimental data obtained in the validation trial, presented p-value of 2.49 E-17, lower than the level of significance adopted, of 5%. Thus, the model proposed can be considered statistically significant, describing the total variation of responses, with a ratio of 99.46%. The proposed mathematical model described the process of self-depuration in watercourses within the temperature and flow velocity intervals in which it was generated / O desenvolvimento das atividades humanas teve como consequência direta a geração de elevada quantidade de efluentes industriais, altamente impactantes aos cursos hídricos receptores, devido principalmente à carga orgânica constituinte. Dentre os métodos utilizados para o controle da poluição hídrica, destaca-se a modelagem matemática, a qual, sendo uma ferramenta de simulação, possibilita a geração de cenários futuros. O presente estudo propõe a geração de um modelo matemático de qualidade da água que possibilite simular o processo de autodepuração aeróbia da matéria orgânica de um corpo hídrico. Para a realização do estudo utilizou-se um banho-maria acoplado a um jar test, possibilitando o controle da temperatura na faixa de 20 a 28 °C e velocidade de fluxo na faixa de 0,29 a 0,87 m s-1, valores típicos encontrados em condições naturais. Os ensaios foram conduzidos utilizando-se efluente sintético a partir de uma concentração inicial de DQO de 50 mg L-1, com base em um Delineamento Composto Central (DCC), composto por 7 ensaios. Todos os ensaios tiveram duração de 15 dias, com coletas diárias de amostras de efluente para análise de Demanda Química de Oxigênio (DQO) e Oxigênio Dissolvido (OD). Gerou-se uma equação matemática para cada dia de autodepuração. O modelo matemático final reúne 15 equações de autodepuração. A significância das equações foi avaliada utilizando-se a Análise de Variância a 10%. Realizou-se a validação do modelo proposto, com base em um ensaio de autodepuração conduzido nas condições de 26 °C e 0,38 m s-1 a partir de uma concentração inicial de DQO de 30 mg L-1. Realizou-se a análise de variância para o modelo matemático proposto, assim como análise de normalidade e homoscedasticidade para os resíduos, com um nível de significância de 5%. Há indícios de que a temperatura influenciou significativamente na cinética de decomposição aeróbia da matéria orgânica no primeiro e do sexto ao décimo quinto dia autodepuração. A velocidade de fluxo influenciou significativamente no oitavo e do décimo segundo ao décimo quinto dia de autodepuração e a interação entre os fatores, no oitavo e no décimo quinto dia de autodepuração, apresentando p-valores menores que o nível de significância adotado. Com um intervalo de confiança de 90%, as equações representativas do primeiro e do sétimo ao décimo quinto dia de autodepuração, são estatisticamente significativas, apresentando coeficientes de determinação (R2) superiores a 84%. O modelo proposto descreveu satisfatoriamente os dados experimentais obtidos no ensaio de validação, apresentado p-valor de 2,49E-17, menor que o nível de significância adotado, de 5%. Assim, considera-se o modelo proposto como sendo estatisticamente significativo, descrevendo a variação total das respostas, com uma proporção de 99,46%. O modelo matemático proposto descreve satisfatoriamente o processo natural de autodepuração em cursos hídricos, dentro dos limites de temperatura e velocidade de fluxo em que foi gerado