Neste trabalho de doutorado utilizou-se um reator anaeróbio em batelada seqüencial contendo biomassa imobilizada em matrizes cúbicas de espuma de poliuretano e agitação mecânica, com volume total de 5.5 L e volume útil de 4.5 L. A agitação do meio líquido foi realizada com quatro tipos de impelidores (turbina tipo hélice, lâminas planas, lâminas planas inclinadas e lâminas curvas, testados individualmente, sempre em número de 3), com 6 cm de diâmetro. A pesquisa foi realizada em quatro etapas experimentais. A etapa 1 objetivou determinar o tempo de mistura no reator para cada tipo de impelidor, ou seja, o tempo necessário para que o meio líquido ficasse totalmente homogêneo. A etapa 2 objetivou selecionar o tipo de impelidor e a respectiva intensidade de agitação que garantisse a minimização da resistência à transferência de massa externa no sistema. As intensidades de agitação testadas variaram de 200 a 1100 rpm, dependendo do tipo de impelidor. A etapa 3 foi realizada com tipo de impelidor e intensidade de agitação definidos na etapa 2, mas variando-se o tamanho da biopartícula (0,5, 1,0, 2,0 e 3,0 cm de aresta). O objetivo desta etapa foi selecionar o tamanho de biopartícula que minimizasse a resistência à transferência de massa interna. De posse das condições operacionais otimizadas (tipo de impelidor, intensidade de agitação e tamanho de partícula de suporte), a etapa 4 constituiu na aplicação das mesmas para o tratamento de um resíduo real, sendo escolhida água residuária de suinocultura. Na etapa 1, os resultados mostraram que os tempos de mistura para todos os tipos de impelidores foram desprezíveis em relação ao tempo total de ciclo. A etapa 2 revelou tempos de partida muito curtos (cerca de 20 dias), em todas as condições testadas, sendo atingidas remoções de DQO próximas de 70%. Além disso, o tipo de impelidor exerceu grande influência na qualidade final do efluente, fato este claramente constatado quando as frações de DQO foram consideradas separadamente (filtrada e suspensa). De acordo com os resultados obtidos na etapa 3, o tamanho da biopartícula teve influência decisiva no desempenho do sistema, nas condições testadas. As velocidades de dissolução foram aparentemente influenciadas pelo empacotamento do leito de espuma, enquanto que o consumo da fração de DQO correspondente às amostras filtradas foi provavelmente influenciado por fatores mais complexos. Finalmente, o teste realizado com resíduo diluído de suinocultura demonstrou que a operação do reator em estudo para o tratamento deste tipo de água residuária é possível. Os dados operacionais mostraram que o reator permaneceu estável durante o período testado. A agitação mecânica provou ser eficiente para melhorar a degradação da DQO suspensa, um dos maiores problemas no tratamento deste tipo de água residuária. Sendo assim, de acordo com os dados experimentais obtidos ao longo do trabalho, pode-se afirmar que a agitação em reatores em batelada mostrou-se importante não somente para proporcionar boas condições de mistura ou melhorar a transferência de massa na fase líquida, mas também para melhorar a solubilização da matéria orgânica particulada, melhorando as velocidades de consumo de matéria orgânica. / The bench-scale anaerobic sequencing batch reactor containing immobilized biomass and provided with mechanical stirring employed in this work had total and useful volumes of 5.5 and 4.5 L, respectively. The biomass was immobilized on cubic polyurethane foam matrices, and the agitation of the liquid medium was provided by four types of impellers (propeller, flat-blade, pitched-blade and curved-blade turbines, individually tested, always in a set of three), with 6 cm of diameter. The research was divided into 4 experimental steps. The first one aimed at determining the mixing time in the reactor for each sort of impeller, i.e., the time necessary for the system to be completely homogeneized. As for the second step, its objective was to choose the sort of impeller and the agitation rate suitable for minimizing the external mass-transfer resistance. The agitation rates tests ranged from 200 to 1100 rpm, depending on the impeller type. The step 3 was carried out utilizing the chosen impeller and agitation rate, but varying the bioparticle size (0.5, 1.0, 2.0 and 3.0 cm of side). The aim of these experiments was to determine the bioparticle size that minimized the solid-phase mass transfer. Using these optimized operational conditions (type of impeller and bioparticle size), the step 4 consisted of the utilization of them in the treatment of a real wastewater (diluted swine manure). As for the results, step 1 showed the mixing times were very low compared to the total cycle times employed in the experiments (8 and 24 h). Very short start-up periods were revealed by the second experimental part (about 20 days in average) for all conditions tested, and the removal efficiencies reached approximately 70%. Besides that, the impeller type exerted great influence on the final quality of the effluent, fact clearly observed when the COD fractions were analyzed separately (filtered and suspended). According to the data obtained in the step 3, the bioparticle size influenced decisively on the performance of the system, in the conditions tested. The bed packing apparently influenced the dissolution rates, whereas the consumption of the COD correspondent to the filtered samples was defined by more complex factors. Finally, the test with the diluted swine manure demonstrated that the operation of this reactor with this type of wastewater is feasible, as the operational data showed the reactor remained stable during all the period tested. The mechanical stirring proved to be efficient to improve the degradation of the suspended COD, one of the major problems in the treatment of this type of wastewater. In this sense, according to the experimental data obtained in this work, it can be affirmed the mechanical stirring in anaerobic sequencing batch reactors showed to be not only important to provide good mixing conditions and improve the liquid phase mass transfer, but also to improve the solubilization of the particulate organic matter and increase the overall organic matter consumption rates.

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).

O objetivo deste trabalho foi estudar a aplicação de reator anaeróbio serial (RAS) no processamento de vinhaça de cana-de-açúcar para a remoção de matéria orgânica e produção de biogás, submetido ao aumento gradativo de carregamento orgânico. Para tanto, foi utilizado um reator composto por quatro câmaras em série denominadas C1, C2, C3 e C4, com capacidade de 5 L cada, totalizando um volume de 20 L. A primeira etapa do trabalho (Etapa 1) consistiu na operação e monitoramento do reator RAS partindo-se da aplicação da carga orgânica volumétrica (COV) de 0,5 kg DQO m-3.d-1 até a obtenção da COV de 2,5 kg DQO m-3.d-1. Na segunda etapa (Etapa 2) foram operados reatores em batelada sequencial, simulando a operação contínua do reator RAS, visando estudar o efeito do aumento de taxas de carregamento orgânico aplicado. O reator RAS operou sob baixos valores de COVglobal e COALglobal aplicados na Etapa 1, obtendo-se máximas de 2,50 kg DQO m-3.d-1 e 0,167 kg STV m-3.d-1, respectivamente. Os resultados obtidos da Etapa 1 indicam satisfatória remoção global média de matéria orgânica na forma de DQO, superiores a 90 %, propiciada pela adaptação da biomassa ao longo dos reatores sequenciais. O metano apresentou-se como o gás predominante na composição do biogás produzido, com valores acima de 75 %, que confirmam o estabelecimento do sistema metanogênico pleno. Em todos os compartimentos dos reatores sequenciais verificou-se maior abundância relativa para os domínios Archaea e Bacteria os gêneros Methanosaeta, produtores de metano e, T78, responsável pela degradação de açúcares, respectivamente. Principalmente para os reatores C3 e C4, observou-se adaptação de algumas populações para ambos os domínios Bacteria e Archaea indicado pelo menor índice de diversidade e aumento da dominância. O aumento das taxas de carregamento orgânico aplicado ao lodo, estipuladas nos ensaios em batelada na Etapa 2, propiciou o aumento dos valores de carga orgânica aplicada para todos os reatores. Com o aumento do carregamento orgânico aplicado, observa-se o aumento e acúmulo de ácidos orgânicos para todas as fases dos ensaios, principalmente o acético. A produção de metano foi significativa na operação dos reatores em batelada, principalmente em C1. De forma geral, os resultados obtidos demonstraram o bom desempenho do processamento da vinhaça de cana-de açúcar em reator compartimentado tipo RAS para a remoção de matéria orgânica e produção de biogás. / The aim of this study was to investigate the application of an anaerobic serial reactor (ASR) in the sugarcane stillage processing for the removal of organic matter and biogas production, submitted to the gradual increase in organic loading rate. ASR reactor consisted of four reactors operated in series (C1, C2, C3 and C4), each with a reaction volume of 5 L (total volume of 20 L). The first step (Step 1) consisted of reactor operation and monitoring; organic loading rate was gradually increased from 0.5 kg COD m-3d-1 up to 2.5 kg COD m-3 d-1. In the second step (Step 2), sequential batch reactors were operated, simulating the continuous ASR reactor operation, aiming to study the effect of the increase of organic load applied to sludge (OLS). The ASR reactor operated under low values of COVglobal and COALglobal applied in Step 1, obtaining a maximum 2.50 kg COD m-3d-1 and 0.167 kg TVS/m-3d-1, respectively. The results obtained from Step 1 indicated satisfactory removal of the global average organic matter in the form of COD more than 90 %, caused by adaptation of the biomass along the sequential reactors. Methane appeared to be the predominant gas in biogas composition, with values above 75%, which confirmed the establishment of the full methanogenic system. In all compartments of the sequential reactors, there was a higher relative abundance for the domains Archaea and Bacteria of the genera Methanosaeta, methane producers, and T78, which is responsible for degradation of sugars, respectively. Especially for the reactors C3 and C4, the adaptation of some populations for both domains Bacteria and Archaea indicated was observed by the lower diversity index and increase in dominance. The increase of the organic loading rates applied to the sludge, as established in the batch tests, increased the organic load values applied to all reactors. With the increase of organic loading applied, an increase in the accumulation of organic acids, mainly acetic, for all stages and the batch tests. Methane production was significant in the operation of batch reactors, mainly in the C1. In general, the results obtained showed good performance of the processing of the sugarcane stillage in serial reactor (ASR) for the removal of organic matter and biogas production.

Nas últimas décadas diversos tipos de meio suporte têm sido propostos para a melhoria da eficiência e/ou aumento da compacidade de reatores biológicos tratando esgoto sanitário. No presente trabalho de doutorado são apresentados os resultados obtidos com a aplicação de um novo tipo de reator biológico anaeróbio de fluxo ascendente com leito de fibras flexíveis aplicado ao tratamento de esgoto sintético. Sua concepção foi motivada pelas dificuldades verificadas em alguns tipos de reatores de leito expandido, os quais ao longo do tempo de operação podem perder suas características hidrodinâmicas iniciais, devido ao acúmulo de biomassa, passando a apresentar expansão não homogênea do leito. A proposta de uso da fibra de nylon como meio suporte se deveu a sua capacidade de atuar como leito flexível - quando fixo em apenas uma de suas extremidades - que, devido á sua flexibilidade, apresenta também características parecidas às de leito móvel. Nesse novo tipo de concepção de leito, a biomassa aderida às fibras flexíveis adquirem forma de longos filamentos, os quais, devido ao próprio escoamento do esgoto e à rotação do eixo em que as fibras são fixadas, permanecem estendidos de modo a proporcionar elevada relação volume/superfície. Essa biomassa na forma de finos filamentos permanece firmemente aderida ás fibras flexíveis, reduzindo o potencial de perda de biomassa juntamente com o efluente e também de possíveis obstruções de poros, comum em leitos granulares. Para o estudo, foi projetada, construída, operada e avaliada durante 458 dias, uma instalação piloto constituída de seis reatores na forma de colunas verticais com escoamento contínuo e ascendente, operando em paralelo. Nesses reatores foram variados parâmetros de configuração e operação, como: i) a densidade de fibras flexíveis que compuseram o leito de fibras flexíveis; ii) a rotação do eixo vertical onde foram fixadas as fibras do leito; iii) o tempo de detenção hidráulica (nas etapas de 1 a 4 foram testados TDH de 9; 6; 4 e 3 horas, respectivamente); iv) a interrupção da rotação em reator em andamento. Foram analisadas as eficiências de remoção de carga orgânica e do perfil vertical dos reatores, assim como foi realizada a avaliação da composição da biomassa encontrada no biofilme, com análise de imagem e microscopia. Os resultados demonstram que a configuração dos reatores forneceram excelentes resultados de remoção de carga orgânica e também se mostraram aptos para se adaptar as variações de vazões aplicadas ao longo do trabalho, sendo observados os melhores resultados na Etapa 1 da fase 1, onde o Reator 2 apresentou eficiência de remoção de 91% de DQO total, 96% de DQO filtrada, 86% de DBO e 60% de SST. Também foi possível observar que os reatores com maiores densidades de fibras apresentaram melhores eficiências e permaneceram mais estáveis em face às características investigadas. Quanto à aplicação de rotação foi possível observar sua interferência positiva sobre a eficiência de remoção dos reatores, principalmente para as densidades de fibras inferiores e que o aumento de sua rotação também trazia melhorias na remoção de carga orgânica. Já para a avaliação da interrupção da rotação foi possível observar a redução de eficiência para os parâmetros avaliados. Também foram analisados três pós-tratamentos do efluente do reator anaeróbio por flotação, sedimentação (com e sem coagulante) e filtração em filtro de fibras flexíveis. O pós-tratamento mais adequado para ser aplicado em conjunto ao reator anaeróbio de fibras flexíveis foi a flotação, por separação (sem adição de coagulante), que apresentou remoção de 71%de turbidez, 51% de cor aparente, 40% de DQO, 25% de DQO filtrada, 34% de fósforo total e 52% de SST. Na avaliação do pós-tratamentos físico-químico mais adequado, a flotação por ar dissolvido apresentou melhores resultados utilizando o coagulante PAC em dosagem de 14 mg.L-1 do princípio ativo de Al2O3, com eficiência de remoção do sistema de 84% de turbidez, 73% de cor aparente, 50% de DQO total e 31% de DQO filtrada, 45% de fosforo total e 62% SST. / In the last decades, many different types of support media have been proposed for improving the efficiency and / or increasing the compactness of biological reactors treating domestic sewage. The results obtained in the application of a new type of up flow anaerobic bioreactor with flexible fibers bed applied to synthetic wastewater treatment are presented in this PhD thesis. Its design was motivated by the difficulties observed in some types of expanded bed reactors, which may lose their initial hydrodynamic characteristics during operation time, due to the biomass accumulation, leading to inhomogeneous bed expansion. The proposed nylon fiber is used as the support media due to its ability to operate as flexible bed - when it is fixed at only one end - which, due to its flexibility, also has characteristics similar to the moving bed. In this new type of bed design, the biomass attached to the flexible fibers acquire the form of long filaments, which, due to the sewage flow and the rotation axis in which the fibers are fixed, remain extended in order to provide high volume /surface ratio. This biomass in the form of fine filament remains firmly attached to the flexible fibers, thereby reducing the potential loss of biomass along with the effluent, as well as possible pore clogging, which are common in granular beds. For this study, a pilot installation consisted of six parallel reactors in the form of vertical columns with continuous upflow was designed, constructed, operated and evaluated for 458 days. In these reactors were varied configuration settings and operation as: i) the density of flexible fibers that composed the bed of flexible fibers; ii) the rotation of the vertical axis where the bed fibers were fixed; iii) the hydraulic retention time (in steps 1 to 4, HDTs of 9, 6, 4 and 3 hours were tested, respectively); iv) interruption of the rotation in the reactor in progress. The organic load removal and the reactors vertical profile efficiencies were analyzed, as well as the biomass composition found in biofilm, with image analysis and microscopy. The results demonstrate that the configuration of reactors provided excellent results of organic load removal and also proved to be able to adapt to variations in flow rates applied during the tests. The best results were observed in Step 1 in phase 1, where the reactor 2 presented removal efficiency of 91% of total COD, 96% of filtered COD, 86% of BOD and 60% of SST. Reactors with higher fiber density presented improved efficiencies and remained more stable, considering the investigated characteristics. The application of rotation was proved to cause a positive interference on the efficiency of the reactors removal, mainly for lower fiber density, and the increase of this rotation also brought improvements in the organic load removal. The rotation interruption caused en efficiency reduction for the evaluated parameters. Three post-treatments of the effluent of anaerobic reactor were analyzed: flotation, sedimentation (with and without coagulant) and filtration on flexible fibers filter in phase 2. The most suitable post-treatment to be applied along with the anaerobic reactor with flexible fibers was the flotation by separation (without addition of coagulant), which presented removal of 71% of turbidity, 51% of apparent color, 40% of COD, 25% of filtered COD, 34% of total phosphorus and 52% of SST. In the evaluation of the most appropriate chemical-physical post-treatment, the dissolved air flotation presented better results when using the PAC coagulant in the dosage of 14 mg.L-1 of the active principle of Al2O3, with removal efficiency of 84% of turbidity, 73% of apparent color, 50% of total COD, 31% of filtered COD, 45% of total phosphorus and 62% of TSS.

O objetivo do presente trabalho foi realizar estudos acerca da degradação anaeróbia de proteínas no tocante à cinética de consumo de substrato e às rotas metabólicas presentes no processo. Inicialmente, realizou-se um estudo comparativo da degradação de efluentes sintéticos em reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLFs) em escala de bancada. Nesse intuito, foi proposto um modelo cinética de primeira ordem de reações em série e paralelo, que permitiu a estimativa dos parâmetros cinéticos das várias etapas do processo estudado. As fontes de carbono nos efluentes sintéticos foram primeiramente compostas por compostos protéicos, tendo sido posteriormente adicionadas fontes de carboidratos e lipídeos à sua composição. Nesse intuito, utilizaram-se duas proteínas, caseína e soro albumina bovina (S.A.B.), e um hidrolisado protéico, peptona. Os resultados preditos pelo modelo cinético proposto apresentaram boa correlação com os dados experimentais e, com isso, foi possível o entendimento dos vários aspectos envolvidos na degradação de compostos protéicos em reatores que apresentam regime de escoamento predominantemente pistonado. A peptona foi mais rapidamente consumida, seguida pela caseína e finalmente pela S.A.B.. A presença de lipídeos nos efluentes sintéticos utilizados se constituiu no maior problema para o processo estudado. Análises de microscopia e biologia molecular mostraram que houve realocação da biomassa nos RAHLFs à medida que foram adicionadas fontes alternativas de carbono aos efluentes sintéticos à base de proteína. As morfologias encontradas foram comuns em todos os ensaios realizados, tendo predominado as semelhantes a Methanosaeta sp., bacilos fluorescentes e não fluorescentes, bacilos curvos e cocos não fluorescentes. Também foram visualizados três tipos de filamentos, espiroquetas e morfologias semelhantes a Methanosarcina sp. A segunda etapa do presente trabalho foi o estudo comparativo do processo de degradação de água residuária proveniente de abatedouro de aves em dois reatores um UASB e um RAHLF. O modelo cinético de primeira ordem se ajustou bem aos dados de decaimento de matéria orgânica em ambos os reatores. Dessa forma, foi possível concluir que no reator UASB, o mecanismo de adsorção do material colóide e solúvel nos grânulos parece ter regulado o processo, resultando em maior velocidade de remoção dessas frações de matéria orgânica. No RAHLF, o que parece ter regulado o processo foi a retenção de sólidos orgânicos, aumentando, dessa forma, a velocidade de remoção dessa fração de matéria orgânica. / This work reports on the anaerobic degradation of proteins from the standpoint of substrate consumption kinetics and metabolic routes. Initially, a comparative study of synthetic effluents in a bench scale horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor was carried out. For this purpose, a kinetic model of irreversible first-order series-parallel reactions with two intermediate products was proposed. This allowed the estimative the kinetic parameters of several steps of the process. The carbon source in the synthetic effluents was composed primarily of casein, peptone and bovine serum albumin (B.S.A.). Then, sources of carbohydrate and lipid were added to the composition. The proposed model fitted the experimental protein degradation data well and allowed the best comprehension of the process. Thus it was possible to understand several aspects about the degradation of the protein substrates utilized in HAIB reactors. In relation to degradation rate, it was concluded that peptone was the most rapidly consumed, followed by casein, and finally BSA. Regarding substrate composition, the major problem for the studied process was the presence of lipids in the synthetics effluents. The results obtained from the microbiological analysis showed that relocation of biomass in the HAIBs reactors happened in correlation with the addition of alternative carbon sources to synthetic protein effluents. In all assays, common morphologies were found. These werepredominantly Methanosaeta sp. - like archaeas, fluorescent bacillus (three types), non-fluorescent bacillus (6 types), curved bacillus and non-fluorescent coccus. Three types of filaments, spirochetes and Methanosarcina sp. - like archaeas were also found. In a second phase, a comparative analysis of the degradation process of wastewater from a poultry slaughterhouse was carried out in two different reactors, one up flow anaerobic sludge blacked (UASB), and one HAIB. The first order kinetic model proposed fitted the experimental organic matter degradation data well in UASB and HAIB reactors treating residual water from avian abattoirs. In the UASB reactor, the adsorption mechanism of the granules for colloid and soluble material seems to regulate the process. This results in a higher rate of removal for these fractions of organic material. However, in the HAIB reactor, what seems to be controlling the process was the retention of organic solids, which increased the removal rate for this fraction of organic material.

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.

Nesse trabalho utilizou-se o reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) para produção de ácidos graxos voláteis (AGVs). O reator, com volume total de 2,38 litros, foi preenchido com partículas de argila expandida e alimentado com substrato sintético à base de glicose. Com concentração de glicose de 2000 mg/L, sem adição de alcalinizante e com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 2 horas, houve produção de ácidos acético, butírico e propiônico. Com a variação do (TDH) de 2 horas para 0,5 hora, em condições idênticas, houve redução da produção do ácido butírico. Na segunda condição testada, em que a concentração da glicose foi 4000 mg/L, a concentração dos três ácidos aumentou, além de ser produzido o ácido capróico. Nas três últimas experimentações, com a glicose a 2000 mg/L e alcalinizada com bicarbonato de sódio, nas concentrações de 0,1000 e 2000 mg/L e TDH em 0,5 hora, as produções do ácido acético e propiônico aumentaram, enquanto que houve diminuição da produção dos ácidos butírico e capróico. A extração dos AGVs foi realizada em coluna de 320 mL de leito, com resina de troca iônica Dowex Marathon A - tipo aniônica base forte de amina quaternária em gel de divinil benzeno-estireno como matriz. O primeiro sistema extratante testado, foi com a resina condicionada na forma \'CL POT. -\' e a eluição foi feita com solução de \'NA\'\'CL\' em várias concentrações. Os percolados apresentaram alto teor de cloreto, inconveniente para as recuperações dos AGVs ou para o seu descarte no ambiente. O sistema testado com a resina condicionada na forma \'OH POT.-\' e a eluição com solução de \'NA\'\'OH\', em pH 13,5, demonstrou ser viável para a extração e concentração dos AGVs, com os fatores de concentração acima de 25, além de 80% do volume do percolado da fixação ser adequado para a devolução ao ambiente. No último teste o sistema utilizado foi o mesmo, com a alimentação apresentando a relação AVTs : sulfato de 1:1,27 e procurou-se fixar a máxima quantidade de AVTs. A eluição foi com solução de \'NA\'\'OH\' em três diferentes valores de pH: 12, 12,5 e 13. A presença do sulfato, nessa relação, dificultou a fixação dos AVs e, na eluição, competiu com os AVs, resultando em baixos fatores de concentração entre 2 e 3. Um volume de 47% do percolado da fixação e outro, de 29% da eluição, apresentou qualidade para o descarte. Na extração com solvente foram testados dois extratantes, a Alamina 336 (tri-octil/decil amina) e a Alamina 304-1 (tri-n-dodecilamina). O melhor sistema extratante, de solução de AVs impurificada com alto teor de sulfato, foi com a Alamina 336 condicionada com ácido nítrico. Entretanto, o consumo do ácido é alto o suficiente para inviabilizar economicamente a extração. Extração em sistema com baixo teor em sulfato e pH igual a 4,0 demonstrou ser técnicamente viável. Todavia, os valores da DQO residual nos refinados aquosos de todos os sistemas impossibilitam a devolução direta ao ambiente. / This work used the horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor in order to produce volatile fatty acids (VFAs). The reactor, filled up with expanded clay particles, had a total volume of 2,38 liters and was fed with glucose based synthetic substrate. Production of acetic, butyric, and propionic acids occurred at an influent glucose concentration of 2000 mg/L without any addition of buffer agent and at a hydraulic retention time (HRT) of 2 hours. A reduction in butyric acid production occurred with the decrease of the HRT from 2 to 0,5 hours, with the reactor operating in identical conditions. In a second test condition, where the influent glucose concentration was increased to 4000 mg/L, the production of the three acids increased, beside the production of caproic acid. In the last three experiments, with influent glucose concentration at 2000 mg/L and buffered with sodium bicarbonate at concentrations of 0,1000 e 2000 mg/L and HRT of 0,5 hours, the production of acetic and propionic acids increased, whereas the production of butyric and caproic acids decreased. VFA extraction was accomplished in a 320 mL bed containing the ionic exchange resin Dowex Marathon A - strong base anionic type of quaternary amine in gel of benzene-styrene divinyl as matrix. The first extractant system was tested with the resin conditioned as \'C L POT.-\' and the elution was done with a solution of \'NA\'\'CL\' at different concentrations. The percolates presented high chloride concentration, which is inconvenient for the recovery of VFA or their release to the environment. On the other hand, the system with resin conditioned as \'OH POT.-\' and the elution with a solution of \'NA\'\'OH\' at pH 13,5 showed to be a viable option for the extraction and concentration of VFA with concentration factors above 25. In addition, the 80% of the volume of the fixation percolate is suitable for the devolution into the environment. The same system was used in the last test, however with the feeding at total volatile acids (TVA): sulfate ratios of 1:1,27 trying to fix the maximal amount of TVAs. The elution was done with \'NA\'\'OH\' at three different pH values: 12, 12,5 and 13. The presence of sulfate at this ration hampered the fixation of the volatile acids (VA) and during the elution competed with the VA, resulting in low concentration factors between 2 and 3. The volume of 47% of the fixation percolate and the volume of 29% of the elution presented good quality for discharge. Two extractants were tested in the extraction tests with solvents: Alamine 336 (tri-octyl/decyl amine) and the Alamine 304-1 (tri-n-dodecylamine). The best extractant system for the VA contaminated with high concentrations of sulfate was the Alamine 336 conditioned with nitric acid. The consumption of acid, however, was high enough to make the extraction economically unfeasible. On the other hand, extractions in systems with low sulfate concentrations and pH of 4 showed to be technically feasible, even though the residual chemical oxygen demand (COD) in the aqueous refined of all systems was too high for their direct devolution to the environment.

Avaliou-se a influência da recirculação da fase líquida e do regime de alimentação em reator anaeróbio no tratamento de esgoto sanitário. Utilizou-se um reator anaeróbio operado em bateladas seqüenciais, contendo biomassa imobilizada (ASBBR), em escala piloto, com volume total de 1,2 \'M POT.3\' (\'fi\' 1,0 m e altura 1,53 m). O leito suporte para a imobilização da biomassa era constituído por matrizes cúbicas de espuma de poliuretano, com 5 cm de aresta, confinadas em cesto de aço inox 304, colocado no interior do reator. A influência da recirculação da fase líquida sobre o desempenho do ASBBR quanto à remoção de matéria orgânica e quanto ao arraste de sólidos foi avaliada submetendo-se o reator às velocidades ascensionais de 1,27; 3,82; 7,64 e 10,18 m/h resultantes das diferentes vazões de recirculação impostas. Contrariamente ao observado em pesquisas anteriores em reatores operados em escala de bancada e alimentados com água residuária sintética, não houve aumento significativo da eficiência do reator com o aumento da velocidade ascensional no tratamento de esgoto sanitário. A influência do regime de alimentação de esgoto sanitário no desempenho do ASBBR foi avaliada submetendo-se o reator a tempos de enchimento correspondentes a 0,25 e 0,5 do tempo total de ciclo, utilizando-se a vazão de recirculação de 6 \'M POT.3\'/h, que foi a que apresentou os melhores resultados nos ensaios anteriores. Concluiu-se que o reator pode ser operado sob batelada alimentada com duração de até 0,5 tempo de ciclo, sem que seu desempenho seja significativamente alterado. Esse resultado é importante, pois representa que o sistema de tratamento composto por reatores ASBBR pode ser projetado com número menor de reatores. A fim de esclarecer dúvidas sobre o desempenho do ASBBR observado no tratamento de água residuária de composição complexa (esgoto sanitário), o reator foi alimentado com água residuária facilmente degradável (etanol). O desempenho do reator foi aquém do esperado, mesmo quando alimentado com composto de fácil degradação. Os ensaios de atividade metanogênica específica (AME) demonstraram que houve decréscimo dos valores de AME com o aumento da velocidade ascensional. Os valores obtidos foram 0,0632; 0,0509; 0,0248 e 0,0299 g DQO-CH4/(g STV.d), respectivamente, para os valores de Va de 1,27; 3,82; 7,64 e 10,19 m/h. Concluiu-se que a baixa eficiência de remoção de matéria orgânica deveu-se ao abaixamento progressivo da atividade metanogênica do lodo, cujas causas não puderam ser completamente esclarecidas nesta pesquisa. / The influence of the liquid phase recirculation and the feeding regimen on the performance of an anaerobic sequencing batch reactor containing immobilized biomass (ASBBR) applied for the treatment of domestic sewage was evaluated. Biomass immobilization was provided by a basket containing cubic polyurethane foam matrices (5 cm side) inside the 1.2 \'M POT.3\' (1.0 m diameter and 1.53 m height) pilot-scale reactor. The influence of the liquid phase recirculation on the reactor performance in respect to organic matter and solids wash-out was verified by subjecting the reactor to a wide range of up flow velocities (1.27; 3.82; 7.64 and 10.18 m/h) resulting from different recirculation flow rates imposed. The increase of the up flow velocity did not increase the efficiency of the pilot reactor as expected. This result contradicts those obtained with bench-scale ASBBR experiments treating synthetic wastewaters. The influence of the feeding regimen was verified by subjecting the reactor to feeding times correspondent to 0.25 and 0.50 of the total cycle time, at the recirculation flow rate of 6 \'M POT.3\'/h. It could be concluded that the reactor can be operated at the feeding batch mode up to 0.5 of the cycle time. This result is important for full scale applications considering that a treatment system composed of ASBBR reactors can be designed using a lower number of units. In order to clear some aspects related to the limited performance of the ASBBR reactor treating a complex wastewater (sewage), the reactor was subjected to an easily degradable wastewater (ethanol). However, the performance was not improved even when the reactor was treating an easily degradable compound. The results from the specific methanogenic activity (SMA) demonstrated a decrease on the values of SMA with the increase of the up flow velocity. The values of SMA were 0.0632; 0.0509; 0.0248 and 0.0299 g DQO-CH4/(g STV.d) for the Va of 1.27; 3.82; 7.64 and 10.19 m/h respectively. It could be concluded that the low efficiency obtained for organic matter removal was due mainly to the progressive decrease of the sludge methanogenic activity. The causes for that behaviour could not be completely explained in this research. It could be concluded that the reactor performance was iv clearly limited by the low productivity of the methanogenic populations present in the biomass.

O propósito do presente estudo foi obter evidências de validade e reprodutibilidade dos limiares de variabilidade da frequência cardíaca (VFC) durante a corrida. Dezenove sujeitos homens, saudáveis e praticantes de corrida (30,4 ± 4,1 anos; 175,9 ± 6,4 cm; 74,3 ± 8,5 kg) foram submetidos a um teste progressivo máximo em esteira rolante com velocidade inicial 5 km.h-1 e incrementos de 1 km.h-1 a cada 3 minutos (1% de inclinação constante) até exaustão voluntária. Todos os indivíduos realizaram o reteste em um intervalo de tempo entre 48 horas e uma semana. Foram realizadas as medidas das trocas gasosas, do lactato sanguíneo e da VFC (plotagem de Poincaré). Os limiares aeróbio (LAe) e anaeróbio (LAn) foram determinados pelos limares de lactato, ventilatórios e da VFC. Para a comparação entre os métodos foi uitlizada ANOVA para medidas repetidas, acompanhada de teste de post hoc de Bonferroni. A reprodutibilidade das variáveis analisadas foram verificadas pela plotagem de Bland-Altman e pelo coeficiente de correlação intraclasse (CCI). Os resultados do presente estudo demonstraram que a velocidade correspondente ao segundo e terceiro modelos utilizados para se determinar o LA pela VFC não eram significativamente diferentes (p > 0,05) do primeiro limiar de lactato e ventilatório. Em relação ao LAn, não foram observadas diferenças significativas nas velocidades correspondentes ao LAn detectado pelos diferentes métodos (p > 0,05). Os valores do CCI estavam entre 0,69 a 0,80 (p < 0,001). Conclui-se que o LAe e o LAn podem ser identificados pela análise da VFC, desde que se utilize os procedimentos empregados na presente investigação / The aim of the present study was to obtain evidences of validity and reliability of the thresholds of heart rate variability (HRV). Nineteen male subjects, healthy and runners (30,4 ± 4,1 years; 175,9 ± 6,4 cm; 74,3 ± 8,5 kg) performed a progressive maximal test on a treadmill with initial velocity 5 km.h-1 e increases of 1 km.h-1 every 3 minutes (1% slope) until voluntary exhaustion. All subjects performed the retest at an interval of time between 48 hours and one week. It was measured gas exchange, blood lactate and heart rate variability (Poincaré plot). The aerobic threshold (AT) and anaerobic (AnT) were determined by lactate, ventilatory and heart rate variability. ANOVA for repeated measures and post-hoc test of Bonferroni was used to compare the methods. To analyze the reproducibility of the variables were used the Bland- Altman plots and intraclass correlation coefficient (ICC). The results of this study show that the velocity at the second and third models employed to determine the AT by HRV were not significantly different (p > 0.05) of the first lactate threshold and ventilatory. Similarly, there were no significant differences in the velocities corresponding to AnT detected by different methods (p> 0.05). The ICC values were between 0.69 to 0.80 (p < 0.001). We conclude that the AT and the AnT can be estimated by HRV analysis, since it utilizes the procedures employed in this study

A pesquisa que ora se apresenta visou estabelecer as condições nutricionais adequadas para o uso do sedimento do estuário de Santos - São Vicente do Estado de São Paulo, como inóculo no reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) no processo de degradação anaeróbia do pentaclorofenol (PCP) em busca da aplicação da tecnologia em escala real, assim como identificar grupos microbianos envolvidos no processo. Para tanto, sedimento do estuário de Santos-São Vicente, com características metanogênicas foi utilizado. Os microrganismos provenientes do sedimento estuarino foram enriquecidos sob condições metanogênicas e halofílicas, visando a utilização do sedimento como inoculo nos ensaios nutricionais e na operação dos reatores do tipo RAHLF. O meio de cultivo salino Biota, suplementado com glicose e formiato, foi utilizado para o desenvolvimento da comunidade microbiana metanogênica halofílica. Testes de degradação do PCP foram realizados previamente sob diferentes concentrações de nitrogênio e fósforo, com vistas a uma melhor compreensão da relação N:P adequada para o processo anaeróbio. Os resultados provenientes do acompanhamento da diversidade microbiana do domínio Bacteria nas diferentes relações testadas indicaram a seleção de distintas comunidades microbianas, resultando em diferentes velocidades de degradação do PCP. A relação N:P de 10:1 foi a que apresentou melhores resultados, pois além da rápida degradação do PCP quando comparada com as outras relações, apresentou a maior diversidade de microrganismos. Posteriormente, o sistema RAHLF foi operado com vazão média afluente de aproximadamente 44 mL/hora, com meio mineral salino Biota (DQO:N:P de 1000:130:45) para R1 e com a alteração para relação DQO:N:P de 1000:10:1 para R2. Duas diferentes estratégias foram adotadas para partida dos reatores. Para R1, optou-se por acrescentar PCP na concentração inicial de 10,0 mg/L, durante 110 dias causando desestabilização da metanogênese e acúmulo de PCP, requerendo intervenção para recuperação do reator pelo período de 90 dias. Na partida do RAHLF 2, optou-se pelo aumento gradual de concentração do PCP de 0,5 mg/L a 12,0 mg/L durante 52 dias. Após estabelecimento da metanogêsenese, R1 foi alimentado durante 270 dias com 5,0 mg PCP/L, durante 41 dias com 8,0 mg/L e 59 dias com 12 mg/L. O balanço de massa no reator RAHLF 1 demonstrou que 0,52% do PCP adicionado saiu no efluente e que não ocorreu adsorção no sistema. 22,34 mg de 2,4,6 TCP, intermediário da degradação do PCP, ficaram adsorvidos na biopartícula. Os resultados das análises de diversidade microbiana apontaram para mudança da comunidade microbiana do domínio Bacteria ao longo do período operacional e morfologias de bacilos fluorescentes semelhantes a Methanobacterium sp estiveram presentes no reator. No RAHLF 2, a degradação do PCP foi de 100%, até a concentração de 10,0 mg/L. No final da fase com 12,0 mg PCP/L, a concentração no efluente foi de 1,4 mg PCP/L, com eficiência média de remoção de 93,2 \'+ ou -\' 5,5%. 2,4,6 TCP foi o intermediário principal no efluente do reator. 4,06% do PCP adicionado ao sistema foram encontradas no efluente e 15,94% ficaram adsorvidas nas biopartículas do reator. Portanto, considera-se que 80% do PCP adicionado sofreu degradação anaeróbia microbiana. A presença dos microrganismos Methanocalcullus e Methanosaeta na fase final de operação do RAHLF 2 e determinadas no sedimento coletado foi considerada fundamental para manter estabilidade do reator. Essa descoberta contribui com informações sobre a real diversidade microbiana de ecossistemas tropicais, sobretudo em habitats anaeróbios, bem como sobre as condições nutricionais e os procedimentos necessários para confiná-la em reatores e usá-la em processos de biorremediação. / The research presented here aimed to determine the optimal nutritional conditions for the use of sediment from the Santos-São Vicente estuary in the state of São Paulo, Brazil, as an inoculum for a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass reactor (HAIB) applied to the anaerobic degradation of pentachlorophenol (PCP), seeking to apply the technology on the real scale and to identify the microbial groups involved in the process. To this end, sediment with methanogenic characteristics from the Santos-São Vicente estuary was used. The microorganisms from the estuarine sediment were enriched under methanogenic and halophilic conditions, aiming to use the sediment as an inoculum in nutritional assays and in the operation of HAIB reactors. Biota saline culture medium supplemented with glucose and formiate was used to develop the halophilic methanogenic microbial community. PCP degradation tests were carried out previously under different concentrations of nitrogen and phosphorus in order to gain a better understanding of the optimal N:P ratio for the anaerobic process. The findings on the microbial diversity of the domain Bacteria at the various ratios tested here indicated the selection of distinct microbial communities, resulting in different PCP degradation velocities. The N:P ratio utilized was 10:1 since it presented the best results not only in terms of faster PCP degradation than the other ratios but also highest diversity of microorganisms. The HAIB reactor was then operated with a mean inflow of approximately 44 mL/hour, using the biota saline mineral medium with a COD:N:P ratio of 1000:130:45 in R1 (reactor 1) and a COD:N:P ratio of 1000:10:1 in R2. Two distinct strategies were adopted to start up the reactors. In R1 PCP was added at an initial concentration of 10.0 mg/L for 100 days, causing destabilization of the methanogenesis and accumulation of PCP, requiring a 90-day intervention for the reactor\'s recovery. To start up R2, the PCP concentration was increased gradually from 0.5 mg/L to 12.0 mg/L for 52 days. After methanogenesis was established, R1 was fed for 270 days with 5.0 mg of PCP/L, followed by 41 days with 8.0 mg/L and 59 days with 12 mg/L. The mass balance in R1 indicated that 0.52% of the added PCP exited through the reactor\'s outflow and that adsorption of the system did not occur. 22.34 mg of 2,4,6 TCP, an intermediary of PCP degradation, was adsorbed in the bioparticles. The results of the analysis of microbial diversity indicated a change in the microbial community of the domain Bacteria along the operational period, with fluorescent bacilli morphologies resembling Methanobacterium sp present in the reactor. PCP degradation in R2 was 100% up to a concentration of 10.0 mg/L. At the end of the phase with 12.0 mg PCP/L, the effluent concentration was 1.4 mg PCP/L, with a mean removal efficiency of 93.2 \'+ or -\' 5,5%. 2,4,6 TCP was the main intermediary in the reactor\'s effluent. 4.06% of the PCP added to the system was found in the effluent and 15.94% was absorbed in the bioparticles of the reactor. Therefore, it was concluded that 80% of the added PCP underwent microbial anaerobic degradation. The presence of Methanocalcullus and Methanosaeta microorganisms in the final operating phase of R2, which was determined in the collected sediment, was considered fundamental for maintaining the reactor\'s stability. This discovery contributes to the body of information about the real microbial diversity of tropical ecosystems, above all in anaerobic habitats, and about the nutritional conditions and procedures involved in confining these microorganisms in reactors and using them in bioremediation processes.