Com o aumento da produção de biodiesel para atender à legislação brasileira, está ocorrendo um aumento considerável na geração de glicerol, um resíduo líquido contendo cerca de 46 g\'CL POT.-\'/L e com elevada concentração de matéria orgânica (DQO média de 1.260 g/L). Apesar de ser bastante utilizado na indústria química, o teor de impurezas do glicerol oriundo de biodiesel limita o seu processamento industrial. Buscando agregar valor à este resíduo, utilizou-se um reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket), em escala de laboratório (14,85 L de volume útil), para produzir metano visando geração de energia, tendo o glicerol residual como única fonte de substrato. Este glicerol residual foi obtido a partir da transesterificação de uma mistura de óleos de algodão e soja (2:3, v/v) em uma usina de biodiesel pertencente à Petrobrás S.A. Durante a operação, a COV foi aumentada gradualmente de 2,0 a 10,0 kgDQO/\'M POT.3\'.d e a diluição de glicerol residual no afluente foi reduzida de 1:1.500 até 1:5. O reator UASB foi capaz de remover, em média, 97,5% de matéria orgânica, apresentando 59% de \'CH IND.4\' no biogás, e relação AGV/Alc\'H\'CO IND.3\'POT.-\' abaixo de 0,3, mesmo com 14 g\'CL POT.-\'/L no interior do sistema. No entanto, foi necessário adicionar nutrientes em concentrações adequadas para evitar que o sistema entrasse em colapso. Os ensaios de toxicidade mostraram que o glicerol residual não é tóxico ao lodo anaeróbio, mas apresenta uma limitação inicial da metanogênese. O teste de biodegradabilidade anaeróbia indicou que o glicerol residual foi 65,9% biodegradável e o potencial de produção de metano alcançou 0,220 \'M POT.3\'CH IND.4\'/kg Glicerol. / The Brazilian legislation demands the use of biodiesel mixed with diesel in an increasing rate. This raise on biodiesel production implies also on an increase on generation of glycerol, which is a liquid or semi-solid waste with high concentration of salts (approximately 46.1 g\'CL POT.-\'/L) and organic matter (1260 gCOD/L in average). Despite being widely used in chemical industry, the residual glycerol contains impurities that limit its industrial processing. In order to add value to this residue, an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) at laboratory scale (14.85 L of working volume), fed with glycerol generated on biodiesel industry, was used to produce biogas, which can be used for power generation via methane. This wasted glycerin was produced by the transesterification process of a mixture of the cottonseed oil and soybean oil (2:3, v:v) in a Petrobras S/A biodiesel plant. During operation, the organic loading rate (OLR) was gradually increased from 2.0 to 10.0 kgCOD/\'M POT.3\'.d., and the dilution of residual glycerol in the influent was reduced from 1:1500 to 1:5. The UASB reactor was able to remove 97.5% of the organic matter, producing biogas with 59% of \'CH IND.4\', and VFA/Alk\'H\'CO IND.3\'POT.-\' ratio below 0.3, even with a very high concentration of chloride in the bulk liquid (14 g\'CL POT.-\'/L). However, it was necessary to add nutrients in adequate concentrations to prevent the system from collapsing. The toxicity tests showed that the residual glycerol used in the research was not toxic to the anaerobic sludge. The anaerobic biodegradability test indicated that the residual glycerol was 65.9% biodegradable and the biochemical methane production potential was 0.220 \'M POT.3\'CH IND.4\'/kg Glycerol.

As águas residuárias provenientes da indústria do charque são conhecidas por apresentarem elevado teor de cloreto de sódio, aliado a grandes concentrações de matéria orgânica proveniente do sangue liberado ao longo do processo industrial. Esse tipo de água residuária apresenta potencial para degradação biológica, contudo, o cloreto de sódio, em concentração elevada, pode inibir a atividade dos microrganismos e, em alguns casos, levar sistemas biológicos à falência. No presente trabalho, foi avaliada a viabilidade de degradação anaeróbia de efluente sintético de Charqueada contendo elevado teor de cloreto de sódio, em reator anaeróbio tipo UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), em escala de laboratório. Foram utilizados 4 reatores, alimentados com água residuária sintética com características similares à água residuária de Charqueada. O reator 1 foi utilizado como controle, o reator 2 recebeu NaCl e os demais (3 e 4) foram operados na presença de NaCl acrescidos de: betaína e potássio com cálcio, respectivamente. Os compostos citados são conhecidos como antagonizantes, por possuirem capacidade de minimizar o efeito inibitório do sódio sobre o processo de digestão anaeróbia. Os reatores foram inoculados com lodo de reator UASB e submetidos à concentração de 5000 mg/L de matéria orgânica, como DQO. A carga orgânica aplicada foi de 5 Kg/m3.d e os reatores não suportaram tal carga. Reiniciou-se a operação com aumento progressivo da DQO de 500 a 2000 mg/L resultando em cargas orgânicas de 0,5 a 2,0 Kg/m3.d, respectivamente. Após estabilização dos reatores, iniciou-se a fase de introdução de cloreto de sódio (1.500 a 13.500 mg/L) e antagonizantes com aumento progressivo a cada fase. Na presença ou ausência de antagonizantes, os reatores 2, 3 e 4 não tiveram o desempenho alterado até a concentração de NaCl de 6000 mg/L. Na presença de 9000 mg/L de NaCl, a betaína se mostrou pouco efetiva como soluto compatível no reator 3 e os antagonizantes do reator 4, potássio e cálcio, apresentaram efeitos estimulatórios. As morfologias encontradas ao longo do experimento foram cocos, víbrios, bacilos, sarcinas, além de morfologias semelhantes a Methanosarcina sp. e Methanosaeta sp. O aumento da concentração de cloreto de sódio provocou a redição da população de Arqueas. / Wastewaters from the charque industry (salted and dried meat) are known for their high levels of sodium chloride, allied to high organic concentrations originary from blood which is disposed along the industrial process. That kind of wastewater presents good potential for biological degradation (relationship DBO/DQO aproximately 0,5). However, the high concentration of sodium chloride can inhibit microorganisms activity and in some cases, take the biological systems to failure. The present work studied the viability of anaerobic degradation of synthetic charqueada wastewater, containing high salinity, in reactor UASB, at laboratory scale. Four reactors were used. Reactor 1 was used as control, reactor 2 received just NaCl and the two others (3 and 4) were operated in the presence of NaCl in increased with betaine and potassium with calcium, respectively. The mentioned compounds are known to be antagonists, for they possess capacity to minimize the inhibitory effect of sodium in the anaerobic digestion process. The reactors were inoculated with UASB sludge and the operation began with concentration from 5000 mg/L of organic matter, expressed as DQO. The organic load applied from 5,0 Kg/m3.d and the reactors did not support such load. The operation was restarted with progressive increase of 500 to 2000 mg/L of DQO, resulting in organic load from 0,5 to 2,0 Kg/m3.d, respectively. After reactors stabilization, the phase of introduction of NaCl (1500 to 13500 mg/L) and antagonists was started, with the progressive increase of sodium chloride and antagonists. In presence or absence of antagonists, reactors 2, 3 and 4 did not present performance alterations until the concentration of NaCl of 6000 mg/L was reached. When NaCl concentrations were from 9000 to 13500 mg/L, betaine was shown to have small effects in the reactor 3 and the antagonists of reactor 4, potassium and calcium, presented stimulant effects. The morphologies found along the experiment were: coconuts, víbrios, bacilli, sarcinas, besides morphologies similar to the Methanosarcina sp. and Methanosaeta sp. When concentrations of sodium chloride were increased the population of Arqueas were reduced.

Neste trabalho foi realizada a caracterização microbiana, por meio de técnicas de biologia molecular, do lodo granulado de reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB - Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor) operado sob condições mesofílicas (30 \'+ OU -\' 2ºC) e sulfetogênicas, com (TDH) de 12 h, na presença de 3,0 \'+ OU -\' 0,7 mg/L de oxigênio dissolvido. Essa caracterização foi realizada no lodo granulado proveniente da manta inferior (P1) e superior (P2) do UASB. O reator UASB de 10,5 L foi alimentado com meio basal Zinder acrescido de solução de vitaminas, metais traços e bicarbonato de sódio (10%). O meio foi preparado diariamente com água de abastecimento público, pH 7-8. Etanol e sulfato de sódio foram utilizados como fonte orgânica e de enxofre, respectivamente. Nestas condições, foram estudadas três diferentes relações de demanda química de oxigênio (DQO)/sulfato (3,0, 1,6 e 2,0). A análise de hibridação in situ fluorescente (FISH) demonstrou que houve predomínio de arquéias metanogênicas, detectadas com a sonda ARC915, em todas as condições operacionais, com médias iguais a 75,9, 77,1 e 85,4% em P1 e 78,6, 73,4 e 83,1% em P2, respectivamente. Methanosaeta sp. foi a arquéia metanogênica acetoclástica predominante confirmada também por seqüenciamento da banda recortada do gel de DGGE (eletroforese em gel de cadeia desnaturante), com similaridade de 96%. As bactérias (sonda EUB338) variaram de 9,6 a 36,2% e de 15,5 a 37,4% em P1 e P2, respectivamente. As bactérias redutoras de sulfato (BRS), detectadas com a sonda SRB385, variaram de 7,9 a 10,8% e de 8,7 a 19,8% em P1 e P2, respectivamente. Outros microrganismos identificados foram Shewanella sp. e Desulfitobacterium hafniense Y51, e a bactéria redutora de sulfato Desulfovibrio vulgaris subsp. vulgaris DP4. A distribuição do tamanho dos grânulos não sofreu mudança significativa no decorrer dos ensaios. Grânulos de 2 a 3 mm, que geralmente representam biomassa ativa no reator, contou com média de 76% do total quantificado; enquanto, grânulos de 1 a 2 mm, os quais sugerem que novos grânulos estavam sendo formados representaram 17% no reator UASB. As concentrações médias de metano e sulfeto no biogás foram iguais a 33 e 1,5 \'mü\'mol/ mL, respectivamente. Os resultados obtidos neste trabalho demonstraram que a presença de oxigênio, na concentração aplicada, não afetou severamente o metabolismo dos microrganismos comumente considerados estritamente anaeróbios. Esse fato foi evidenciado também pelo valor do potencial redox obtido que se manteve aproximadamente constante em -208 mV, mesmo na presença de oxigênio. As eficiências de remoção de matéria orgânica (DQO) e redução de sulfato também alcançaram resultados favoráveis, com médias superiores a 74%. / A microbial characterization of granular sludge from an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB) was carried out by molecular biology techniques. The reactor with 1,5 L of volume was operated with HRT of 12 h under mesophilic (30 \'+ OR -\' 2ºC) and sulfidogenic conditions, in the presence of 3.0 \'+ OR -\' 0.7 mg \'O IND.2\'/L. The granular sludge samples were withdrawn from the bottom (P1) and upper (P2) parts of the reactor. The synthetic substrate used in the reactor feeding was composed by Zinder basal medium in addition with a solution of vitamins, trace metal and sodium bicarbonate (10%). The Zinder basal medium was prepared daily with tap water with pH value varying from 7 to 8. Concentrations of ethanol and sodium sulfate were applied as organic and sulfur sources, respectively. Three different COD/sulfate ratios (3,0, 1,6 and 2,0) were evaluated in these conditions. The fluorescent in situ hibridization (FISH) analysis demonstrated the predominance of methanogenic archaea, detected by ARC915 specific probe, in all the operational conditions, with mean values of 75.9%, 77.1% and 85.4% in P1 and 78.6%, 73.4% and 83.1% in P2. The sequencing of the excised band of DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis) showed similarity of 96% with the acetoclastic archaea Methanosaeta sp. The bacterial community (EUB338 probe) varied from 9.6% to 36.2% in P1 and from 15.5% to 37.4% in P2. Sulfate-reducing bacteria (SRB), detected by SRB385 probe, varied from 7.9% to 10.8% and from 8.7% to 19.8% in P1 and P2, respectively. Other identified microorganisms were Shewanella sp. and Desulfitobacterium hafniense Y51 bacteria, and the sulfate-reducing Desulfovibrio vulgaris subsp. vulgaris DP4. Granule-size distribution did not significantly change during the assays. Granules of size varying from 2 mm to 3 mm, that generally represent the active biomass inside the reactor, accounted for 76% of the total quantified percentage; while, granules of size varying from 1 mm to 2 mm, that suggest the formation of new granules in the reactor, presented mean percentage of 17% of the total. The mean produced concentrations of methane and sulfide in the reactor were equal to 33 \'mü\'mol/mL and 1.5 \'mü\'mol/mL of biogas, respectively. The obtained results indicated that the applied oxygen concentration did not severely affect the metabolism of the strictly anaerobic microorganisms. This fact was evidenced by the obtained result of the oxidation-reduction potential that remained equal to -208 mV, even in the presence of oxygen. The mean removal efficiencies of organic matter (COD) and sulfate also achieved favourable results with values higher than 74%.

Este trabalho apresenta e discute os resultados obtidos na operação de um reator anaeróbico com manta de lodo (UASB) de 10,5 L, alimentado continuamente com substrato sintético (DQO = 2000 mg/L) e submetido ao aumento progressivo da concentração de sulfato (de 25 a 10000 mg \'SO IND.4\'POT.2-\'/L). A vazão de 16 L/dia, corresponde ao tempo de detenção hidráulico (e) de 15,6 h foi mantida constante durante os 10 meses do experimento. O monitoramento da operação do reator incluiu a determinação dos principais parâmetros do processo, visando detectar a inibição da metanogênese pelas bactérias redutoras de sulfato (BRS) que competem, com as metanogênicas, pelos mesmos substratos. Constatou-se estimulação do processo até a concentração de 400 mg \'SO IND.4\'POT.2-\'/L, a partir da qual ocorreram sequencias de quedas de eficiência seguidas de recuperação do reator, mantendo sempre a eficiência média de remoção de DQO acima de 80%. Embora a atividade metanogênica tenha sido parcialmente afetada, os balanços de \'SO IND.4\'POT.2-\' mostraram que a redução do sulfato não foi o principal responsável pela inibição ocorrida. / This thesis presents and discuss the results obtained during the operation of a 10.5 L upflow sludge blanket reactor, continuously fed with synthetic substrate (COD = 2,000 mg/L), which was subjected to step-increase of sulfate concentrations ranging from 25 to 10,000 mg \'SO IND.4\'POT.2-\'/L. The flow-rate of 16 L/d corresponding to a hydraulic detention of 15.6 h, was kept constant throughout the 10 months of experimentation. Operation monitoring included the determination of the main process parameters, aiming to detected the inhibition of lhe methanogenesis by the sulfate reducing bacteria (SRB) which autocompete the methanogens in the presence of common substrates. Stimulation effects were obseved up to the sulfate concentration of the 400 mg.\'SO IND.4\'POT.2-\'/L. Further on, sequences of falls of efficiency followed by restoration of the reactor performance defined the behavior pattern of the reactor, which maintained an average COD removal efficiency higher than 80%. Although the methanogenic activity has been parcially affected, \'SO IND.4\'POT2-\' balances showed that the sulfate reduction activity was not the main process responsible for such inhibition.

A digestão anaeróbia termofílica é uma opção vantajosa para efluentes descartados a altas temperaturas, além de estimular rotas mais eficientes de produção de H2. No entanto, os resultados da literatura divergem bastante, os rendimentos de H2 são inferiores ao valor teórico possível e poucos estudos avaliaram diferentes configurações para indicar a mais eficiente. Assim, este estudo avaliou a produção de H2 a partir da sacarose em três tipos de reator: reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB), reator tubular de fluxo ascendente com leito empacotado (TCS) e sem material suporte (TSS), operados a 55°C. Os tempos de detenção hidráulica (TDH) aplicados ao reator UASB foram 12, 6 e 2 h e aos reatores TCS e TSS foram 2 e 0,5 h. Pré-tratamento térmico (100°C por 15 min) foi aplicado ao inóculo metanogênico do UASB e TCS e TSS foram auto inoculados. O efeito de nutrientes e a concentração nutricional ótima para a produção de H2 foram investigados através de ensaios em batelada. Com TDH de 2 h, o material suporte afetou a transferência de massa, resultando em menor teor de H2 no biogás quando presente, porém, maior conversão de sacarose e produção de H2. O pré-tratamento térmico não inibiu a metanogênese, sendo as condições operacionais mais importantes para a seleção dos microrganismos. TCS e TSS com TDH de 0,5 h apresentaram produção de H2 similar e o material suporte afetou apenas as rotas metabólicas. Entre todas as operações, TCS e UASB com TDH de 2 h alcançaram os maiores valores de rendimento de H2 (YH2), respectivamente, 1,99 ± 0,36 e 2,56 ± 0,84 molH2.mol-sac-1, através da via metabólica do etanol. TCS2 também demonstrou estabilidade e, apesar de o U2 ter gerado maiores porcentagens de H2 no biogás, pode ser apontado como o mais eficiente para a produção de H2. A relação C:N:P, Fe+2 e Ni+2 tiveram efeito significativo sobre a produção de H2, e YH2 ótimo foi estimado para concentrações de 4,53 mgFe+2.L-1 e 0,045 mgNi+2.L-1. / The thermophilic anaerobic digestion is a suitable option for wastewater discharged at high temperatures; in addition, it is suitable for more efficient pathways for H2 production. However, the results found in literature have divergences; the H2 yields are lower than the theoretical possible value and only few studies evaluated different types of reactors and defined the more advantageous one. Therefore, this study evaluated H2 production from sucrose in three types of reactor: upflow anaerobic sludge blanket (UASB), upflow tubular reactor with packed-bed (TCS) and without support materials (TSS), operated at 55°C. The hydraulic retention time (HRT) applied to UASB reactor was 12, 6 and 2h and to TCS and TSS was 2 and 0.5h.Thermal pretreatment (at 100°C, for 15 min) was applied to the methanogenic inoculum of UASB and TCS and TSS was inoculated through natural fermentation process. The effect of nutrients and the optimal concentration of t nutrients for H2 production were evaluated through batch assays. At HRT of 2h, the support material affected the mass transferring, leading to lower content of H2 in the biogas when it is used; however, in this condition it was found higher sucrose conversion and H2 production. The operational conditions showed to be more efficient for methanogenesis than pretreatment. TCS and TSS at HRT of 0.5h presented similar H2 production and the support material affected only the metabolic pathways. Among all the conditions assessed, TCS and UASB at HRT of 2h reached the highest values of H2 yield highest YH2, respectively, 1.99 ± 0.36 and 2.56 ± 0.84 molH2.mol-sac-1, through ethanol pathway. TCS2 demonstrated stability production also and, despite the U2 have achieved higher percentage of H2 in biogas, it can be pointed out as more efficient for H2 production. The ratio C:N:P, Fe+2 and Ni+2 showed significant effect on H2 production, and the optimal YH2 was estimated for 4.53 mgFe+2.L-1 e 0.045 mgNi+2.L-1.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:32:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_tatiane_lotufo_leite.pdf: 2051891 bytes, checksum: e4c441e2609b224ad75ff5b6b7b0d609 (MD5) Previous issue date: 2010-11-22 / The growing demand for energy and attempt to replace the energy matrix based on fossil fuels causes exist multiple searches in the search for alternative fuels. Hydrogen gas, which has potential energy 2.5 times larger than any hydrocarbon, and when burned releases only water, being their combustion free greenhouse gas potentializing. Several processes have been used for the production of biohydrogen. Of these processes is based on anaerobic degradation of waste, especially rich in carbohydrates. The parboiling is a process hydrothermal treatment of rice in the husk, which aims to improve the nutritional quality of the product. The rice parboiling generates approximately 4 L of effluent per kilogram of rice. This effluent presents a high content of organic substances and nutrients such as nitrogen and phosphorus, showing significant concentrations of carbohydrates also. The potential of hydrogen production from the effluent of parboiling rice was tested on reactors with anaerobic sludge of UASB heat-treated with sludge acidogenic hydrogen producer. Also studied the need for addition of nutrients to effluent parboiled for hydrogen production. The pH of the experiment was kept 5.5 to avoid growth of arquea metanogenic, that consume hydrogen. The temperature of the reactor was maintained at 20 ± 5 ºC. The experiment was mounted in batch of 48 hours, using sucrose as substrate control. The effluent from parboiled rice presents an average concentration of COD gross 4988.6 mg L-1 and carbohydrate 1030.0 mg L-1. Of the UASB anaerobic sludge heat-treated produced hydrogen with maximum rate of 62, 3 mL. g-1 COD removed, while the slime acidogenic produced 217.5 mL g-1 COD removed. The acidogenic reactor fed with effluent from parboiling presented removing 32.9% COD and 77.8% carbohydrates. Maximum production of hydrogen from the effluent was 9, 61 mL. Hydrogen gas production per gram of SSV in acidogenic reactor fed with sucrose was superior to reactor fed with effluent from parboiling. Reactors with three different gradients of addition of nutrients have been tested, showing that the hydrogen production was not significantly increased with increasing concentration of nutrient solution, indicating that the effluent from parboiling has potential for hydrogen production by anaerobic processes without the need for addition of nutrients tested. / A crescente demanda por energia e a tentativa de substituir a matriz energética baseada nos combustíveis fósseis faz com que existam várias pesquisas na busca de combustíveis alternativos. O gás hidrogênio, que possui potencial energético 2,5 vezes maior que qualquer hidrocarboneto, e que quando queimado libera somente água, sendo sua combustão livre de gases potencializadores do efeito estufa. Vários processos têm sido utilizados para a produção de biohidrogênio. Um desses processos é baseado na degradação anaeróbia de resíduos, principalmente os ricos em carboidratos. A parboilização é um processo hidrotérmico do arroz com casca, que tem por objetivo melhorar a qualidade nutritiva do produto. A parboilização do arroz gera cerca de 4L de efluente por quilo de arroz produzido. Esse efluente apresenta taxas elevadas de substâncias orgânicas e nutrientes como nitrogênio e fósforo, apresentando também concentrações consideráveis de carboidratos. O potencial de produção de hidrogênio do efluente da parboilização do arroz foi testado em reatores com lodo anaeróbio de UASB tratado termicamente e com lodo acidogênico produtor de hidrogênio. Também se estudou a necessidade de adição de nutrientes ao efluente de parboilizado para produção de hidrogênio. O pH do experimento foi mantido a 5,5 para evitar o crescimento de árqueas metanogênicas, consumidoras de hidrogênio. A temperatura do reator foi mantida a 20± 5°C. O experimento foi montado em batelada de 48 horas, utilizando sacarose como substrato controle. O efluente da parboilização do arroz apresenta uma concentração média de DQO bruta de 4988,6 mg.L-1 e de carboidratos de 1030,0 mg L-1. O lodo anaeróbio de UASB tratado termicamente produziu hidrogênio com taxa máxima de 62,3mL.g-1 DQO removida, enquanto o lodo acidogênico produziu 217,5 mL.g-1 DQO removida. O reator acidogênico alimentado com efluente da parboilização apresentou remoção de 32,9% de DQO e de 77,8% de carboidratos. A produção máxima de hidrogênio do efluente foi de 9,61mL. A produção de gás hidrogênio por grama de SSV no reator acidogênico alimentado com sacarose foi superior ao reator alimentado com efluente da parboilização. Os reatores com três diferentes gradientes de adição de nutrientes foram testados, mostrando que a produção de hidrogênio não foi aumentada significativamente com o aumento da concentração da solução de nutrientes, indicando que o efluente da parboilização tem potencial de produção de hidrogênio por processos anaeróbicos, sem a necessidade de adição dos nutrientes testados.

Programa de Apoio aos Planos de Reestruturação e Expansão das Universidades Federais / Brazil is a tropical country with a huge amount of natural energy resources. In view of the growth that the country is experiencing, such resources exploitation becomes increasingly attractive. Among many resources alternatives, the biomass is one of the most notable mainly due to its applicability in farms and agro-industries around the country. The use of biomass to ethanol production, even on a small scale, results in a considerable production of stillage waste production that presents high organic matter content and that is seen as a highly polluting effluent. The anaerobic digestion of stillage in Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactors is an efficient alternative to stillage treatment as well as to biogas production. This work presents the study of empirical modeling, using tools such as artificial neural networks (ANN) and parametric identification, of an UASB reactor operation which treats the distillation stillage of ethanol produced from two different biomasses: raw starch (potato) and saccharide (sugar cane). The inputs used in the models were chosen by statistical methods according to a series of parameters that are monitored during the experimental reactor operation, where it is evident the importance of the initial Chemical Oxygen Demand, temperatures and the period of operation of the reactor with the same charge. The results were promising for the use of such tools in performance estimation of highly complex biological systems such as the anaerobic digestion, chosen as case study in this work, being achieved in the best cases a correlation of 0,98841 for potato stillage, and a correlation of 0,99738 for the stillage of sugar cane using neural networks. / O Brasil é um país tropical com uma quantidade enorme de recursos naturais energéticos. Tendo em vista o crescimento que o país está vivenciando, a exploração destes recursos energéticos se torna a cada dia mais atrativa. Entre as diversas alternativas, a biomassa está entre as mais notáveis principalmente pela sua aplicabilidade em propriedades rurais e agroindústrias de todo território nacional. A utilização de biomassa, para produção de etanol, mesmo em pequena escala, resulta em uma considerável produção de vinhaça resíduo de produção que apresenta elevado teor de matéria orgânica e é visto como um efluente altamente poluente. A biodigestão anaeróbia da vinhaça em reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB) é uma alternativa eficiente tanto para o tratamento da vinhaça quanto para a produção de biogás. Este trabalho apresenta o estudo da modelagem empírica, usando ferramentas tais como redes neuronais artificiais (RNAs) e identificação paramétrica, do funcionamento de um reator UASB tratando a vinhaça obtida com a destilação do etanol produzido a partir de duas biomassas diferentes: matéria-prima amilácea (batata) e sacarídea (cana-de-açúcar). As entradas usadas nos modelos foram selecionadas através de métodos estatísticos a partir de uma série de parâmetros monitorados durante a operação experimental do reator, onde fica evidente a importância da Demanda Química de Oxigênio inicial, das temperaturas e do período de operação do reator com a mesma carga. Os resultados mostraram-se promissores para o uso destas ferramentas para a predição da performance de sistemas biológicos de alta complexidade tais como a digestão anaeróbia, nos melhores casos sendo alcançado uma correlação de 0,98841 para a vinhaça de batata, e uma correlação de 0,99738 para a vinhaça de cana-de-açúcar usando redes neuronais.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Surface Waters are generally used as support for disposal of waste generated by man. The effluents from dairy industries are characterized by high volume presents, but mainly because of its high concentration of organic load. The evolution of agro-industrial systems wastewater treatment offers the application of eficiente technologies of the environmental impact is kept to a maximum. The UASB (upflow anaerobib sludge blanket) reactor is considered one of the most representative anaerobic systems, due to its high biomass concentration and a rich microbial diversity. This study aimed to initiate and control their operation in the anaerobic digestion process to the treat wastewater from a dairy plant evaluating the removal of control parameters (temperature, pH, COD, BOD5, TKN, TS and VST) beside the design parameters (HRT, HLR and VOL). The reactor was operated with the HRT of 0,085 d-1, and VOLs ranging from 12,58 to 29,2 kg.m-3.d-1, which influenced the high HLR value. To start, the inoculum used was from a septic tank. The temperature oscillations due to the presented experimental period. As for the control parameters, the system showed a significant difference in the removal of organic matter. The removal of BOD5 by the system obtained a removal efficiency of 42,7%. For COD, removal was 58,6%. The removal efficiency was related by large sludge production, indicating the time of withdrawal of excess. The concentration of excess sludge was analyzed, which showed significant 17.538 mg.L-1, being the explicit need for disposal of the sludge during operation. / As águas superficiais geralmente são utilizadas como suporte para eliminação de resíduos produzidos pelo homem. Os efluentes das indústrias de laticínios são caracterizados por apresentarem elevados volumes, mas principalmente por sua elevada concentração de carga orgânica. A evolução dos sistemas de tratamento de efluentes agroindustriais disponibiliza a aplicação de tecnologias eficientes para que o impacto ambiental seja reduzido ao máximo. O reator UASB (upflow anaerobic sludge blanket) é considerado um dos mais representativos sistemas anaeróbios, devido a sua alta concentração de biomassa e uma rica diversidade microbiana. Este trabalho objetivou dar início ao processo bem como controlar sua operação no processo de digestão anaeróbia para o tratamento de efluentes de uma usina de laticínios avaliando a remoção dos parâmetros de controle (temperatura, pH, DQO, DBO5, NTK, ST e SVT), além dos parâmetros de projeto (TDH, TCH e COV). O reator foi operado com um TDH de 0,085 d-1, e COV variando de 12, 58 a 29,2 kg.m-3.d-1, os quais influenciaram no alto valor da TCH. Para a partida, o inóculo utilizado foi proveniente de uma fossa séptica. A temperatura apresentou oscilações devido ao tempo experimental. Quanto aos parâmetros de controle, o sistema apresentou diferença significativa na remoção da matéria orgânica. A remoção de DBO5 pelo sistema obteve-se uma eficiência de remoção de 42,7%. Para a DQO, a remoção foi de 58,6%. A eficiência de remoção foi relacionada pela grande produção de lodo, indicando o momento da retirada do excesso. A concentração do excesso de lodo foi analisada, onde apresentou expressivos 17.538 mg.L-1, ficando explícita a necessidade de descarte do lodo durante a sua operação.

A laboratory-scale upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor followed by a packed bed reactor (PBR) filled with Sorbulite® in the lower part and Polonite® in the upper part was used to treat household wastewater in a 50-week experiment. A model was developed to describe the performance of the UASB reactor, including mass transfer through the film around anaerobic granules, intra-particle diffusion and bioconversion of the substrate. In a second model, a numerical expression describing the kinetics occurring in the granules was developed. It includes the resistances through which the substrate passes before biotransformation. These expressions were then linked to governing equations for the UASB reactor in order to describe degradation of the substrate, biomass growth (active and inactive), and variation in granule size over time. A third model was developed to describe the profile of the phosphorus (P) concentration throughout the PBR. In a first attempt, the analytical and numerical model was applied to data taken from previous studies in which UASB reactors were used to treat sugarcane mill wastewater and slaughterhouse wastewater. The results showed good agreement between observed and simulated results. Sensitivity analysis showed that diffusion coefficient and yield were important parameters in the UASB reactor model.The laboratory bench-scale experiment revealed that the combined UASB-PBR system efficiently treated the residential wastewater. Phosphorus, BOD7 and pathogenic bacteria all showed average removal of 99%, while total nitrogen showed a moderate reduction in the system (40%). Application of the numerical solution model to the experimental UASB reactor used resulted in good agreement between simulated and experimental values. Regarding the PBR, the model developed successfully predicted P removal. For both models, the capability and sensitivity analyses identified important parameters. A treatment system aiming to close the loop is suggested based on sequential UASB and PBR with biogas collection, nutrient recycling via sludge and filter media and elimination of pathogenic organisms. / <p>QC 20160226</p>

<p>The continuous process of urbanization results in demands on research and development for ecological and sustainable city development. Because of this, the current systems for wastewater treatment may have to be improved. In order to evaluate new technologies for municipal wastewater treatment, a development project has been initiated for the new district Hammarby Sjöstad in Stockholm. The project is lead by the company Stockholm Water. High environmental standards have been put up for the district, as it must be twice as good as an ordinary new district. To achieve this goal, a new water treatment plant is planned to be build.</p><p>In the testing facility Sjöstadsverket, several new water treatment processes for municipal wastewater are being evaluated. This thesis is concerned with the evaluation of one of these processes. The process in question is anaerobic and consists of the following steps: pre-treatment, UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), aerobic polishing for nitrogen reduction, a drum filter and reverse osmosis. The evaluation is performed by analysis of water sample taken from the whole process.</p><p>It is difficult to make any conclusions about the process as a whole, since not all of the individual parts have been in use at the same time. The production of gas in the UASB system has been quite low. The cause of this is probably that gas is dissolved in the effluent water. The aerobic polishing is sensitive and it will need adjustments of the pH-value in order to treat the water as planned. The use of chemical precipitation of phosphorus over the drum filter does not reduce the amount of phosphorus below the desired level. Furthermore, the demands on the treated water cannot be reached with the use of reverse osmosis, at least not in its current implementation.</p> / <p>Den allt större inflyttningen till städer och tätorter har gjort att behoven av forskning och utveckling kring ekologiskt hållbar stadsutveckling har ökat. Detta innebär i sin tur att det befintliga systemet för avloppsvattenrening kan behöva förändras. För att utvärdera ny och delvis obeprövad teknik inom behandling av avloppsvatten har ett utvecklingsprojekt startat för Stockholms nya stadsdel Hammarby Sjöstad. Stockholm Vatten har fått i uppgift att leda projektet. För stadsdelen har ett antal ambitiösa miljömål formulerats vilka i korthet innebär att stadsdelen skall vara dubbelt så bra som övrig nybyggnation. För att klara dessa miljömål görs förberedelser för ett eget reningsverk i stadsdelen.</p><p>I Stockholm Vattens pilotanläggning Sjöstadsverket utvärderas en rad olika behandlingslinjer för rening av avloppsvatten från hushåll och syftet med detta examensarbete är att utvärdera en av dessa försökslinjer. Försökslinjen är anaerob och består av försedimentering, UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), ett biologiskt poleringssteg för kvävereduktion, trumfilter samt omvänd osmos (RO). Utvärderingen har gjorts genom analyser av vattenprover längs försökslinjen.</p><p>Det är svårt att dra några slutsatser om linjen som helhet eftersom inte alla ingående komponenter varit igång samtidigt så som planerat. Gasproduktionen över UASB-systemet har varit relativt låg och det beror troligen på att en del av gasen löser sig i det utgående vattnet. Den biologiska poleringen för kvävereduktion är en känslig process som kommer att behöva pH-justeras för att klara att behandla vattnet från Sjöstaden. Med nuvarande utformning av anläggningen kan man inte med kemisk fällning av fosfor över trumfiltret komma ner under utsläppsgränserna. Kraven på utgående vatten kan inte heller nås med den RO som finns på Sjöstadsverket idag.</p>