O presente trabalho teve como objetivo principal a avaliação da eficiência de remoção de carga orgânica, fósforo e sólidos em suspensão de sistema de flotação tratando esgoto sanitário pré-tratado em reatores UASB, da ETE Monjolinho da cidade de São Carlos/SP, e coagulado com tanino associado ou não a polímeros sintéticos. Os ensaios com variação de dosagem de coagulante Tanino e polímeros (polímero catiônico, polímero não-iônico e polímero aniônico) foram realizados em escala de laboratório, com o uso do equipamento flotateste. Em todos os ensaios foram fixados os valores de gradiente de velocidade na mistura rápida (800/s) e na floculação (90/s), ao tempos de detenção na mistura rápida (20 s) e na floculação (15 min) e, a pressão de saturação 5 Bar e a razão de recirculação (17%). Durante os ensaios com unidade de flotação em escala de bancada foram avaliados três valores de velocidades de flotação: 12,0 cm/min, 16,0 cm/min e 20,0 cm/min. Os ensaios foram divididos em duas fases: a fase 1 teve como objetivo analisar a resposta do sistema de flotação com o emprego do coagulante Tanino no tratamento do efluente do reator UASB da ETE Monjolinho (fase 1A) e também determinar as duas dosagens do coagulante Tanino mais adequadas para o tratamento do efluente de UASB da ETE Monjolinho para cada polímero testado (fase 1B). As fases 1A e 1B foram realizadas com efluente coletado às 8:00 h e 14:00 h, respectivamente. A fase 2 teve como objetivo a busca da dosagem ótima de tanino dentro de uma faixa mais estreita de valores, assim como a verificação do melhor tipo e dosagem de polímero sintético (não-iônico, aniônico e catiônico) para ser associado ao coagulante tanino. Na fase 1A, verificou-se que a flotação foi efetiva para remoção de cor aparente mesmo para dosagem nula de coagulante Tanino. Quanto à turbidez, verificou-se efeito marcante da adição de dosagem crescente de coagulante no aumento da eficiência de remoção desse parâmetro. Após a obtenção dos resultados da fase 1B, foram escolhidas para a fase 2 as duas menores dosagens de coagulante capazes de promover redução da turbidez em pelo menos 85%. Além destas duas dosagens, foram avaliados na fase 2 outras 3 dosagens compreendidas entre elas. Sendo assim, na fase 2 foram estudadas as doses de 65, 75, 85, 95 e 105 mg/L de coagulante, cada qual associada a seis dosagens de cada um dos polímeros estudados. Entre os tratamentos empregados, pôde-se verificar maior eficácia do polímero não-iônico e do polímero catiônico para o tratamento por flotação, associado ao coagulante tanino. O conjunto de dosagem de coagulante tanino e polímero mais vantajoso, ou seja, menor dosagem de tanino que, associada a polímero, apresentou remoção satisfatória dos parâmetros estudados, foi 65 mg/L de Tanino e 2,0 mg/L de polímero catiônico, atingindo remoções de 95,2% de turbidez (Residual de 3,65 NTU), 82,1% de cor aparente (Residual de 98 mgPT/L), 49,2% de fósforo total (Residual de 3,2 mg/L), 80,7% de DQO (Residual de 25 mg/L) e 87,9 % de SST (Residual de 13 mg/L) nas condições encontradas na época dos ensaios, para o pós-tratamento por flotação de efluente de reator UASB da ETE Monjolinho, São Carlos/SP. / The main objective of this work is the evaluation of the efficiency of removal of organic load, phosphorus and suspended solids in the flotation system treating domestic wastewater pretreated in UASB reactors, of the Monjolinho Wastewater Treatment Plant (WWTP) of Sao Carlos, SP and clotted with tannin alone or combined with synthetic polymers. Tests varying tannin dosage of coagulant and polymer (cationic polymer, nonionic polymer and anionic polymer) were performed on a batch scale, using flotatest. In all the tests were fixed the values of rapid mix (800/s) and flocculation (90/s) velocity gradients, the rapid mix (20 s) and flocculation (15 min) times, saturation pressure (5 Bar) and recycle rate (17%). During the test in the flotation bench scale unity three values of flotation velocities were evaluated: 12.0 cm/min, 16.0 cm/min and 20.0 cm/min. The tests were divided in two phases: the objective of phase 1 was to examine the response of the flotation system with the use of tannin coagulant in the treatment of Monjolinho WWTP UASB effluent (Phase 1A) and also determine the two most suitable dosages of tannin coagulant for the treatment of wastewater from the Monjolinho WWTP UASB tested for each polymer (phase 1B). Phases 1A and 1B were performed with wastewater collected at 8:00 h and 14:00 h, respectively. The objective of phase 2 was to find the optimum dosage of tannin within a narrower range of values, as well as verification of the optimal type and dosage of synthetic polymer (non-ionic, anionic and cationic) to be associated with the tannin coagulant. In phase 1A, it was found that flotation was effective for apparent color removal even to zero coagulant dosage tannin. As for turbidity, there is a marked effect when increasing the coagulant dose, which increased the removal efficiency of this parameter. After obtaining the results of Phase 1B, were chosen for phase 2 two low coagulant dosages which can promote reduction of turbidity by 85%. Besides the two dosages obtained in phase 1B, in phase 2 were evaluated other three between them. Thus, in phase 2 were studied coagulant doses of 65, 75, 85, 95 and 105 mg/L, each one associated with six doses of each one of the studied polymers. Among the treatments employed, it could be seen that the non-ionic polymer and the cationic polymer were the most efficient for treatment by coagulation associated with tannin in flotation. The set of tannin coagulant dosage and polymer which showed satisfactory removal of parameters was 65 mg/L of Tannin with 2.0 mg/L of cationic polymer, reaching 95.2% removal of turbidity, 83% of color apparent, 49.2% of total phosphorus, COD 80.7% and 87.9% of TSS under the conditions found at the time of testing, for post-treatment of Monjolinho WWTP UASB effluent by flotation.

Este trabalho teve o intuito de avaliar a eficiência de remoção de protozoários patogênicos - Giardia spp. e Cryptosporidium spp. - em processos de tratamento de esgoto sanitário por reator UASB, lodos ativados, filtro lento em areia e diferentes desinfetantes. A recuperação de cistos de Giardia e de oocistos de Cryptosporidium, realizada por diferentes metodologias e utilizando ColorSeed®, foi de, respectivamente, 85 e 20% em esgoto bruto, e 62,5 e 17,5% em efluente tratado, quando foi utilizado o método de tripla centrifugação. Cistos de Giardia foram encontrados em 100% as amostras de esgoto pesquisadas, com média de 1,5 x 104 cistos por litro e oocistos de Cryptosporidium em 31,4% com média 3,1 x 10² oocistos por litro, em esgoto bruto. No tratamento biológico por reator UASB seguido de Lodos Ativados, a remoção de cisto de Giardia e esporos de Clostridium perfringens foram estatisticamente menores que as remoções de E. coli e coliformes totais. Não foram encontrados (oo)cistos após o tratamento terciário realizado através da filtração lenta em areia. Houve remoção estatisticamente maior na ETE em escala plena para coliformes totais e Clostridium perfringens. E. coli e cistos de Giardia, em ambas ETEs, apresentaram remoções similares. Elevadas concentrações de (oo)cistos foram encontradas no lodo de esgoto, com grande porcentagem ainda viável. Com relação à desinfecção, entre as bactérias indicadoras, Clostridium perfringens foram mais resistentes ao cloro, ozônio e radiação ultravioleta. O efeito sinérgico, promovido pelas desinfecções sequenciais (clororadiação ultravioleta e ozônio-radiação ultravioleta), foi evidenciado em alguns experimentos para todas as bactérias estudadas. O cloro alterou a fluorescência dos cistos de Giardia e o ozônio, além de alterar a fluorescência, foi capaz de diminuir a concentração de cistos desse microrganismo. Pode-se concluir que as concentrações tanto de microrganismos indicadores como de protozoários patogênicos é bastante elevada, qualquer que seja o tipo de esgoto: bruto, efluente do reator UASB ou efluente do lodos ativados. Isso evidencia o extremo cuidado com que estes efluentes devem ser tratados, para posteriores usos ou lançamento em corpo receptor, em especial devido à presença de (oo)cistos ainda viáveis de Giardia spp. e Cryptosporidium spp. mesmo após o tratamento biológico por lodos ativados, e a necessidade de desinfecção do efluente. / This work aimed to evaluate the efficiency of removal of pathogenic protozoa - Giardia spp. and Cryptosporidium spp. - during wastewater treatment by UASB reactor, activated sludge, slow sand filter and different disinfectants. The recovery of Giardia cysts and of Cryptosporidium oocysts, performed by different methodologies and using ColorSeed®, was respectively of 85 and 20%, in raw wastewater and 62.5 and 17.5% in treated effluent, applying triple centrifugation method. Giardia cysts were found in 100% of the the sewage samples surveyed, with average of 1.5 x 104 cysts per liter and Cryptosporidium oocysts were found in 31.4% with average of 3.1 x 10² oocysts per liter, in raw wastewater. Giardia cyst and Clostridium perfringens spores removals were statistically lower than E. coli and total coliforms removal when applying the biological treatment by UASB reactor followed by Activated Sludge. There were no (oo) cysts after treatment tertiary accomplished by slow sand filtration. There was a statistically higher removal in the full scale WWTP for total coliforms and Clostridium perfringens; however, E. coli and Giardia cysts, in both WWTPs, presented the same removal efficiency. High concentrations of (oo)cysts were found in the sludge sludge, with a high percentage still viable. Regarding disinfection, among the indicating bacteria, Clostridium perfringens was more resistant to chlorine, ozone and ultraviolet radiation. The synergic effect promoted by sequential disinfections (chlorine-ultraviolet radiation and ozone-ultraviolet radiation) was evidenced in some experiments for all the bacteria studied. Chlorine altered the fluorescence of Giardia cysts and ozone, as well as change in fluorescence was able to decrease the concentration of this microorganism. It can be concluded that the concentrations of indicator microorganisms as well as of pathogenic protozoa is very high, regardless the kind of wastewater: raw, UASB reactor effluent or activated sludge effluent. This shows the extreme care that must be taken towards these effluents, for future reuse or simply release in the environment, mainly due to the presence of viable Giardia spp. and Cryptosporidium spp. (oo)cysts even after the activated sludge treatment, and the need of disinfection of the effluent.

No meio científico são bastante utilizados os modelos matemáticos para avaliar as características hidrodinâmicas de reatores, porém a literatura é pobre em informações relativas à aplicação do equacionamento matemático em regime não-permanente. Neste trabalho foi aplicado um modelo matemático simulando a hidrodinâmica de reatores tubulares com dispersão para avaliar o efeito da variação de vazão afluente sobre os parâmetros hidrodinâmicos. As simulações foram efetuadas considerando vazão e volume constantes, vazão e volume variáveis e vazão variável e volume constante. Foi investigada a influência de dois tipos de ensaios estímulo-resposta, pulso e degrau, para aplicação de modelos matemáticos e determinação das curvas de distribuição do tempo de residência (DTR) experimentais. Teoricamente ambos devem fornecer os mesmos resultados embora o ensaio em pulso costume apresentar maior sensibilidade experimental. Conforme esperado, ambos os ensaios apresentaram os mesmos resultados finais. Também foram avaliados os traçadores empregados nos dois tipos de ensaios estímulo-resposta, pulso e degrau. Foram empregados três traçadores diferentes - verde de bromocresol, azul de bromofenol e eosina Y que proporcionaram curvas com diferentes características. Como ferramenta auxiliar da modelação foram estudas a determinação das curvas DTR experimentais com auxílio de duas técnicas distintas. Para calibrar o modelo matemático proposto foram utilizados dados de reatores em escala de bancada com diferentes configurações submetidas a variações de vazões afluentes. Os dados de um reator UASB em escala piloto - submetido a variações cíclicas de vazão afluente de 40 e 60% - foram empregados para calibrar e verificar o modelo matemático proposto. Os resultados encontrados com o modelo matemático proposto nesta pesquisa demonstraram que a variação de vazão afluente não deve ser negligenciada. O modelo utilizado representou adequadamente o reator UASB. Seus resultados, quando comparados aos modelos matemáticos que não consideram a variação de vazão, mostraram que para flutuações de vazão elevadas, vazões com valores até 60% maiores do que a vazão média, os valores dos coeficientes de difusão diferem significativamente em função das hipóteses empregadas no desenvolvimento do modelo matemático. / Mathematical models for hydrodynamic characteristics evaluation of reactors are commonly used however there is a lack of information in the literature concerning the application of mathematical modeling for non-steady state flow. In this thesis, it is presented a non-steady mathematical model to simulate the hydrodynamic behavior of pipe flow reactors with diffusion in order to evaluate the effect of the variation of the influent flowrate in the hydrodynamic parameters. The simulations were performed considering constant flowrate and volume, variable flowrate and volume and, variable flowrate and constant volume. It was investigated the influence of two types of stimulus-response assays, pulse and step function, on the application of mathematical models and the determination of the experimental retention time distribution curves. Theoretically, both tests should provide the same results although the pulse stimulus assay usually presents higher experimental sensitivity. As it was expected, both tests presented the same final results. The tested tracers were also evaluated in relation to the pulse and step stimulus-response tests. Three tracers were tested (bromocresol green, bromophenol blue and eosin Y) and it was shown that they provided different curves. It was studied the construction of the experimental retention time distribution curves using two procedures as an auxiliary tool for modeling. The proposed mathematical model was calibrated with data of bench scale reactors submitted to different cyclical variations of flowrates. Moreover, data of UASB reactor in pilot scale - submitted to 40 and 60% of cyclical variations of flowrates were utilized to calibrate and verify the obtained mathematical model. The results found with the mathematical model proposed in this research showed that the variations in influent flow rate can not be neglected. The model adequately represented a pilot scale UASB reactor. The results showed that the diffusion coefficients differ significantly for high flowrate fluctuations, when compared to other mathematical models that do not incorporate variable flowrate, depending upon the hypothesis used to derive the model.

Os reatores anaeróbios de concepção mais moderna (e.g., UASB e RALEx) possibilitam a remoção de 65 a 75% de matéria orgânica do esgoto sanitário, com custos de implantação e operação relativamente baixos, em comparação com os processos aeróbios convencionais. Entretanto, esses reatores geralmente são pouco eficientes na remoção de nutrientes e seus efluentes podem apresentar concentrações relativamente elevadas de material orgânico e de sólidos suspensos. Para melhorar a qualidade dos efluentes desses reatores, algumas configurações de pós-tratamento têm sido empregadas no Brasil, dentre as quais os sistemas de lodo ativado e a coagulação/precipitação com sais metálicos, geralmente seguida de flotação por ar dissolvido. Nesta pesquisa, foi avaliada a aplicabilidade da coagulação/precipitação com cloreto férrico, a partir de testes em unidades de coagulação em escala de bancada (jar test e flotateste), para três sistemas de pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios, a saber: coagulação/precipitação do efluente de um reator anaeróbio (RALEx); co-precipitação em um sistema de lodo ativado; e pós-precipitação do efluente do sistema de lodo ativado. Cada um desses sistemas foi testado com separação de sólidos por sedimentação ou por flotação por ar dissolvido, constituindo seis distintas configurações de pós-tratamento. O pós-tratamento do efluente do reator anaeróbio por coagulação/precipitação se mostrou uma alternativa viável técnica e economicamente, tanto para a sedimentação quanto para a flotação por ar dissolvido. Os diagramas de coagulação obtidos tanto nos ensaios de sedimentação quanto nos de flotação demonstraram que a coagulação/precipitação do efluente do RALEx ocorria de modo mais eficiente para valores de pH entre 5 e 7. A coagulação/precipitação do licor misto com cloreto férrico também se mostrou uma opção atrativa, propiciando a obtenção de efluente bastante clarificado, com possibilidades de reúso. Nessa opção, obtiveram-se eficiências adicionais (i.e., em relação ao sobrenadante do licor misto) de remoção de turbidez, DQO e fósforo de, respectivamente, 80%, 72% e 85%, com dosagem de 80 mg de \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L (48 mg de \'FE\'\'CL IND.3\'/L). Para a coagulação com cloreto férrico, a flotação não apresentou bons resultados na remoção de turbidez, DQO e fósforo para separação de sólidos do licor misto. O mesmo ocorreu para o efluente final da ETE quando a etapa de separação de sólidos foi a sedimentação. Quando a separação de sólidos foi feita por flotação, obtiveram-se eficiências de remoção de turbidez, DQO e fósforo de, respectivamente, 68%, 53% e 83%, com dosagem de 80 mg de \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L / The anaerobic reactors of modern conception (e.g., UASB and RALEx) remove from 65 to 75% of sanitary wastewater organic matter with relatively low construction, operation, and maintenance costs, in comparison with conventional aerobic processes. Nevertheless, that reactors are usually little efficient in nutrient removal and their effluents may present relatively high organic matter and suspended solid concentrations. In order to improve the quality of effluents from anaerobic reactors, some post-treatment concepts have been employed in Brazil, among which activated sludge systems and coagulation/precipitation with metallic salts, generally followed by dissolved air flotation. In this research, coagulation/precipitation with ferric chloride was assessed using sedimentation and flotation lab-scale test units (jar test and flotateste, respectively) to three post-treatment systems, namely: coagulation/precipitation of effluent from anaerobic reactor; co-precipitation (in the mixed liquor from activated sludge system); and post-precipitation of effluent from activated sludge system. Each system was assessed with solids separation with sedimentation and dissolved air flotation, constituting six different post-treatment scenarios. Coagulation/precipitation of the effluent from the anaerobic reactor showed to be technical and economically attractive, not only for sedimentation but also for dissolved air flotation. Coagulation diagrams obtained in sedimentation and flotation essays showed that coagulation/precipitation of the effluent from RALEX was more efficient when pH values were between 5 and 7. The mixed liquor coagulation/flocculation with ferric chloride were also an attractive option, resulting in a low turbidity effluent suitable for reuse. In this option, additional removals (i.e., in relation to decanted mixed liquor) of turbidity, COD e phosphorus were obtained: 80%, 72% and 85%, respectively, with the dosage of 80 mg \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L (48 mg \'FE\'\'CL IND.3\'/L). Flotation did not presented good results in the removal of turbidity, COD and phosphorus in mixed liquor coagulation/precipitation with ferric chloride. The same was to the effluent from the WWTP when sedimentation was employed in the solids separation step. When solids separation was made using flotation, the removal efficiencies of turbidity, COD and phosphorus were, respectively, 68%, 53%, and 83% for the dosage of 80 mg \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L

Para o tratamento de esgoto sanitário foi desenvolvido e estudado um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), associado com unidade de filtração. O estudo se iniciou pela operação do reator UASB durante 642 dias, onde a fase líquida afluente e efluente foi monitorada. Em seguida uma unidade de filtração foi acoplada ao reator UASB e foram avaliados as características de filtração, o desempenho do tratamento e a eficiência do processo de limpeza química de três filtros. Os materiais poliméricos utilizados como filtros foram o polipropileno, o poliéster e o geossintético de poliéster, com diâmetro médio de poros de um mícron (1μm). As características de filtração avaliadas foram o fluxo do permeado e os mecanismos de obstrução de cada material polimérico (resistência à filtração: total, do material, da camada de biossólidos e de entupimento). O desempenho global do sistema de tratamento foi avaliado em termos de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) e de sólidos suspensos totais (SST). Para recuperação dos filtros foi utilizada primeiramente a limpeza química com solução ácida (ácido clorídrico-HCl) e em série a limpeza com solução alcalina (hipoclorito de sódio e hidróxido de sódio- NaOCl e NaOH). Dentre os três materiais poliméricos utilizados verificou-se que, o geossintético (poliéster) foi o filtro que apresentou melhores características de filtração e desempenho global, ou seja, com este material a resistência da camada foi predominante (obstrução é reversível), a concentração de sólidos suspensos totais do permeado estabilizou em 25 mg/L e a eficiência média global de remoção da demanda química de oxigênio (DQO) foi de 78%. Dentre os procedimentos de limpeza química utilizada nos três filtros, verificou-se que a solução ácida (HCl) aplicada em série com a solução alcalina (NaOCl e NaOH) apresentou maior eficiência que a limpeza somente com a solução ácida (recuperação do fluxo inicial do permeado acima de 90%). / An anaerobic reactor (UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket) coupled to a filtration unit for the treatment of domestic sewage was developed and studied. The study began by operating the UASB reactor for 642 days, during which time the influent and effluent liquid phase were monitored. The filtration unit was then coupled to the UASB reactor and the filtration characteristics, the performance of the treatment, and the efficiency of the cleaning process of three polymeric filters were evaluated. The polymeric materials used for the filters were polypropylene, polyester and geosynthetic polyester, all with an average pore size of one micron (1μm). The filtration characteristics evaluated were the permeate flux and the fouling mechanisms (total filtration resistance of the material and the cake, and clogging) during filtration. The system’s overall performance was evaluated in terms of chemical oxygen demand (COD) and removal of total suspended solids (TSS). The filters were cleaned chemically, first with an acid solution (HCl), followed by alkaline solutions (NaOH and NaOCl) applied in series. A comparison of the three filtering materials indicated that the geosynthetic material (polyester) possessed the best overall characteristics of filtration and performance. In other words, i.e., cake resistance (reversible fouling) predominated with this material, the concentration of total suspended solids (TSS) in the permeate stabilized at 25 mg/L, and the overall removal efficiency of chemical oxygen demand (COD) was 78%. Of the various chemical cleaning procedures tested on the three polymeric filters, the acid (HCl) and alkaline solutions (NaOH and NaOCl) applied in series provided more efficient flux recovery (over 90% of the initial permeate) than chemical cleaning only with acid (HCl).

Para o tratamento de esgoto sanitário foi desenvolvido e estudado um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), associado com unidade de filtração. O estudo se iniciou pela operação do reator UASB durante 642 dias, onde a fase líquida afluente e efluente foi monitorada. Em seguida uma unidade de filtração foi acoplada ao reator UASB e foram avaliados as características de filtração, o desempenho do tratamento e a eficiência do processo de limpeza química de três filtros. Os materiais poliméricos utilizados como filtros foram o polipropileno, o poliéster e o geossintético de poliéster, com diâmetro médio de poros de um mícron (1μm). As características de filtração avaliadas foram o fluxo do permeado e os mecanismos de obstrução de cada material polimérico (resistência à filtração: total, do material, da camada de biossólidos e de entupimento). O desempenho global do sistema de tratamento foi avaliado em termos de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) e de sólidos suspensos totais (SST). Para recuperação dos filtros foi utilizada primeiramente a limpeza química com solução ácida (ácido clorídrico-HCl) e em série a limpeza com solução alcalina (hipoclorito de sódio e hidróxido de sódio- NaOCl e NaOH). Dentre os três materiais poliméricos utilizados verificou-se que, o geossintético (poliéster) foi o filtro que apresentou melhores características de filtração e desempenho global, ou seja, com este material a resistência da camada foi predominante (obstrução é reversível), a concentração de sólidos suspensos totais do permeado estabilizou em 25 mg/L e a eficiência média global de remoção da demanda química de oxigênio (DQO) foi de 78%. Dentre os procedimentos de limpeza química utilizada nos três filtros, verificou-se que a solução ácida (HCl) aplicada em série com a solução alcalina (NaOCl e NaOH) apresentou maior eficiência que a limpeza somente com a solução ácida (recuperação do fluxo inicial do permeado acima de 90%). / An anaerobic reactor (UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket) coupled to a filtration unit for the treatment of domestic sewage was developed and studied. The study began by operating the UASB reactor for 642 days, during which time the influent and effluent liquid phase were monitored. The filtration unit was then coupled to the UASB reactor and the filtration characteristics, the performance of the treatment, and the efficiency of the cleaning process of three polymeric filters were evaluated. The polymeric materials used for the filters were polypropylene, polyester and geosynthetic polyester, all with an average pore size of one micron (1μm). The filtration characteristics evaluated were the permeate flux and the fouling mechanisms (total filtration resistance of the material and the cake, and clogging) during filtration. The system’s overall performance was evaluated in terms of chemical oxygen demand (COD) and removal of total suspended solids (TSS). The filters were cleaned chemically, first with an acid solution (HCl), followed by alkaline solutions (NaOH and NaOCl) applied in series. A comparison of the three filtering materials indicated that the geosynthetic material (polyester) possessed the best overall characteristics of filtration and performance. In other words, i.e., cake resistance (reversible fouling) predominated with this material, the concentration of total suspended solids (TSS) in the permeate stabilized at 25 mg/L, and the overall removal efficiency of chemical oxygen demand (COD) was 78%. Of the various chemical cleaning procedures tested on the three polymeric filters, the acid (HCl) and alkaline solutions (NaOH and NaOCl) applied in series provided more efficient flux recovery (over 90% of the initial permeate) than chemical cleaning only with acid (HCl).

No meio científico são bastante utilizados os modelos matemáticos para avaliar as características hidrodinâmicas de reatores, porém a literatura é pobre em informações relativas à aplicação do equacionamento matemático em regime não-permanente. Neste trabalho foi aplicado um modelo matemático simulando a hidrodinâmica de reatores tubulares com dispersão para avaliar o efeito da variação de vazão afluente sobre os parâmetros hidrodinâmicos. As simulações foram efetuadas considerando vazão e volume constantes, vazão e volume variáveis e vazão variável e volume constante. Foi investigada a influência de dois tipos de ensaios estímulo-resposta, pulso e degrau, para aplicação de modelos matemáticos e determinação das curvas de distribuição do tempo de residência (DTR) experimentais. Teoricamente ambos devem fornecer os mesmos resultados embora o ensaio em pulso costume apresentar maior sensibilidade experimental. Conforme esperado, ambos os ensaios apresentaram os mesmos resultados finais. Também foram avaliados os traçadores empregados nos dois tipos de ensaios estímulo-resposta, pulso e degrau. Foram empregados três traçadores diferentes - verde de bromocresol, azul de bromofenol e eosina Y que proporcionaram curvas com diferentes características. Como ferramenta auxiliar da modelação foram estudas a determinação das curvas DTR experimentais com auxílio de duas técnicas distintas. Para calibrar o modelo matemático proposto foram utilizados dados de reatores em escala de bancada com diferentes configurações submetidas a variações de vazões afluentes. Os dados de um reator UASB em escala piloto - submetido a variações cíclicas de vazão afluente de 40 e 60% - foram empregados para calibrar e verificar o modelo matemático proposto. Os resultados encontrados com o modelo matemático proposto nesta pesquisa demonstraram que a variação de vazão afluente não deve ser negligenciada. O modelo utilizado representou adequadamente o reator UASB. Seus resultados, quando comparados aos modelos matemáticos que não consideram a variação de vazão, mostraram que para flutuações de vazão elevadas, vazões com valores até 60% maiores do que a vazão média, os valores dos coeficientes de difusão diferem significativamente em função das hipóteses empregadas no desenvolvimento do modelo matemático. / Mathematical models for hydrodynamic characteristics evaluation of reactors are commonly used however there is a lack of information in the literature concerning the application of mathematical modeling for non-steady state flow. In this thesis, it is presented a non-steady mathematical model to simulate the hydrodynamic behavior of pipe flow reactors with diffusion in order to evaluate the effect of the variation of the influent flowrate in the hydrodynamic parameters. The simulations were performed considering constant flowrate and volume, variable flowrate and volume and, variable flowrate and constant volume. It was investigated the influence of two types of stimulus-response assays, pulse and step function, on the application of mathematical models and the determination of the experimental retention time distribution curves. Theoretically, both tests should provide the same results although the pulse stimulus assay usually presents higher experimental sensitivity. As it was expected, both tests presented the same final results. The tested tracers were also evaluated in relation to the pulse and step stimulus-response tests. Three tracers were tested (bromocresol green, bromophenol blue and eosin Y) and it was shown that they provided different curves. It was studied the construction of the experimental retention time distribution curves using two procedures as an auxiliary tool for modeling. The proposed mathematical model was calibrated with data of bench scale reactors submitted to different cyclical variations of flowrates. Moreover, data of UASB reactor in pilot scale - submitted to 40 and 60% of cyclical variations of flowrates were utilized to calibrate and verify the obtained mathematical model. The results found with the mathematical model proposed in this research showed that the variations in influent flow rate can not be neglected. The model adequately represented a pilot scale UASB reactor. The results showed that the diffusion coefficients differ significantly for high flowrate fluctuations, when compared to other mathematical models that do not incorporate variable flowrate, depending upon the hypothesis used to derive the model.

Com o propósito de explorar o potencial de geração de metano a partir de vinhaça de cana-de-açúcar e propor procedimentos de controle do processo anaeróbio, foi utilizado um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) em escala piloto, equipado de separador gás-sólido-líquido modificado e sem recirculação de efluente. A unidade foi inoculada com lodo granular e utilizou-se substrato concentrado (DQO de 20 g.L-1) para sua alimentação. O reator foi submetido a cargas orgânicas volumétricas (COV) de 0,7 a 7 KgDQO.m-3.d-1, durante 300 dias de operação. O procedimento operacional baseou-se no aumento de carga por escalonamento da vazão de alimentação em função da manutenção de variação inferior a 10% para a eficiência do sistema. Para o tamponamento da vinhaça de alimentação, no início da operação utilizou-se 1g NaHCO3.g-1DQOafluente, com redução gradativa até 0,125g NaHCO3.g-1DQOafluente. O monitoramento do desempenho do processo anaeróbio se deu pela avaliação dos parâmetros: eficiência de remoção de DQO, pH, alcalinidade, ácidos voláteis, razão alcalinidade intermediária/alcalinidade parcial, razão Prop:Ac, vazão de metano e porcentagem de metano no biogás. O reator UASB apresentou valor médio de eficiência de remoção de DQO de 92±4,4%, para cargas aplicadas entre 0,7 e 4,8 KgDQO.m-3.d-1. A maior produção média de metano observada durante o período operacional foi 5 m3CH4.m-3 de vinhaça aplicada para cargas orgânicas entre 4,1 e 5,6 KgDQO.m-3.d-1. A produção de biogás apresentou valor médio de metano de 70±7% para 1 a 5,6 Kg DQO.m-3.d-1. A operação do reator com cargas aplicadas acima de 5,6 KgDQO.m-3.d-1 gerou menor produção de biogás, redução na porcentagem de metano e aumento da carga de ácidos voláteis efluente, assim como queda na eficiência de remoção de DQO. Devido ao acréscimo de carga (0-2 para 4-6 KgDQO.m-3.d-1), a variação da concentração para cada tipo de ácido foi: acético (56±70 para 216±121 mg.L-1), propiônico (26±28 para 165±150 mg.L-1) e butírico (4±7 para 60±18 mg.L-1). Notou-se que a relação entre as concentrações de ácido propiônico e ácido acético (razão Prop:Ac) pode ser utilizada como parâmetro de monitoramento da estabilidade do reator. A elevação de COV de 3,9 a 6,4 KgDQO.m-3.d-1acarretou alteração na razão Prop:Ac de 0,8 a 1,75, corroborando descontroles do processo anaeróbio associado à queda de eficiência na geração de metano. / In order to explore the potential of methane generation from sugarcane vinasse and propose procedures for the anaerobic process control, was utilized a pilot scale UASB reactor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), equipped with modified gas-solid-liquid separator and without recirculation of effluent. The unit was inoculated with granular sludge and concentrated substrate was used (COD 20 g.L-1) for feeding. The reactor was submitted to volumetric organic load (VOL) from 0.7 to 7 KgCOD.m-3.d-1, during 300 days of operation. The reactor operation was based on the increase of load by staggering the feed flow in function of the maintenance of variation lower than 10% for the system efficiency. For buffering the feedings vinasse was used 1g NaHCO3.g-1CODinfluent at the beginning of the operation, with gradual reduction to the value of 0.125 g NaHCO3.g-1CODinfluent. The monitoring of the anaerobic process performance was due to the evaluation of the following parameters: efficiency of COD removal pH, alkalinity, intermediate alkalinity/partial alkalinity ratio; Prop:Ac ratio, methane flow and percentage of methane in the biogas. The UASB reactor demonstrated a COD average removal efficiency of 92±4.4%, to applied loads between 0.7 and 4.8 KgCOD.m-3.d-1. The highest average methane production observed during the operational period was 5 m3CH4.m-3 of vinasse applied for organic loads between 4.1 and 5.6 KgCOD.m-3.d-1. The biogás production demonstrated a methane average of 70±7% for 1 to 5.6 KgCOD.m-3.d-1. The reactor operation with loads up to 5.6 KgCOD.m-3.d-1 caused lower production of biogas, reduction in the percentage of methane and increase for effluent volatile acids load, as well as decrease of COD removal efficiency. Due to the additional load (0-2 to 4-6 KgCOD.m-3.d-1), the change in concentration for each type of acid was: acetic acid (56±70 to 216±121 mg.L-1), propionic acid (26±28 to 165±150 mg.L-1) and butyric acid (4±7 to 60 ± 18 mg.L-1). It was noted that the relationship between the concentrations of propionic acid and acetic acid (ratio Prop:Ac) may be used as a monitoring parameter of the reactor stability. The increase in VOL of 3.9 to 6.4 KgCOD.m-3.d-1 caused change in the Prop:Ac ratio of 0.8 to 1.75, confirming the upsets on the anaerobic process associated with efficiency drop in methane generation.

O presente trabalho teve como objetivo principal a avaliação da eficiência de remoção de carga orgânica, fósforo e sólidos em suspensão de sistema de flotação tratando esgoto sanitário pré-tratado em reatores UASB, da ETE Monjolinho da cidade de São Carlos/SP, e coagulado com tanino associado ou não a polímeros sintéticos. Os ensaios com variação de dosagem de coagulante Tanino e polímeros (polímero catiônico, polímero não-iônico e polímero aniônico) foram realizados em escala de laboratório, com o uso do equipamento flotateste. Em todos os ensaios foram fixados os valores de gradiente de velocidade na mistura rápida (800/s) e na floculação (90/s), ao tempos de detenção na mistura rápida (20 s) e na floculação (15 min) e, a pressão de saturação 5 Bar e a razão de recirculação (17%). Durante os ensaios com unidade de flotação em escala de bancada foram avaliados três valores de velocidades de flotação: 12,0 cm/min, 16,0 cm/min e 20,0 cm/min. Os ensaios foram divididos em duas fases: a fase 1 teve como objetivo analisar a resposta do sistema de flotação com o emprego do coagulante Tanino no tratamento do efluente do reator UASB da ETE Monjolinho (fase 1A) e também determinar as duas dosagens do coagulante Tanino mais adequadas para o tratamento do efluente de UASB da ETE Monjolinho para cada polímero testado (fase 1B). As fases 1A e 1B foram realizadas com efluente coletado às 8:00 h e 14:00 h, respectivamente. A fase 2 teve como objetivo a busca da dosagem ótima de tanino dentro de uma faixa mais estreita de valores, assim como a verificação do melhor tipo e dosagem de polímero sintético (não-iônico, aniônico e catiônico) para ser associado ao coagulante tanino. Na fase 1A, verificou-se que a flotação foi efetiva para remoção de cor aparente mesmo para dosagem nula de coagulante Tanino. Quanto à turbidez, verificou-se efeito marcante da adição de dosagem crescente de coagulante no aumento da eficiência de remoção desse parâmetro. Após a obtenção dos resultados da fase 1B, foram escolhidas para a fase 2 as duas menores dosagens de coagulante capazes de promover redução da turbidez em pelo menos 85%. Além destas duas dosagens, foram avaliados na fase 2 outras 3 dosagens compreendidas entre elas. Sendo assim, na fase 2 foram estudadas as doses de 65, 75, 85, 95 e 105 mg/L de coagulante, cada qual associada a seis dosagens de cada um dos polímeros estudados. Entre os tratamentos empregados, pôde-se verificar maior eficácia do polímero não-iônico e do polímero catiônico para o tratamento por flotação, associado ao coagulante tanino. O conjunto de dosagem de coagulante tanino e polímero mais vantajoso, ou seja, menor dosagem de tanino que, associada a polímero, apresentou remoção satisfatória dos parâmetros estudados, foi 65 mg/L de Tanino e 2,0 mg/L de polímero catiônico, atingindo remoções de 95,2% de turbidez (Residual de 3,65 NTU), 82,1% de cor aparente (Residual de 98 mgPT/L), 49,2% de fósforo total (Residual de 3,2 mg/L), 80,7% de DQO (Residual de 25 mg/L) e 87,9 % de SST (Residual de 13 mg/L) nas condições encontradas na época dos ensaios, para o pós-tratamento por flotação de efluente de reator UASB da ETE Monjolinho, São Carlos/SP. / The main objective of this work is the evaluation of the efficiency of removal of organic load, phosphorus and suspended solids in the flotation system treating domestic wastewater pretreated in UASB reactors, of the Monjolinho Wastewater Treatment Plant (WWTP) of Sao Carlos, SP and clotted with tannin alone or combined with synthetic polymers. Tests varying tannin dosage of coagulant and polymer (cationic polymer, nonionic polymer and anionic polymer) were performed on a batch scale, using flotatest. In all the tests were fixed the values of rapid mix (800/s) and flocculation (90/s) velocity gradients, the rapid mix (20 s) and flocculation (15 min) times, saturation pressure (5 Bar) and recycle rate (17%). During the test in the flotation bench scale unity three values of flotation velocities were evaluated: 12.0 cm/min, 16.0 cm/min and 20.0 cm/min. The tests were divided in two phases: the objective of phase 1 was to examine the response of the flotation system with the use of tannin coagulant in the treatment of Monjolinho WWTP UASB effluent (Phase 1A) and also determine the two most suitable dosages of tannin coagulant for the treatment of wastewater from the Monjolinho WWTP UASB tested for each polymer (phase 1B). Phases 1A and 1B were performed with wastewater collected at 8:00 h and 14:00 h, respectively. The objective of phase 2 was to find the optimum dosage of tannin within a narrower range of values, as well as verification of the optimal type and dosage of synthetic polymer (non-ionic, anionic and cationic) to be associated with the tannin coagulant. In phase 1A, it was found that flotation was effective for apparent color removal even to zero coagulant dosage tannin. As for turbidity, there is a marked effect when increasing the coagulant dose, which increased the removal efficiency of this parameter. After obtaining the results of Phase 1B, were chosen for phase 2 two low coagulant dosages which can promote reduction of turbidity by 85%. Besides the two dosages obtained in phase 1B, in phase 2 were evaluated other three between them. Thus, in phase 2 were studied coagulant doses of 65, 75, 85, 95 and 105 mg/L, each one associated with six doses of each one of the studied polymers. Among the treatments employed, it could be seen that the non-ionic polymer and the cationic polymer were the most efficient for treatment by coagulation associated with tannin in flotation. The set of tannin coagulant dosage and polymer which showed satisfactory removal of parameters was 65 mg/L of Tannin with 2.0 mg/L of cationic polymer, reaching 95.2% removal of turbidity, 83% of color apparent, 49.2% of total phosphorus, COD 80.7% and 87.9% of TSS under the conditions found at the time of testing, for post-treatment of Monjolinho WWTP UASB effluent by flotation.

Os reatores anaeróbios de concepção mais moderna (e.g., UASB e RALEx) possibilitam a remoção de 65 a 75% de matéria orgânica do esgoto sanitário, com custos de implantação e operação relativamente baixos, em comparação com os processos aeróbios convencionais. Entretanto, esses reatores geralmente são pouco eficientes na remoção de nutrientes e seus efluentes podem apresentar concentrações relativamente elevadas de material orgânico e de sólidos suspensos. Para melhorar a qualidade dos efluentes desses reatores, algumas configurações de pós-tratamento têm sido empregadas no Brasil, dentre as quais os sistemas de lodo ativado e a coagulação/precipitação com sais metálicos, geralmente seguida de flotação por ar dissolvido. Nesta pesquisa, foi avaliada a aplicabilidade da coagulação/precipitação com cloreto férrico, a partir de testes em unidades de coagulação em escala de bancada (jar test e flotateste), para três sistemas de pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios, a saber: coagulação/precipitação do efluente de um reator anaeróbio (RALEx); co-precipitação em um sistema de lodo ativado; e pós-precipitação do efluente do sistema de lodo ativado. Cada um desses sistemas foi testado com separação de sólidos por sedimentação ou por flotação por ar dissolvido, constituindo seis distintas configurações de pós-tratamento. O pós-tratamento do efluente do reator anaeróbio por coagulação/precipitação se mostrou uma alternativa viável técnica e economicamente, tanto para a sedimentação quanto para a flotação por ar dissolvido. Os diagramas de coagulação obtidos tanto nos ensaios de sedimentação quanto nos de flotação demonstraram que a coagulação/precipitação do efluente do RALEx ocorria de modo mais eficiente para valores de pH entre 5 e 7. A coagulação/precipitação do licor misto com cloreto férrico também se mostrou uma opção atrativa, propiciando a obtenção de efluente bastante clarificado, com possibilidades de reúso. Nessa opção, obtiveram-se eficiências adicionais (i.e., em relação ao sobrenadante do licor misto) de remoção de turbidez, DQO e fósforo de, respectivamente, 80%, 72% e 85%, com dosagem de 80 mg de \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L (48 mg de \'FE\'\'CL IND.3\'/L). Para a coagulação com cloreto férrico, a flotação não apresentou bons resultados na remoção de turbidez, DQO e fósforo para separação de sólidos do licor misto. O mesmo ocorreu para o efluente final da ETE quando a etapa de separação de sólidos foi a sedimentação. Quando a separação de sólidos foi feita por flotação, obtiveram-se eficiências de remoção de turbidez, DQO e fósforo de, respectivamente, 68%, 53% e 83%, com dosagem de 80 mg de \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L / The anaerobic reactors of modern conception (e.g., UASB and RALEx) remove from 65 to 75% of sanitary wastewater organic matter with relatively low construction, operation, and maintenance costs, in comparison with conventional aerobic processes. Nevertheless, that reactors are usually little efficient in nutrient removal and their effluents may present relatively high organic matter and suspended solid concentrations. In order to improve the quality of effluents from anaerobic reactors, some post-treatment concepts have been employed in Brazil, among which activated sludge systems and coagulation/precipitation with metallic salts, generally followed by dissolved air flotation. In this research, coagulation/precipitation with ferric chloride was assessed using sedimentation and flotation lab-scale test units (jar test and flotateste, respectively) to three post-treatment systems, namely: coagulation/precipitation of effluent from anaerobic reactor; co-precipitation (in the mixed liquor from activated sludge system); and post-precipitation of effluent from activated sludge system. Each system was assessed with solids separation with sedimentation and dissolved air flotation, constituting six different post-treatment scenarios. Coagulation/precipitation of the effluent from the anaerobic reactor showed to be technical and economically attractive, not only for sedimentation but also for dissolved air flotation. Coagulation diagrams obtained in sedimentation and flotation essays showed that coagulation/precipitation of the effluent from RALEX was more efficient when pH values were between 5 and 7. The mixed liquor coagulation/flocculation with ferric chloride were also an attractive option, resulting in a low turbidity effluent suitable for reuse. In this option, additional removals (i.e., in relation to decanted mixed liquor) of turbidity, COD e phosphorus were obtained: 80%, 72% and 85%, respectively, with the dosage of 80 mg \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L (48 mg \'FE\'\'CL IND.3\'/L). Flotation did not presented good results in the removal of turbidity, COD and phosphorus in mixed liquor coagulation/precipitation with ferric chloride. The same was to the effluent from the WWTP when sedimentation was employed in the solids separation step. When solids separation was made using flotation, the removal efficiencies of turbidity, COD and phosphorus were, respectively, 68%, 53%, and 83% for the dosage of 80 mg \'FE\'\'CL IND.3\'.6\'H IND.2\'O/L