A escolha do sistema de tratamento de esgoto sanitário a ser instalado em uma cidade pode tornar-se uma difícil decisão, uma vez que diversas variáveis interferem em seu custo e em sua qualidade ambiental. Este trabalho pretende mostrar a possibilidade de se usar técnicas da análise de decisão para a escolha do sistema de tratamento de esgoto sanitário de forma ecológica e econômica, como árvore de decisão e análise de sensibilidade. Para a avaliação dos sistemas, foi desenvolvido um modelo com oito alternativas, compostas de processos biológicos anaeróbios – Reator Anaeróbio de Manta de Lodo e Lagoa Anaeróbia – seguidos de aeróbios – Lodos Ativados, Lagoa Facultativa, Filtro Biológico Percolador e Lagoa Aerada com Lagoa de Decantação. O modelo elabora o dimensionamento das unidades de tratamento e, a partir desses dados, a estimativa de custo de cada sistema. O custo total de cada alternativa foi composto por itens de implantação, operação e manutenção. O modelo foi avaliado para quatro casos de populações distintas, apresentando variação nas alternativas mais indicadas para cada um. A análise de sensibilidade se mostrou eficaz em identificar as alternativas mais significativas no custo total dos sistemas. Os resultados encontrados indicam, de maneira promissora, que o modelo poderá auxiliar a escolha de sistemas de tratamento, bem como seu pré-dimensionamento, com base em características peculiares à sua localidade. / The selection of the wastewater treatment system to be installed in a city can be a difficult decision, once several variables interfere in its cost and in its environmental quality. This study intends to show the possibility of using techniques of decision analysis to select the wastewater treatment system in an ecological and economical way, as decision tree and sensitivity analysis. For the evaluation of systems, a model was developed with eight alternatives, composed of anaerobic biological process - Upflow Anaerobic Sludge Blanket and Anaerobic Pond - followed by aerobic process – Activated-Sludge, Facultative Pond, Trickling Filter and Aerated Lagoon with Sedimentation Basin. The model elaborates the treatment units dimensioning and cost estimation of each system, based on dimensioning data. The total cost of each alternative was composed by construction, operation and maintenance items. The model was evaluated using four cases of different populations, presenting variation in the most suitable alternatives for each one. The sensitivity analysis was shown effective in identifying the most significant alternatives in the total cost of the systems. The results indicate, in a promising way , that the model will be able to help the choice of treatment systems, as well as its pre-dimensioning, based in local peculiar characteristics.

A presente pesquisa teve como objetivo primordial a verificação da viabilidade técnica de empregar sistema do tipo célula a biocombustível para tratamento de esgoto sanitário com geração de energia elétrica. A célula a biocombustível, em escala de bancada, adotada foi constituída por reator anaeróbio seguido de reator aeróbio, visando à remoção de matéria orgânica carbonácea e à nitrificação Cada reator apresentou área de 0,6275 m2 e volume útil de 24,0 L. A célula a biocombustível foi alimentada com esgoto sanitário com tempo de detenção hidráulica médio de 8 horas (nos dois módulos). Em cada reator instalou-se um eletrodo imerso, de modo que os dois eletrodos foram unidos por fio condutor externo. Foi verificada a potencialidade do sistema em gerar energia elétrica a partir das reações químicas e bioquímicas que se deram junto aos eletrodos e nos biofilmes aderidos aos mesmos. A operação da célula a biocombustível foi dividida em cinco Fases, denominadas de I, II, III, IV e V, sendo que o fator principal que distinguiu essas Fases consistiu no material eletródico. Manta de fibra de carbono e placa de grafite foram adotadas como ânodo da célula (reator anaeróbio). Chapa de aço inoxidável (AISI 316) e malhas de aço inoxidável (AISI 316) foram usadas como cátodo do sistema (reator aeróbio). Para monitoramento do sistema foram realizadas análises físico-químicas do afluente, do efluente do reator anaeróbio e do efluente do reator aeróbio e para o acompanhamento da produção de energia elétrica utilizou-se potenciômetro acoplado a software específico. Microssensores de OD, pH e potencial redox foram empregados como ferramentas auxiliares para o acompanhamento do crescimento e desenvolvimento dos biofilmes aderidos aos eletrodos da célula a biocombustível. Como resultados concernentes ao tratamento do esgoto sanitário foram obtidas eficiências médias de remoção de DQO de (74,4±17,1)% e de nitrificação de (65,8±21,0)%, no decorrer das cinco Fases. O valor da maior densidade de potência média verificada foi de 107,0 mW.m-2, ocorrida quando o ânodo da célula a biocombustível consistiu em placa de grafite e o cátodo em malha de aço inoxidável (AISI 316) do tipo 20, na Fase V. A dosagem de cloreto férrico e a colocação de meio suporte de material plástico no sistema para limpeza automática do cátodo, realizadas na Fase em que se observou a maior densidade de potência média foram consideradas como positivas no aprimoramento da obtenção de energia elétrica. Por meio da combinação dos resultados relacionados à geração de energia elétrica e da aplicação dos microssensores constatou-se que o desenvolvimento de biofilmes espessos sobre os eletrodos da célula a biocombustível consiste em fator negativo da sua eficiência energética. Concluiu-se que a célula a biocombustível é tecnicamente viável para o tratamento de esgoto com geração de energia elétrica, contudo diante do conhecimento que se tem sobre essa tecnologia, a sua adoção em escala real ainda é economicamente inviável. / This research aimed mainly to verify the technical feasibility of employing a system called biofuel cell for treating wastewater and generating electricity at the same time. The biofuel cell, in lab scale, adopted consisted of an anaerobic followed by an aerobic reactor, aiming the removal of carbonaceous organic matter and nitrification. Each reactor had an area of 0.6275 m2 and useful volume of 24.0 L. The biofuel cell was fed with sanitary wastewater with hydraulic retention time of eight hours (in both modules). In each reactor was installed an electrode immersed, and the two electrodes were connected by a wire conductor. The capability of the system to generate electricity from the chemical and biochemical reactions that occurred along the electrodes and in biofilms attached to them was verified. The biofuel cell operation was divided into five Phases, named I, II, III, IV and V, and the main factor that distinguished these Phases consisted of the electrode material. Carbon fiber felt and graphite plate were adopted as the anode of the cell (on anaerobic reactor). Stainless steel plates (AISI 316) and stainless steel meshes (AISI 316) were used as the cathode (on aerobic reactor). Monitoring system were carried out with physicochemical analyzes of the influent, anaerobic effluent and aerobic effluent and for monitoring the electricity production it was used a potentiometer coupled with a specific software. DO, pH and redox potential microsensors were employed as auxiliary tools for monitoring the growth and development of biofilms attached to the electrodes of the biofuel cell. The results concerning the treatment of wastewater were COD efficiencies removal of (74.4 ± 17.1)% and nitrification of (65.8 ± 21.0)%, throughout the five Phases. The amount of the higher power density observed was 107.0 mW.m-2 occurred when the anode of the biofuel cell consisted of graphite plate and cathode of stainless steel mesh (AISI 316) type 20, on Phase V . The dosage of ferric chloride and the placement of plastic midia on the aerobic module of the system for automatic cleaning of the cathode, conducted on Phase V, were considered positive for the improvement in obtaining electricity. By combining the results related to power generation and application of microsensors it was concluded that the development of thick biofilms on the electrodes of a biofuel cell is a negative factor in their energy efficiency. It was also concluded that the biofuel cell is technically feasible to treat sanitary wastewater and to generate electricity, but actually, based on the knowledge we have about this technology, its adoption in large scale is still not economically feasible.

The flotation made by dissolved air (DFA) is an effective technology on the removal of the phosphorus during the treatment of the sewage system. The city of Uberlândia, nowadays, treats the whole domestic sewage, through three stations equipped with anaerobic reactors followed by the units of flotation. The sewage systems normally present between 4 and 15 mg / L of phosphate (METCALF; EDDY,1991). The phosphorus that is found in the sewage system under the format of phosphate is the most important limiting factor of the productivity in the most of the continental waters, being responsible for the artificial eutrophication . It s necessary to promote the chemical coagulation and the flocculation of the scattered particles in the water so that the flotation of the sewage system becomes successful. The hydrophobicity, the presence of micro air bubbles, and the chemical products added to the tributary, are also essential factors in the flotation process. The operation of flotation unit involves many variables, and the most important are the outflow of the air, the velocity of the dredging machine, the concentration of coagulant and polymer. This way, the planning and analysis of the experiments are more trustworthy, when statistic techniques are used. The determination of a relationship between the variables of the process and the removal of phosphorus provides a better evaluation of the efficiency of the flotation unit. From this perspective, a central compound planning was made to determine the equation of the removal of the phosphorus because of the outflow of the air, the velocity of the dredging machine, the concentration of coagulant and polymer. According to the main experimental results the average of the efficiency was 85% on the flotation unit, which provided an improvement of the environmental quality of the hydric body that receives the treated effluents. The variables of the concentration of coagulant and the outflow of the air influence significantly on the removal of the phosphorus. The cationic polymer used through this work did not prove efficient on the treatment of the pos reactor effluent. The best operational conditions for ETEIpanema were determined on the intermediary level of the experimental range used ( the concentration of coagulant of 80 ppm, the polymer concentration of 2,5 ppm, the velocity of the dredging machine of 1,15 RPM and the outflow of the air of 20 L/s), since high values of phosphorus removal was reached together with a decrease of the use of inputs and a lesser wearing of the unit of flotation. / A flotação por ar dissolvido (FAD) é uma tecnologia eficaz na remoção do fósforo durante o tratamento de esgoto sanitário. A cidade de Uberlândia, atualmente, trata todo o esgoto doméstico, através de três estações equipadas com reatores anaeróbios seguidos de unidade de flotação. Os esgotos sanitários geralmente apresentam entre 4 e 15 mg/L de fósforo (METCALF; EDDY, 1991). O fósforo, que se encontra no esgoto sob a forma de fosfato, é o principal fator limitante da produtividade na maioria das águas continentais, sendo responsável pela eutrofização artificial. É necessário que se promova a coagulação química e a floculação das partículas dispersas na água para que a flotação de esgotos sanitários tenha sucesso. A hidrofobicidade, a presença de micro bolhas de ar, e os produtos químicos adicionados ao afluente, também são fatores indispensáveis no processo de flotação. A operação da unidade de flotação envolve diversas variáveis, sendo as principais vazão de ar, velocidade da roda de dragagem, concentração de coagulante e polímero. Assim, a análise e planejamento dos experimentos são mais confiáveis, quando se utiliza técnicas estatísticas. A determinação de uma relação entre as variáveis do processo e a remoção de fósforo proporciona uma melhor avaliação da eficiência da unidade de flotação. Dentro desta visão, realizou-se um planejamento composto central para determinar a equação de remoção de fósforo em função da vazão de ar, da velocidade da roda de dragagem, concentração de coagulante e polímero. De acordo com os principais resultados experimentais a eficiência média obtida foi de 85% na unidade de flotação, o que possibilitou uma melhoria na qualidade ambiental do corpo hídrico receptor destes efluentes tratados. As variáveis de concentração de coagulante e da vazão de ar influenciam significativamente na remoção de fósforo. O polímero catiônico utilizado durante o decorrer deste trabalho não se mostrou eficiente no tratamento do efluente pós-reator. As melhores condições operacionais para a ETE-Ipanema foram determinadas no nível intermediário da faixa experimental utilizada (concentração de coagulante de 80 ppm, concentração de polímero de 2,5 ppm, velocidade da roda de dragagem de 1,15 RPM e vazão de ar de 20 L/s), pois foram alcançados altos valores de remoção de fósforo aliados a uma diminuição do uso de insumos e menor desgaste da unidade de flotação. / Mestre em Engenharia Química

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2017-08-11T13:35:45Z No. of bitstreams: 1 PDF - Rodrigo de Andrade Barbosa.pdf: 16832850 bytes, checksum: 003b948634b5b9d73fdf0e982252cd69 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-11T13:35:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Rodrigo de Andrade Barbosa.pdf: 16832850 bytes, checksum: 003b948634b5b9d73fdf0e982252cd69 (MD5) Previous issue date: 2017-04-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In the treatment of sanitary sewage in UASB reactors anaerobic digestion occurs, among the several processes that comprise it, sulfide produces sulfide, which causes several problems, such as: odor emanation, corrosion, toxicity and decrease of methane concentration in the Biogas. This research aims to improve processes to produce elemental sulfur and reduce the concentration of sulfides in the effluent and biogas of UASB reactors with the addition of oxidants in the treatment of sanitary sewage. The experimental investigation was divided into three phases. In the first one, three reactors were used, two microaerobes and a UASB reactor with addition of nitrate to the tributary. In the second phase, a microaerobic reactor and a UASB reactor with nitrate addition were operated. In the third phase two reactors were operated, one microaerobic and one UASB reactor (control). When analyzing the results of the reactor monitoring, it was possible to identify that the first-stage microaerobic reactors with sulfide removal efficiencies higher than 90%. And an elemental sulfur production of approximately 28% in relation to the total affluent sulfur. In the second phase the reactors also removed more than 90% of the total dissolved sulfide, but with respect to the elemental sulfur, the production had less expressive results. The nitrate addition reactors showed 98% of the sulphide removal 2- -1 efficiencies, with a mean concentration of 0.2 ± 0.06 mg S-S . L . In the third phase the microaeration provided a sulfide removal of 84% in the effluent and 97% in the biogas, with an average of 8 ppm. Then there was a reduction in the emanation of odors and several other problems related to high concentrations of sulphide in the effluent and in the biogas of UASB reactors. / No tratamento de esgoto sanitário em reatores UASB ocorre a digestão anaeróbia, dentre os vários processos que a compõem, a sulfetogênese ocasiona a produção de sulfetos, que acarreta vários problemas, como: emanação de odores, corrosão, toxicidade e diminuição da concentração de metano no biogás. Esta pesquisa tem como objetivo aprimorar processos para produzir enxofre elementar e reduzir a concentração de sulfetos no efluente e no biogás de reatores UASB com adição de oxidantes, no tratamento de esgoto sanitário. A investigação experimental foi dividida em três fases. Na primeira foram utilizados 3 reatores, dois microaeróbios e um reator UASB com adição de nitrato ao afluente. Na segunda fase foram operados um reator microaeróbio e um reator UASB com adição de nitrato. Na terceira fase foram operados dois reatores, um microaeróbio e um reator UASB (controle). Ao se analisar os resultados do monitoramento dos reatores, foi possível identificar que os reatores microaeróbios operados na primeira fase com eficiências de remoção de sulfeto superiores a 90%. E uma produção de enxofre elementar de aproximadamente 28% em relação ao enxofre total afluente. Na segunda fase os reatores também removeram mais de 90% do sulfeto total dissolvido, porém referente ao enxofre elementar, a produção teve resultados menos expressivos. Os reatores com adição de nitrato foram observados 98% de eficiências na remoção de 2- -1 sulfetos, com concentração média de 0,2 ± 0,06 mg S-S . L . Na Terceira fase a microaeração proporcionou uma remoção de sulfetos de 84% no efluente e de 97% no biogás, com média de 8 ppm. Então houve uma redução na emanação de odores e diversos outros problemas relacionados a concentrações elevadas de sulfeto no efluente e no biogás de reatores UASB.

Submitted by Romulus Lima (romulus.lima@ufpe.br) on 2015-03-09T19:44:44Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Emanuela Martinho Graça Lima.pdf: 1748481 bytes, checksum: 20f3e80d6b67a0947e8291c98c888c54 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-09T19:44:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Emanuela Martinho Graça Lima.pdf: 1748481 bytes, checksum: 20f3e80d6b67a0947e8291c98c888c54 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-08-30 / CNPq / A aplicação de reatores UASB e híbridos (UASB seguido de filtro anaeróbio em dispositivo único) pode ser uma alternativa para pequenos sistemas de tratamento de esgoto descentralizados. Entretanto, nesses sistemas ocorrem variações hidráulicas que podem comprometer a qualidade do efluente tratado. O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho destes reatores, quanto à remoção de matéria orgânica e retenção de sólidos. Para isso foram utilizados dois reatores em fibra de vidro, ambos com 4,9 m3 de volume útil, diâmetro interno de 1,12 m e 5 m de altura útil, o reator R1 (UASB) e o R2 (UASB na parte inferior seguido de um filtro preenchido com conduites cortados na parte superior). Os reatores foram operados com os tempos de detenção hidráulica (TDH) de 12, 8, 6, e 4 horas, com cerca de 80 dias de operação para cada TDH. A avaliação dos reatores foi feita através de análises físico-químicas de duas coletas semanais do afluente e efluente e, a cada mudança de TDH, fez-se o perfíl de sólidos. A eficiência de remoção de DQObruta/bruta para ambos os dispositivos variou entre 60 % e 75 % e a DQObruta/filtrada de 70 % a 80 %, para todos os TDHs testados, não havendo diferença significativa entre os reatores. Nas condições testadas, observou-se que a redução do TDH não comprometeu a qualidade do efluente para os sólidos suspensos em ambos reatores, que em média ficou abaixo de 30 mg/l. A proximidade nos resultados obtidos possibilita a utilização de ambos reatores, mesmos para TDHs baixos. Todavia, na perspetiva econômica para implementação em comunidades de baixa renda, o reator UASB atende ao critério de remoção de matéria orgânica e de sólidos.

Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-07-31T20:41:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Poliana Maria Januário Silva.pdf: 2083587 bytes, checksum: 3de5791d497c5458f7424c297efd1fd4 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-31T21:14:09Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Poliana Maria Januário Silva.pdf: 2083587 bytes, checksum: 3de5791d497c5458f7424c297efd1fd4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-31T21:14:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Poliana Maria Januário Silva.pdf: 2083587 bytes, checksum: 3de5791d497c5458f7424c297efd1fd4 (MD5) Previous issue date: 2017-03-31 / FACEPE / Avaliação das diferentes condições operacionais na formação de grânulos aeróbios utilizando reatores em bateladas sequenciais na remoção de nitrogênio e fósforo de esgoto sanitário Os reatores com lodo granular aeróbio dispensam a presença de material suporte, e os grânulos podem atuar na remoção simultânea de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo, devido à formação de camadas ou zonas aeróbia, anóxica e anaeróbia. Os grânulos aeróbios se desenvolvem, especialmente, em reatores em bateladas sequenciais (RBS), com alta relação altura/diâmetro (H/D) e utilizando esgotos com elevada carga orgânica volumétrica. No presente trabalho, o objetivo foi estudar o desenvolvimento de grânulos aeróbios utilizando dois reatores RBS, em escala piloto, tratando esgoto sanitário e aplicando média e baixa carga orgânica volumétrica. Os reatores foram operados em ciclos de 3 h com diferentes trocas volumétricas (Tv), diferentes tempos de sedimentação e diferentes velocidades ascensionais de ar (Va). Na etapa operacional I (EOP I), os RBS denominados de reatores R1.I e R2.I foram operados com iguais tempos de sedimentação e Va (1,4 cm∙s⁻¹). A granulação somente ocorreu no reator R1.I com Tv de 59%. A baixa idade média do lodo ocasionada pela Tv de 71% impediu a formação de grânulos no reator R2.I. As eficiências médias de remoção de demanda química de oxigênio total (DQOt) foram de 88% para ambos os reatores. Porém, a eficiência média de remoção de N-NH4⁺, no reator R1.I, foi 25% maior do que no R2.I. As eficiências médias de remoção de fósforo e ortofosfato em ambos os reatores foram 46 e 27%, respectivamente. Na etapa operacional II (EOP II), os RBS foram denominados de R1.II, R2.II e R3.II (= R2.II reiniciado). Durante a EOP II, os grânulos se desenvolveram em todos os reatores. Na EOP II, as Va aplicadas foram de 0,88 cm∙s⁻¹ para os reatores R1.II e R3.II e 1,06 cm∙s⁻¹ para o reator R2.II. Com relação às eficiências médias de remoção de DQOt e DQO solúvel (DQOs), não foi observada diferença entre os três reatores, ao nível de confiança de 95%. A eficiência média de remoção de N-NH4⁺, no reator R3.II, foi 44% maior do que no R1.II, ocasionada pela troca volumétrica de 71% utilizada no reator R1.II, que ocasionou a lavagem da biomassa nitrificante deste reator. A maior eficiência média de remoção de fósforo de 42% foi verificada no reator R1.II onde os grânulos permaneceram por mais de 40 dias. Ainda em relação à EOP II, a formação dos grânulos, com até 4,0 mm de diâmetro, não foi condição suficiente para uma alta remoção de fósforo. O processo de granulação no reator R1.I, com Tv de 71%, demandou mais tempo, porém, os grânulos depois de formados permaneceram por mais tempo no reator. Em geral, é possível desenvolver grânulos maduros em RBS, aplicando baixa Va, no tratamento de esgoto sanitário de média e baixa carga orgânica. / The reactors with aerobic granular sludge do not require the presence of support material, and the granules can remove simultaneously the organic matter, nitrogen and phosphate, due to the presence of aerobic, anoxic and anaerobic zones. The development of aerobic granules occurs especially in sequential batch reactors (SBR), with high height/diameter (H/D) ratio and by applying sewage with high volumetric organic load. In the the present work, the as objective was to study the development of aerobic granules using two pilot-scale SBR treating sanitary sewage by applying medium and low volumetric organic loads. The operating cycle time was 3 hour with different volumetric exchanges, sedimentation times and superficial upflow air velocities (Va). In the operational stage I (OPS I), the SBR namely as reactors R1.I and R2.I were operated with the same sedimentation times and va (1.4 cm∙s⁻¹). The granulation only occurred in reactor R1.I with volumetric exchange of 59%. The low sludge age caused by volumetric exchange of 71% prevented the formation of granules in reactor R2.I. The average removal efficiencies of total chemical oxygen demand (CODt) were 88% for both reactors. However, the average removal efficiency of NH4⁺-N in reactor R1.I was 25% higher than in R2.I. The average removal efficiencies of phosphorus and orthophosphate in both reactors were 46 and 27%, respectively. In the operational step II (OPS II), the SBR were identified as reactors R1.II, R2.II and R3.II (= R2.II restarted). During OPS II, the granules were developed in all reactors. In the OPS II, the va applied were 0.88 cm∙s⁻¹ for the reactors R1.II and R3.II and 1.06 cm∙s⁻¹ for reactor R2.II. Regarding the average removal efficiencies of CODt and soluble COD (CODs), no difference was observed between the three reactors at the confidence level of 95%. The average removal efficiency of NH4⁺-N in reactor R3.II was 44% higher than in reactor R1.II, because of the 71% volumetric exchange used in the R1.II reactor resulted in the washing of the nitrifying biomass of the reactor. The highest average removal efficiency of phosphorus of 42% was verified in reactor R1.II where the granules remained for more than 40 days. Also with respect to OPS II, the formation of the granules, up to 4.0 mm in diameter, was not a sufficient condition for an high phosphorus removal. The granulation process in the reactor R1.I, with volumetric exchange of 71%, required more time, but the granules after formed remained longer in the reactor. In general, it is possible to develop mature granules in RBS applying low va in the treatment of sanitary sewage with medium and low load.

A presente pesquisa teve como objetivo primordial a verificação da viabilidade técnica de empregar sistema do tipo célula a biocombustível para tratamento de esgoto sanitário com geração de energia elétrica. A célula a biocombustível, em escala de bancada, adotada foi constituída por reator anaeróbio seguido de reator aeróbio, visando à remoção de matéria orgânica carbonácea e à nitrificação Cada reator apresentou área de 0,6275 m2 e volume útil de 24,0 L. A célula a biocombustível foi alimentada com esgoto sanitário com tempo de detenção hidráulica médio de 8 horas (nos dois módulos). Em cada reator instalou-se um eletrodo imerso, de modo que os dois eletrodos foram unidos por fio condutor externo. Foi verificada a potencialidade do sistema em gerar energia elétrica a partir das reações químicas e bioquímicas que se deram junto aos eletrodos e nos biofilmes aderidos aos mesmos. A operação da célula a biocombustível foi dividida em cinco Fases, denominadas de I, II, III, IV e V, sendo que o fator principal que distinguiu essas Fases consistiu no material eletródico. Manta de fibra de carbono e placa de grafite foram adotadas como ânodo da célula (reator anaeróbio). Chapa de aço inoxidável (AISI 316) e malhas de aço inoxidável (AISI 316) foram usadas como cátodo do sistema (reator aeróbio). Para monitoramento do sistema foram realizadas análises físico-químicas do afluente, do efluente do reator anaeróbio e do efluente do reator aeróbio e para o acompanhamento da produção de energia elétrica utilizou-se potenciômetro acoplado a software específico. Microssensores de OD, pH e potencial redox foram empregados como ferramentas auxiliares para o acompanhamento do crescimento e desenvolvimento dos biofilmes aderidos aos eletrodos da célula a biocombustível. Como resultados concernentes ao tratamento do esgoto sanitário foram obtidas eficiências médias de remoção de DQO de (74,4±17,1)% e de nitrificação de (65,8±21,0)%, no decorrer das cinco Fases. O valor da maior densidade de potência média verificada foi de 107,0 mW.m-2, ocorrida quando o ânodo da célula a biocombustível consistiu em placa de grafite e o cátodo em malha de aço inoxidável (AISI 316) do tipo 20, na Fase V. A dosagem de cloreto férrico e a colocação de meio suporte de material plástico no sistema para limpeza automática do cátodo, realizadas na Fase em que se observou a maior densidade de potência média foram consideradas como positivas no aprimoramento da obtenção de energia elétrica. Por meio da combinação dos resultados relacionados à geração de energia elétrica e da aplicação dos microssensores constatou-se que o desenvolvimento de biofilmes espessos sobre os eletrodos da célula a biocombustível consiste em fator negativo da sua eficiência energética. Concluiu-se que a célula a biocombustível é tecnicamente viável para o tratamento de esgoto com geração de energia elétrica, contudo diante do conhecimento que se tem sobre essa tecnologia, a sua adoção em escala real ainda é economicamente inviável. / This research aimed mainly to verify the technical feasibility of employing a system called biofuel cell for treating wastewater and generating electricity at the same time. The biofuel cell, in lab scale, adopted consisted of an anaerobic followed by an aerobic reactor, aiming the removal of carbonaceous organic matter and nitrification. Each reactor had an area of 0.6275 m2 and useful volume of 24.0 L. The biofuel cell was fed with sanitary wastewater with hydraulic retention time of eight hours (in both modules). In each reactor was installed an electrode immersed, and the two electrodes were connected by a wire conductor. The capability of the system to generate electricity from the chemical and biochemical reactions that occurred along the electrodes and in biofilms attached to them was verified. The biofuel cell operation was divided into five Phases, named I, II, III, IV and V, and the main factor that distinguished these Phases consisted of the electrode material. Carbon fiber felt and graphite plate were adopted as the anode of the cell (on anaerobic reactor). Stainless steel plates (AISI 316) and stainless steel meshes (AISI 316) were used as the cathode (on aerobic reactor). Monitoring system were carried out with physicochemical analyzes of the influent, anaerobic effluent and aerobic effluent and for monitoring the electricity production it was used a potentiometer coupled with a specific software. DO, pH and redox potential microsensors were employed as auxiliary tools for monitoring the growth and development of biofilms attached to the electrodes of the biofuel cell. The results concerning the treatment of wastewater were COD efficiencies removal of (74.4 ± 17.1)% and nitrification of (65.8 ± 21.0)%, throughout the five Phases. The amount of the higher power density observed was 107.0 mW.m-2 occurred when the anode of the biofuel cell consisted of graphite plate and cathode of stainless steel mesh (AISI 316) type 20, on Phase V . The dosage of ferric chloride and the placement of plastic midia on the aerobic module of the system for automatic cleaning of the cathode, conducted on Phase V, were considered positive for the improvement in obtaining electricity. By combining the results related to power generation and application of microsensors it was concluded that the development of thick biofilms on the electrodes of a biofuel cell is a negative factor in their energy efficiency. It was also concluded that the biofuel cell is technically feasible to treat sanitary wastewater and to generate electricity, but actually, based on the knowledge we have about this technology, its adoption in large scale is still not economically feasible.

A escolha do sistema de tratamento de esgoto sanitário a ser instalado em uma cidade pode tornar-se uma difícil decisão, uma vez que diversas variáveis interferem em seu custo e em sua qualidade ambiental. Este trabalho pretende mostrar a possibilidade de se usar técnicas da análise de decisão para a escolha do sistema de tratamento de esgoto sanitário de forma ecológica e econômica, como árvore de decisão e análise de sensibilidade. Para a avaliação dos sistemas, foi desenvolvido um modelo com oito alternativas, compostas de processos biológicos anaeróbios – Reator Anaeróbio de Manta de Lodo e Lagoa Anaeróbia – seguidos de aeróbios – Lodos Ativados, Lagoa Facultativa, Filtro Biológico Percolador e Lagoa Aerada com Lagoa de Decantação. O modelo elabora o dimensionamento das unidades de tratamento e, a partir desses dados, a estimativa de custo de cada sistema. O custo total de cada alternativa foi composto por itens de implantação, operação e manutenção. O modelo foi avaliado para quatro casos de populações distintas, apresentando variação nas alternativas mais indicadas para cada um. A análise de sensibilidade se mostrou eficaz em identificar as alternativas mais significativas no custo total dos sistemas. Os resultados encontrados indicam, de maneira promissora, que o modelo poderá auxiliar a escolha de sistemas de tratamento, bem como seu pré-dimensionamento, com base em características peculiares à sua localidade. / The selection of the wastewater treatment system to be installed in a city can be a difficult decision, once several variables interfere in its cost and in its environmental quality. This study intends to show the possibility of using techniques of decision analysis to select the wastewater treatment system in an ecological and economical way, as decision tree and sensitivity analysis. For the evaluation of systems, a model was developed with eight alternatives, composed of anaerobic biological process - Upflow Anaerobic Sludge Blanket and Anaerobic Pond - followed by aerobic process – Activated-Sludge, Facultative Pond, Trickling Filter and Aerated Lagoon with Sedimentation Basin. The model elaborates the treatment units dimensioning and cost estimation of each system, based on dimensioning data. The total cost of each alternative was composed by construction, operation and maintenance items. The model was evaluated using four cases of different populations, presenting variation in the most suitable alternatives for each one. The sensitivity analysis was shown effective in identifying the most significant alternatives in the total cost of the systems. The results indicate, in a promising way , that the model will be able to help the choice of treatment systems, as well as its pre-dimensioning, based in local peculiar characteristics.

O presente projeto avaliou uma célula combustível microbiana (CCM) composta de um reator combinado (anaeróbio e aeróbio), operada em fluxo contínuo com tempo de detenção hidráulico de 12 horas, alimentada com esgoto sintético (487 \'+ OU -\' 115 mg DQO/L) e esgoto sanitário (631 \'+ OU -\' 213 mg DQO/L). A estabilidade da CCM variou conforme as características do substrato aplicado. A eficiência de remoção de DQO ficou em 61 \'+ OU -\' 17; 67 \'+ OU -\' 26%, para esgoto sintético e sanitário respectivamente. Em média tensão obtida com o esgoto sintético foi de 76 mV com picos - 112,5 e 409 mV, enquanto que com o esgoto sanitário foi possível obter 52,1 mV na média e pico de geração em 325 mV. A potência variou de 10-150 mW/\'M POT.2\' com resistências entre 50-650 \'ômega\'. A geração de energia elétrica não apresentou relação linear com a DQO consumida em nenhum dos casos. A aplicação de barras de grafite como eletrodos se mostrou satisfatória na condução da corrente elétrica, o fator limitante foi a transferência de massa, principalmente a transferência de prótons do anodo para o catodo e a difusão de oxigênio para o anodo. Contudo os resultados obtidos demonstraram que é possível gerar eletricidade e, simultaneamente, tratar esgoto sanitário. / This project evaluated a microbial fuel cell (MFC) consisting of combined reactor (anaerobic and aerobic), operated in continuous flow with hydraulic detention time of 12 hours, fed with synthetic wastewater (487 \'+ OR -\' 115 mg COD/L) and wastewater (631 \'+ OR -\' 213 mg COD/L). The stability of the CCM varied according to the characteristics of the substrate applied. The efficiency of COD removal was at 61 \'+ OR -\' 17; 67 \'+ OR -\' 26 for synthetic wastewater and sawage respectively. On a average voltage obtained with synthetic wastewater was 76 mV with peaks - 112.5 and 409 mV, while the wastewater was obtained 52.1 mV on average peaks generation at 325 power was varied from 10-150 mW/\'M POT.2\' with resistances between 50-650 \'ômega\'. The power generation showed no liner relationship with the COD consumed in any case. The application of graphite rods as electrodes were satisfactory in the conduction of electrical of protons from the anode to the cathode and the diffusion of oxygen to the anode. However the results showed that it is possible to generate electricity while simultaneously treating sewage.

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%.