Sistemas de aeração são amplamente utilizados em estações de tratamento de esgotos sanitários e efluentes industriais, sendo a configuração mais utilizada os sistemas de lodos ativados. Neste trabalho, buscou-se a implementação e o teste de uma estratégia de controle avançado em um sistema de aeração. Foi utilizado um canal de aeração com recirculação de água como simulação de um tanque de aeração. Para consumir o oxigênio dissolvido na água, foi realizada a dosagem de hipossulfito de sódio na entrada de água do canal. Um algoritmo de controle preditivo tipo QDMC (\"Quadratic Dynamic Matrix Control\") foi implementado. Para estabelecer o \"set-point\" de OD (oxigênio dissolvido) pela manipulação da rotação do soprador de ar, foi utilizado um microcomputador com programação desenvolvida em linguagem C. Foi instalado na saída do canal uma sonda com sensores de OD e temperatura e um inversor de freqüência foi ligado ao soprador, ambos conectados ao microcomputador para armazenamento das informações geradas e envio dos comandos gerados pelo algoritmo de controle. Foram avaliadas a performance e estabilidade da estratégia de controle adotada, mostrando que o controlador desenvolvido é robusto e estável para utilização em sistemas de aeração. Isto indica que é interessante desenvolver o estudo para reatores biológicos operando em estações de tratamento de efluentes. / Aeration systems are widely used in wastewater treatment plants, and the configuration more common is activated sludge plant. In this study, we sought to implement and test an advanced control strategy in an aeration system. We used a channel aeration with recirculation of water as a simulation of an aeration tank. To consume the dissolved oxygen in water was performed dosage of sodium thiosulphate in water entering the channel. A predictive control algorithm type QDMC (\"Quadratic Dynamic Matrix Control\") was implemented. To establish the set-point of DO (dissolved oxygen) by manipulating the rotation of the air blower was used with a microcomputer program developed in C language. It was installed onto the end of channel a sensor of DO and temperature and a frequency converter was connected to the blower, both connected to the computer for storing information generated and transmission of information generated by the control algorithm. We evaluated the performance and stability of the control strategy adopted, showing that the developed controller is robust and stable for use in aeration systems. This indicates that it is interesting to further explore the biological reactors operating in sewage treatment effluents.

Sistemas de aeração são amplamente utilizados em estações de tratamento de esgotos sanitários e efluentes industriais, sendo a configuração mais utilizada os sistemas de lodos ativados. Neste trabalho, buscou-se a implementação e o teste de uma estratégia de controle avançado em um sistema de aeração. Foi utilizado um canal de aeração com recirculação de água como simulação de um tanque de aeração. Para consumir o oxigênio dissolvido na água, foi realizada a dosagem de hipossulfito de sódio na entrada de água do canal. Um algoritmo de controle preditivo tipo QDMC (\"Quadratic Dynamic Matrix Control\") foi implementado. Para estabelecer o \"set-point\" de OD (oxigênio dissolvido) pela manipulação da rotação do soprador de ar, foi utilizado um microcomputador com programação desenvolvida em linguagem C. Foi instalado na saída do canal uma sonda com sensores de OD e temperatura e um inversor de freqüência foi ligado ao soprador, ambos conectados ao microcomputador para armazenamento das informações geradas e envio dos comandos gerados pelo algoritmo de controle. Foram avaliadas a performance e estabilidade da estratégia de controle adotada, mostrando que o controlador desenvolvido é robusto e estável para utilização em sistemas de aeração. Isto indica que é interessante desenvolver o estudo para reatores biológicos operando em estações de tratamento de efluentes. / Aeration systems are widely used in wastewater treatment plants, and the configuration more common is activated sludge plant. In this study, we sought to implement and test an advanced control strategy in an aeration system. We used a channel aeration with recirculation of water as a simulation of an aeration tank. To consume the dissolved oxygen in water was performed dosage of sodium thiosulphate in water entering the channel. A predictive control algorithm type QDMC (\"Quadratic Dynamic Matrix Control\") was implemented. To establish the set-point of DO (dissolved oxygen) by manipulating the rotation of the air blower was used with a microcomputer program developed in C language. It was installed onto the end of channel a sensor of DO and temperature and a frequency converter was connected to the blower, both connected to the computer for storing information generated and transmission of information generated by the control algorithm. We evaluated the performance and stability of the control strategy adopted, showing that the developed controller is robust and stable for use in aeration systems. This indicates that it is interesting to further explore the biological reactors operating in sewage treatment effluents.

Submeteu-se um Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF) de bancada, ao aumento progressivo da concentração de matéria orgânica afluente, e a cargas de choque orgânicas, com o objetivo de verificar-se seu desempenho e estabilidade operacional. O RAHLF foi construído com um tubo de boro-silicato de 100 cm de comprimento, 5,0 cm de diâmetro e 1995 ml de volume total e preenchido com lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de espuma de poliuretano. O reator foi alimentado, inicialmente, com substrato composto principalmente de carboidratos em concentrações, expressas como Demanda Química de Oxigênio (DQO) de, aproximadamente, 200, 1000 e 2000 mg/l. Posteriormente, os carboidratos foram substituídos por metanol e ácidos voláteis, em concentrações totais, aproximadas, de 2000, 3000, 4000 e 5000 mg DQO/l. Atingido o estado estacionário para cada condição operacional, foram aplicadas cargas de choque, aumentando-se em três vezes o valor da DQO afluente, durante período equivalente ao tempo de detenção hidráulica (sete horas). O sistema apresentou problemas operacionais durante os experimentos com carboidratos, quando submetido a 2000 mg DQO/l, correspondente à taxa volumétrica de carregamento orgânico de 8,77 KgDQO/m3.d. Não foi verificado qualquer problema operacional durante os experimentos com substrato contendo metanol e ácidos voláteis, e o reator apresentou eficiência de remoção de DQO superior a 90%. Para o experimento com DQO afluente igual a 2000 mg/l, os parâmetros cinéticos foram estimados a partir de modelo cinético de 1ª ordem, obtendo-se valor de k1 igual a 0,049 h-1, nos demais experimentos ajustou-se modelo cinético de 2ª ordem com valor médio de k2 equivalente a 2,0 x 10-4 l/mg.h Foram aplicadas cargas de choque orgânicas equivalentes a, aproximadamente, 17; 27; 40 e 47 kgDQO/m3.d. Os efeitos das sobrecargas orgânicas no reator foram transientes em todos os casos, tendo o reator voltado à condição inicial em, no máximo, 15 horas após o início das sobrecargas. / A Horizontal flow Anaerobic lmmobilized Sludge Reactor (HAIS) was subjected to progressively increasing concentrations of organic effluent material and to organic shock loads with the purpose of investigating its operational performance and stability. The HAIS, consisting of a 100 cm long, 5 cm diameter borosilicate tube with a total volume capacity of 1995 mL, was filled with anaerobic sludge immobilized in foam and polyurethane matrixes. The reactor was initially fed with a substrate composed mainly of carbohydrates in concentrations, expressed as Chemical Oxygen Demand (COD), of approximately 200, 1000 and 2000 mg/L. These carbohydrates were later replaced by methanol and volatile acids in total concentrations of 2000, 3000, 4000 and 5000 mg COD/L. Shock loads were applied after each operational condition became stationary, with the effluent COD tripled for a period equivalent to the hydraulic detention time (seven hours). The system presented operational problems during the experiments with carbohydrates when subjected to 2000 mg DQO/l, which corresponded to a volumetric organic load index of 8,77 Kg COD/m3.d. No operational problems were detected during the experiments with substrates containing methanol and volatile acids, and the reactor presented a COD removal efficiency of over 90%. The kinetic parameters for the COD effluent with 2000 mg/L were estimated based on a first arder kinetic model, which resulted in a k1 value of 0,049 h-1, while a kinetic model of the second order was used for the remaining experiments, with a mean value of k2 equivalent to 2,0 x 10-4 L/mg.h. Organic shock loads of approximately 17; 27; 40 and 47 kg COD/m3.d were applied. The effects of the organic overloads on the reactor were transient in every case, with the reactor returning to its initial condition at the most 15 hours after the beginning of the overloads.

Submeteu-se um Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF) de bancada, ao aumento progressivo da concentração de matéria orgânica afluente, e a cargas de choque orgânicas, com o objetivo de verificar-se seu desempenho e estabilidade operacional. O RAHLF foi construído com um tubo de boro-silicato de 100 cm de comprimento, 5,0 cm de diâmetro e 1995 ml de volume total e preenchido com lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de espuma de poliuretano. O reator foi alimentado, inicialmente, com substrato composto principalmente de carboidratos em concentrações, expressas como Demanda Química de Oxigênio (DQO) de, aproximadamente, 200, 1000 e 2000 mg/l. Posteriormente, os carboidratos foram substituídos por metanol e ácidos voláteis, em concentrações totais, aproximadas, de 2000, 3000, 4000 e 5000 mg DQO/l. Atingido o estado estacionário para cada condição operacional, foram aplicadas cargas de choque, aumentando-se em três vezes o valor da DQO afluente, durante período equivalente ao tempo de detenção hidráulica (sete horas). O sistema apresentou problemas operacionais durante os experimentos com carboidratos, quando submetido a 2000 mg DQO/l, correspondente à taxa volumétrica de carregamento orgânico de 8,77 KgDQO/m3.d. Não foi verificado qualquer problema operacional durante os experimentos com substrato contendo metanol e ácidos voláteis, e o reator apresentou eficiência de remoção de DQO superior a 90%. Para o experimento com DQO afluente igual a 2000 mg/l, os parâmetros cinéticos foram estimados a partir de modelo cinético de 1ª ordem, obtendo-se valor de k1 igual a 0,049 h-1, nos demais experimentos ajustou-se modelo cinético de 2ª ordem com valor médio de k2 equivalente a 2,0 x 10-4 l/mg.h Foram aplicadas cargas de choque orgânicas equivalentes a, aproximadamente, 17; 27; 40 e 47 kgDQO/m3.d. Os efeitos das sobrecargas orgânicas no reator foram transientes em todos os casos, tendo o reator voltado à condição inicial em, no máximo, 15 horas após o início das sobrecargas. / A Horizontal flow Anaerobic lmmobilized Sludge Reactor (HAIS) was subjected to progressively increasing concentrations of organic effluent material and to organic shock loads with the purpose of investigating its operational performance and stability. The HAIS, consisting of a 100 cm long, 5 cm diameter borosilicate tube with a total volume capacity of 1995 mL, was filled with anaerobic sludge immobilized in foam and polyurethane matrixes. The reactor was initially fed with a substrate composed mainly of carbohydrates in concentrations, expressed as Chemical Oxygen Demand (COD), of approximately 200, 1000 and 2000 mg/L. These carbohydrates were later replaced by methanol and volatile acids in total concentrations of 2000, 3000, 4000 and 5000 mg COD/L. Shock loads were applied after each operational condition became stationary, with the effluent COD tripled for a period equivalent to the hydraulic detention time (seven hours). The system presented operational problems during the experiments with carbohydrates when subjected to 2000 mg DQO/l, which corresponded to a volumetric organic load index of 8,77 Kg COD/m3.d. No operational problems were detected during the experiments with substrates containing methanol and volatile acids, and the reactor presented a COD removal efficiency of over 90%. The kinetic parameters for the COD effluent with 2000 mg/L were estimated based on a first arder kinetic model, which resulted in a k1 value of 0,049 h-1, while a kinetic model of the second order was used for the remaining experiments, with a mean value of k2 equivalent to 2,0 x 10-4 L/mg.h. Organic shock loads of approximately 17; 27; 40 and 47 kg COD/m3.d were applied. The effects of the organic overloads on the reactor were transient in every case, with the reactor returning to its initial condition at the most 15 hours after the beginning of the overloads.

This thesis is focused on two environmental issues. The first one is the recovery of different wastes, such as sewage sludge and fly ashes, and the second one is related to the removal of odour causing compounds which are generated in the same waste water treatment plant (WWTP), like NH3 and H2S. Direct alkaline activation with NaOH and KOH of two sludges which have different specific treatments in the sewage sludge line, has been studied, and it has been compared with the activation of their chars. Two different heating mechanisms were applied: conventional heating and microwave oven heating. All the sewage sludge-derived materials are tested for NH3 removal adsorption experiments. On the other hand it has been studied the preparation of adsorbents by mixing on sewage sludge with fly ashes heated in a microwave oven. The materials adsorbents have a limited development of porosity and are tested for H2S removal. / Esta tesis se centra en dos problemáticas medioambientales. Una es la valorización de residuos, como son los lodos de depuradora y cenizas volantes, y la otra incide en la eliminación de compuestos causantes de malos olores que se generan en las estaciones depuradoras de agua residual (EDARs), como son el NH3 y el H2S. Se ha estudiado la activación alcalina directa con NaOH y KOH de dos lodos, que emplean procesos diferentes en su línea de lodos, y se ha comparado con la activación de sus respectivos pirolizados, usando dos tipos de calentamiento: convencional y microondas. Todos estos materiales se han aplicado a la eliminación de NH3. Por otro lado se estudió la obtención de adsorbentes a partir de un lodo mezclado con distintas proporciones de cenizas volantes en un horno microondas. Estos materiales presentan un desarrollo de la porosidad limitado, y han sido empleados para la eliminación de H2S.