A utilização da tecnologia anaeróbia para tratamento de águas residuárias contendo sulfato foi considerada inadequada até o final da década de 1980, principalmente pela geração de odor desagradável, potencial corrosivo e pela instabilidade causada aos organismos envolvidos no processo de degradação de matéria orgânica. Entretanto, a remoção simultânea e estável de matéria orgânica e sulfato observado em reatores anaeróbios tem incentivado estudos para compreensão e controle do processo. No entanto, ainda existem lacunas sobre a interação das rotas metabólicas para remoção de matéria orgânica e sulfato combinadamente. Diante dessa problemática este estudo teve como objetivo avaliar a remoção de matéria orgânica e redução de sulfato presentes em água residuária sintética pelas vias metanogênica e sulfetogênica combinadas em um reator anaeróbio horizontal de leito fixo com biomassa imobilizada, operado por longo período de tempo, utilizando o etanol como doador de elétrons. Seis fases distintas com diferentes concentrações de sulfato e valor fixo de concentração de matéria orgânica foram adotadas, diminuindo gradativamente a relação DQO/sulfato. O desempenho do reator foi acompanhado por análises físico química do afluente e efluente. A cada troca de fase procedeu-se perfil de concentrações de DQO, sulfato e sulfeto ao longo do reator. Os resultados apontaram que as variações da concentração de sulfato e da relação DQO/sulfato impostas, acarretaram diferenças no desempenho do reator. A degradação da matéria orgânica e remoção de sulfato foram mais eficientes (95,7% e 93,6%, respectivamente) quando a relação DQO/sulfato esteve entre 3 e 1,8. A alta eficiência do reator na remoção de DQO e redução sulfato foram associadas ao sintrofismo e sinergia dos organismos envolvidos na degradação simultânea de DQO e sulfato. A avaliação de relações DQO/sulfato variando de 0,75 a 12,5, ou seja, abaixo e acima das estequiometricamente, evidenciou que as relações de 12,5 e 7,5 favoreceram a metanogênese, enquanto para relações iguais ou menores que 1,0, a sulfetogênese foi uma via importante para remoção de matéria orgânica, durante a redução do sulfato a sulfeto. Durante as fases com DQO/sulfato menor que 1,0, a sulfetogênese foi mantida com eficiência acima de 40%. / Recently (15 - 10 years ago) the simultaneous and stable organic matter removal and biological sulphate reduction from sulphate-rich wastewater in anaerobic reactors has been observed, encouraging studies for understanding and process control. There are gaps on the knowledge of reactors treating wastewater with different COD/sulphate ratio, combining organic matter removal and biological sulphate reduction. This study aimed to evaluate the simultaneous organic matter removal and biological sulphate reduction present in synthetic wastewater by methanogenic and sulphidogenic combined pathways in a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass reactor, operated for a long-term, using the ethanol as electron donor. Six distinct stages were used, with fixed organic matter concentration and different sulphate concentration, gradually decreasing COD/sulphate ratio. The stages 1 and 2 were stages of adaptation to sulphidogenic and the stages 3, 4, 5 and 6 were operation reactor stages. The reactor performance was observed by physical and chemical assays of influent and effluent parameters like pH, sulphate, COD and total alkalinity, sulphide and organic volatile acids only in the effluent. In addition the biological MPN technique was used for the inoculum and final stage for the reactor operation to estimate the number of organisms cells involved in the degradation of the compounds. Profile concentrations of COD, sulphate and sulphide along the reactor were taken. The results has been indicated that imposed variations sulphate concentration and the COD/sulphate ratio, results in difference reactor performance. The organic matter removal by methanogenic and sulphidogenic combined pathways (associated biological sulphate reduction) was efficient (95.7% e 93.6%, respectively) when COD/sulphate ratio was between 3 and 1.8. These high efficiencies obtained for sulphate reduction and organic matter removal at different COD/sulphate ratios were attributed to the intense syntrophism and synergy between to organisms involved in the organic matter removal and biological sulphate reduction. The analyses of the COD/sulphate ratio from 0.75-12.5, below and above the stoichiometrically determined for the degradation of the organic matter in a sulphidogenic pathway, pointed that highest removal efficiency of sulphate was obtained when the COD/sulphate ratio was close to 3. During the stage with COD/sulphate ratio less than 1.0, the sulphidogenisis was maintained with efficiency above 40%.

Foram estudados três procedimentos para o tratamento prévio de amostras provenientes de três sistemas de biodigestão anaeróbia operados com resíduos sólidos urbanos padronizados (RSUDp), com o fim de promover o desprendimento de células microbianas de fibras e outros materiais, e com isso obter um inóculo mais homogêneo para contagens celulares. Os tratamentos foram os seguintes: (a) suspensão de amostras em tampão fosfato e processamento em liqüidificador; (b) homogeneização mecânica e manual de amostras em solução mineral anaeróbia; (c) amostras submetidas a banho de ultra-som. O método do Número Mais Provável (NMP) foi utilizado para avaliar o número de bactérias celulolíticas e arqueas metanogênicas, em meio mineral contendo celulose em pó. Não foram constatadas diferenças entre os três tratamentos empregados, considerando-se os valores encontrados para ambos os grupos, da ordem de 102 células/mL. O tratamento com ultra-som foi escolhido para outras determinações em função da simplicidade quanto à manipulação. Assim, foram operados dois biorreatores anaeróbios com RSUDp para avaliação da reprodutibilidade dos valores das amostras após tratamento com ultra-som, para a determinação do número de microrganismos (celulolíticos, acetogênicos e metanogênicos) e avaliação da atividade microbiana anaeróbia na degradação do RSUDp. Os resultados das contagens de bactérias celulolíticas e arqueas metanogênicas pelo método do NMP em meio contendo celulose não foram superiores a 103 células/mL, e as réplicas foram bastante semelhantes. O aumento do número do grupo metanogênico pôde ser correlacionado com o aumento dos teores de metano no biorreator amostrado. As contagens de organismos acetogênicos e metanogênicos em meio mineral com fontes específicas revelou valores até 103 células/mL. Os tipos morfológicos predominantes nos exames microscópicos dos sistemas de biodigestão foram bacilos curvos, retos, sarcinas e cistos de sarcinas e as amostras dos tubos de contagem mostraram para celulolíticas, bacilos, cocos e sarcinas, para acetogênicas bacilos, bacilos espessos, cocos e cistos de sarcinas e para as arqueas metanogênicas bacilos fluorescentes e sarcinas. A evolução do processo de biodigestão anaeróbia nos dois últimos sistemas operados mostrou-se bastante próxima a proposta por BARLAZ et al. (1989b), em que o número de bactérias celulolíticas e de arqueas metanogênicas aumenta na fase considerada metânica acelerada. O conteúdo de sólidos totais diminuiu em 50% ao longo do processo e os teores de ácidos orgânicos voláteis diminuíram de 27,5 para 8, 79 g de ác. acético/L. / Three different treatments were applied to samples from three anaerobic biodigestion systems operated with standardized municipal solid waste to promote the release of microbial cells adhered to fibers and other materials, resulting in a more homogeneous inoculum to cellular counting. The following treatments were applied to the samples: a) suspension in phosphate buffer followed by blending; b) mechanical and hand homogenization in anaerobic mineral solution; c) sonication in ultrasound bath. The Most Probable Number (MPN) technique was employed to evaluate the populations of cellulolytic bacteria and methanogenic Archaea, in mineral medium containing powdered cellulose. The populations of both groups of microorganisms were close to 102 cells/mL independently of the treatment applied to release the cells and no clear distinction among them could be made concerning their efficiencies. In view of this fact the ultrasound treatment was employed in all other determinations due to its simple execution. Two anaerobic bioreactors operated with standardized municipal solid waste were monitored to evaluate the reliability of sonication as a procedure for cell release, to determine microorganism populations (cellulolytic, acetogenic bacteria and methanogenic Archaea) and to evaluate the microbial anaerobic activity concerning the biodegradation of the standardized municipal solid waste. Cellulolytic bacteria and methanogenic Archaea had similar populations (lower than 103 cells/mL) as well as acetogenic and methanogenic microorganisms (up to 103 cells/mL). The increase in the methanogenic population could be directly related to the increase of methane production in the studied reactor. The morphological types which predominate in the microscopic examinations of the biodigestion systems were curved and straight rods and sarcina. The tubes for MPN countings showed the presence of rods, coccus and sarcina for cellulolytic bacteria; rods, tick rods, coccus and sarcina for acetogenic bacteria and fluorescent rods and sarcina for methanogenic Archaea. The evolution of the anaerobic biodigestion process in the latter two monitored systems was very similar to the one proposed by BARLAZ et al. ( 1989b) where the number of cellulolytic bacteria and methanogenic Archaea increase during the accelerated methane phase. The total content of solids decreased 50% during the process and the volatile acidity decreased from 27,5 g acetic acid/L to 8,79 g acetic acid/L.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-07-28T12:07:38Z No. of bitstreams: 1 Jamile Machado Hallam_.pdf: 1161483 bytes, checksum: 328ee4f618bd889a5e3570f303cdb9de (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-28T12:07:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jamile Machado Hallam_.pdf: 1161483 bytes, checksum: 328ee4f618bd889a5e3570f303cdb9de (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares / O aproveitamento energético obtido pela digestão anaeróbia é uma alternativa viável para o tratamento de resíduos alimentares, no entanto requer um estrito controle operacional. A escolha da melhor condição de partida pelo cálculo da relação substrato/inóculo (S/I) em termos de Sólidos voláteis (SV) pode facilitar estabilização do processo, resultando em elevada produtividade de biogás e teor de metano. Este estudo testou 5 diferentes relações de S/I em regime de batelada a 35oC, visando a estabilidade do processo e otimização da produção de biogás com alto teor de metano. Foi utilizado como substrato o resíduo coletado no restaurante universitário da Unisinos, e o como inóculo o lodo anaeróbio do reator UASB tratando esgoto doméstico da estação de tratamento de esgotos da mesma universidade. Os parâmetros monitorados foram pH, volume de biogás, teor de metano, alcalinidade e ácidos graxos voláteis. Todas as bateladas mantiveram-se dentro da faixa de pH recomendada pela literatura, entre 6,5 e 7,5, com exceção à batelada 5, que utilizou uma relação 1:1 S/I e onde o pH decaiu para 5,0. A produção de biogás em todas as condições estudadas teve sua máxima produção até o terceiro dia de inoculação e foi influenciada pela relação S/I aplicada, pois o aumento da quantidade de SV do substrato aumentou o rendimento e o teor de metano, com exceção da condição 1:1, onde houve a acidificação do sistema. O rendimento de biogás das condições 1:5, 1:4, 1:3, 1:2, 1:1 foram respectivamente 0,69, 0,75, 0,67, 0,89 e 0,18 L/g SV do substrato utilizado, e os teores médios de metano em cada batelada foram 69, 67, 65, 74 58%. Concluiu-se então, que a melhor relação substrato/inóculo para partida do processo foi 1:2, para a qual obteve-se 0,89 L de biogás/g SV do substrato com um teor de metano de 74%, mantendo uma relação AGV/ALC abaixo de 0,5, demonstrando a estabilidade do processo. / The energy recovery acquired through the anaerobic digestion is a viable alternative for treating food waste, though it requires an operational strict control. The choice of the best start up condition athwart the substratum /inoculum (S/I) ratios in terms of volatile solids (VS) may facilitate the process stabilization, resulting in increased production of biogas and methane content. The present study tested 5 different ratios of S/I in batch system at 35ºC, aiming the process stability and the optimization in the raised methane level biogas production. As the substrate, the residue collected at the university restaurant of Unisinos was used, and as inoculum the UASB reactor anaerobic sludge from the sewage wastewater treatment plant at the same university. The monitored parameters were pH, biogas amount, methane content, alkalinity and volatile fatty acids. All of the batches kept within the pH levels recommended by literature, between 6.5 and 7.5, exception to batch 5, which employed a relation of 1:1 substrate/inoculum and in which the pH level declined to 5.0. The biogas production in all of the studied conditions had its utmost production until the third day of inoculation and it was influenced by the S/I ration applied, since the increase of the substratum VS amount raised the yield and the methane content, exception to the condition 1:1 where there was an acidification of the system, and it was considered that the capacity of the commutation of substratum in methane was extrapolated. The biogas yields of the conditions 1:5, 1:4, 1:3, 1:2, 1:1 were, respectively, 0.69, 0.75, 0.67, 0.89 and 0.18 L/g VS of the substratum employed, and the average methane content in each batch were 69, 67, 65, 74 58%. The study shows that the best relation S/I to the process start-up was 1:2, to which it was obtained 0.89 L of biogas/g SV of the substratum with a methane content of 74% keeping the relation AGV/ALC under 0.5, demonstrating stability in the process.

In this study, domestic wastewater was used to determine the anaerobic treatment performances of a dilute wastewater in one-phase upflow anaerobic sludge blanket (UASB) system and two-phase upflow anaerobic filter (UAF) and UASB system. The acidification performances of domestic wastewater were compared in UAF and UASB reactors. The degree of acidification is higher in UAF reactor (31%) compared to UASB reactor (18%) at 2 h hydraulic retention time (HRT) in the anaerobic treatment of domestic wastewaters. The effluent total volatile fatty acid (tVFA) concentration was higher in UAF reactor than that the UASB reactor at 2 h HRT. The total chemical oxygen demand (tCOD) removal is 40% in winter and 53% in summer in UAF reactor at 2 h HRT. The tCOD removals in two-phase UAF and UASB system and one-phase UASB system were 83% and 63%, respectively, in 4 h HRT. The conversion rate of COD removed to methane were between 0.005 and 0.067 Nm3 methane/kg COD removed and between 0.158 and 0.233 Nm3 methane/kg COD removed in the UAF and the UASB reactor of the two-phase system, respectively. The conversion rate of COD removed to methane varied between 0.029 and 0.199 Nm3 methane/kg COD removed in one-phase UASB reactor. The results of this study showed that the two-phase reactor system consisting from UAF and UASB reactors provide a good removal of soluble organics variations in acidification reactor and better methane productions in UASB reactor at temperatures 20&deg / C and 35&deg / C through the treatment of domestic wastewater at a HRT of 4 hours.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:03:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarcellaSLA_DISSERT.pdf: 2551228 bytes, checksum: 0102a63798a5e4ea6258e625c054ceb4 (MD5) Previous issue date: 2012-12-28 / The sludge generated in stabilization ponds can be designed for various purposes, among them we mention agricultural use, recovery of degraded areas and civil construction. The choice of these alternatives should be made based on qualitative and quantitative characteristics of the sludge. In this context, this study characterized the digested sludge from an anaerobic lagoon in Cidade do Natal/RN, which deals exclusively with residues of depleted septic tanks and pits. The sludge showed levels of macro and micronutrients that confirm its potential for agriculture, with 139.49 g.kg -1 organic matter, 15.40 g.kg-1 nitrogen and metal concentrations below those required by Resolution No. 375/06 of CONAMA, besides the absence of fecal coliform and less than 0.15 viable helminthes eggs/g, on average. The particle size distribution showed that most of the particles have a diameter similar to the sand, allowing the replacement of this input, for example. Analysis of the leachate and of the sludge solubilized classified as non-inert and non-hazardous according to NBR 10.004/04. The volume produced in three years of operation by the pond was 1903.50m?, equivalent to approximately 400 kg of dry sludge. Overall, the concentrations of the parameters were similar to literature, although none of them addresses sludge anaerobic pond treating sewer from septic tanks and pits.The sludgepresents technical feasibility to various types of use, however the cost of dewatering and especially with transport can derail it. It needs to be made a more thorough study of the costs to prove its economic viability / O lodo gerado em lagoas de estabiliza??o pode ser destinado para diversos fins, dentre eles citam-se o uso agr?cola, a recupera??o de ?reas degradas e a constru??o civil. A escolha dessas alternativas deve ser feita baseada nas caracter?sticas qualitativas e quantitativas do lodo. Nesse contexto, esse trabalho caracterizou o lodo digerido de uma lagoa anaer?bia na Cidade do Natal/RN, que trata exclusivamente os res?duos esgotados de tanques s?pticos e fossas. O lodo apresentou teores de macro e micronutrientes que confirmam seu potencial para a pr?tica agr?cola, com 139,49 g.kg-1 de mat?ria org?nica, 15,40 g.kg-1 de nitrog?nio e concentra??es de metais inferiores ?s exigidas pela Resolu??o n? 375/06 do CONAMA, al?m de aus?ncia de coliformes termotolerantes e menos de 0,15 ovos de helmintos vi?veis/g. em m?dia. As granulometria mostrou que a maioria das part?culas tem di?metro semelhante ao da areia, permitindo a substitui??o desse insumo, por exemplo. An?lises do lixiviado e do solubilizado classificaram o lodo como n?o inerte e n?o perigoso, de acordo com a NBR 10.004/04. O volume produzido em tr?s anos de funcionamento pela lagoa foi de 1.903,50m?, equivalente a aproximadamente400 kg de lodo seco.De forma geral, as concentra??es dos par?metros foram semelhantes ? literatura pesquisada, embora nenhuma delas aborde lodo de lagoa anaer?bia tratando res?duos esgotados de tanques s?pticos e fossas. O lodo apresenta viabilidade t?cnica para v?rios tipos de uso, por?m os custos com desaguamento e principalmente com transporte podem inviabiliz?-lo. ? necess?rio que seja feito um estudo mais aprofundado dos custos para atestar sua viabilidade econ?mica

De grandes quantités de méthane sont générées dans les sédiments marins, mais l'émission dans l'atmosphère de ce gaz à effet de serre important est en partie contrôlé par oxydation anaérobie de méthane couplé à la réduction de sulfate (SR AOM). AOM-SR est médiée par des méthanotrophes anaérobies (ANME) et bactéries sulfato-réductrices (SRB). AOM-SR est non seulement la régulation du cycle du méthane, mais il peut être utile appliquée pour la désulfuration des eaux usées industrielles au détriment du méthane comme source de carbone. Cependant, il a une bouilloire jambe pour contrôler et comprendre pleinement ce processus, principalement en raison de la lenteur croissante de l'ANME. Cette recherche a étudié de nouvelles approches pour contrôler et enrichiront ANME AOM SR et SRB dans le but final de la conception d'un bioréacteur approprié pour AOM SR à la pression ambiante et la température. Ceci a été réalisé en étudiant l'effet de (i) la pression et (ii) l'utilisation de différents composés du soufre comme accepteurs d'électrons sur AOM, (iii) la caractérisation de la communauté microbienne et (iv) L'identification des facteurs contrôlant la croissance des ANME et SRB .Théoriquement, le méthane des pressions partielles élevées favorisent AOM-SR, en plus de méthane sera dissoute et biodisponible. La première approche impliquait l'incubation d'un sédiments marins peu profonds (lac marin Gravelines) sous des gradients de pression. De manière surprenante, la plus haute AOM-SR activité a été obtenue à basse pression (MPa 00:45), montrant l'actif ANME méthane préféré faible disponibilité sur haute pression (10, 20, 40 MPa). Fait intéressant, ook l'abondance et la structure des différents types de ANME et CVN Piloté par pression.En outre, les micro-organismes présents dans les sédiments d'oxydation anaérobie de méthane ont été enrichies avec du méthane en tant que substrat dans le filtre de percolateur (BTF) aux conditions ambiantes. Autres composés de soufre (sulfate, thiosulfate et en soufre élémentaire) ont été utilisés comme accepteurs d'électrons. Quand a été utilisé comme thiosulfate accepteur d'électrons, son dismutation en sulfate et de sulfure a été la conversion de soufre dominant, mais les taux les plus élevés UTILE AOM-SR ont été enregistrés dans ce BTF. Par conséquent, AOM peut être directement couplé à la réduction ou thiosulfate, ou à la réduction du sulfate produit par le thiosulfate de dismutation. De plus, l'utilisation de thiosulfate a déclenché l'enrichissement ou SRB. D'autres termes, on a obtenu le plus haut ou l'enrichissement ANME Lorsque seul le sulfate a été utilisé comme accepteur d'électrons.Dans un BTF avec du sulfate en tant qu'accepteur d'électrons, tous deux ANME et SRB ont été enrichies à partir de sédiments marins et les flux de carbone à l'intérieur des micro-organismes enrichis ont été étudiés par fluorescence in situ échelle hybridation nanomètres spectrométrie de masse d'ions secondaires (SIMS Nano-FISH). Les résultats préliminaires montrent l'absorption du méthane par un groupe spécifique de SRB.ANME et SRB adaptée aux conditions de sédiments profonds ont été enrichis dans un BTF à la pression ambiante et de la température. Le BTF est une combinaison bioréacteur de démarrage pour l'enrichissement ou lente des micro-organismes en croissance. De plus, peut être utilisé thiosulfate pour activer les sédiments et enrichir la communauté SRB plus d'enrichir la population stratégie ANME pour obtenir une haute AOM SR et plus rapide taux de croissance ANME et SRB pour les applications futures / Large amounts of methane are generated in marine sediments, but the emission to the atmosphere of this important greenhouse gas is partly controlled by anaerobic oxidation of methane coupled to sulfate reduction (AOM-SR). AOM-SR is mediated by anaerobic methanotrophs (ANME) and sulfate reducing bacteria (SRB). AOM-SR is not only regulating the methane cycle but it can also be applied for the desulfurization of industrial wastewater at the expense of methane as carbon source. However, it has been difficult to control and fully understand this process, mainly due to the slow growing nature of ANME. This research investigated new approaches to control AOM-SR and enrich ANME and SRB with the final purpose of designing a suitable bioreactor for AOM-SR at ambient pressure and temperature. This was achieved by studying the effect of (i) pressure and of (ii) the use of different sulfur compounds as electron acceptors on AOM, (iii) characterizing the microbial community and (iv) identifying the factors controlling the growth of ANME and SRB.Theoretically, elevated methane partial pressures favor AOM-SR, as more methane will be dissolved and bioavailable. The first approach involved the incubation of a shallow marine sediment (marine Lake Grevelingen) under pressure gradients. Surprisingly, the highest AOM-SR activity was obtained at low pressure (0.45 MPa), showing that the active ANME preferred scarce methane availability over high pressure (10, 20, 40 Mpa). Interestingly, also the abundance and structure of the different type of ANME and SRB were steered by pressure.Further, microorganisms from anaerobic methane oxidizing sediments were enriched with methane gas as the substrate in biotrickling filters (BTF) at ambient conditions. Alternative sulfur compounds (sulfate, thiosulfate and elemental sulfur) were used as electron acceptors. When thiosulfate was used as electron acceptor, its disproportionation to sulfate and sulfide was the dominating sulfur conversion, but also the highest AOM-SR rates were registered in this BTF. Therefore, AOM can be directly coupled to the reduction of thiosulfate, or to the reduction of sulfate produced by thiosulfate disproportionation. Moreover, the use of thiosulfate triggered the enrichment of SRB. Differently, the highest enrichment of ANME was obtained when only sulfate was used as electron acceptor.In a BTF with sulfate as electron acceptor, both ANME and SRB were enriched from marine sediment and the carbon fluxes within the enriched microorganisms were studied through fluorescence in-situ hybridization-nanometer scale secondary ion mass spectrometry (FISH-NanoSIMS). Preliminary results showed the uptake of methane by a specific group of SRB.ANME and SRB adapted to deep sediment conditions were enriched in a BTF at ambient pressure and temperature. The BTF is a suitable bioreactor for the enrichment of slow growing microorganisms. Moreover, thiosulfate can be used to activate the sediment and enrich the SRB community to further enrich the ANME population as strategy to obtain high AOM-SR and faster ANME and SRB growth rates for future applications

Os efluentes com elevadas concentrações de lipídios, apesar de demonstrarem elevado potencial para produção de metano podem causar inibição da atividade do consórcio anaeróbio, impossibilitando a produção de biogás. O presente trabalho teve como objetivo o estudo de um reator anaeróbio compartimentado (ABR) com cinco compartimentos tratando efluente simulado de laticínio. Para tanto, a biomassa, foi adaptada por 51 dias e em seguida submetida a tempos de detenção de hidráulica (TDH) de 72h, 24h e 12h, tendo o monitoramento se estendido por 340 dias. Enquanto operando com TDH de 24, o sistema foi submetido a choques hidráulicos e de carga orgânica através da diminuição do TDH para 12 h. O reator absorveu bem a carga, e em 36 horas recuperou os valores prévios de eficiência. Quando operou permanentemente com 12 horas, todavia, problemas de flotação de biomassa e obstruções foram constantes. As eficiências de remoção de matéria orgânica alcançadas para cada condição aplicada foram de 92 ± 3,0; 91 ± 1,8 e 90 ± 2,4% para os TDH de 72h, 24h e 12h, respectivamente. Esses valores foram estatisticamente semelhantes (Anova e L-Fisher). A percentagem de metano no biogás aumentou com a redução de TDH, tendo sido 41 ± 23, 53 ± 27 e 62 ± 12% quando os TDH foram 72, 24 e 12 horas, respectivamente. A produção média de alcalinidade foi de 320±25 mg.CaCO3.L-1, sendo esta observada desde o início da operação. A relação média entre alcalinidade intermediária e parcial foi de 0.1±0.06 em amostras coletadas na saída do sistema. Embora apresentando problemas de obstrução com o menor TDH, o ABR foi eficiente, robusto e confiável ao tratar efluente de laticínios, tendo produzido um efluente líquido de alta qualidade e biogás rico em metano. / Effluents with high concentrations of lipids, although demonstrating high potential for methane production represents potential inhibition of the anaerobic consortium activity, depleting the production of biogas. This project was carried out monitoring an anaerobic hybrid baffled reactor with five compartments (ABR) treating simulated dairy wastewater. The biomass, was adapted for 51 days and then subjected to hydraulic retention times (HDT) of 72h, 24h and 12h, resulting in a monitoring period of 340 days. While operating with 24h of HRT, the system was subjected to three organic and hydraulic shock loads, when its HDT was decreased to 12 h. The reactor absorbed the shock within 36 hours, achieving similar efficiencies to the previous condition. Nevertheless, although presenting high organic matter efficiencies, when permanently operating with HDT of 12 h, clogging problems due to biomass flotation were constant. The organic matter removal efficiencies for each operational condition were 92 ± 3%, 91 ± 1.8%, 90 ± 2,4%. Those values were statistically similar. The methane percentage in the biogas increased with the HDT reduction, being 41 ± 23, 53 ± 27, and 62 ± 12% when the HDT were 72, 24 and 12 hours. Alkalinity production was observed since the beginning of operation. The mean relation between intermediate and partial alkalinity was 0.1±0.006 in samples collected in the system output. Although presenting clogging problems with the smallest HDT, the ABR was efficient, robust and reliable when treating dairy effluents, producing a high quality liquid effluent and a methane rich biogas.

Para minimizar os impactos ambientais causados pelo lançamento de formaldeído na natureza, é importante o desenvolvimento de tecnologias adequadas para o seu tratamento. Sistemas aeróbios têm sido utilizados, porém, as opções por tratamento anaeróbio estão tendo cada vez mais aceitação, principalmente pelo baixo consumo de energia e baixa produção de lodo. Por outro lado, substâncias tóxicas podem provocar distúrbios em reatores anaeróbios. Algumas pesquisas já foram desenvolvidas quanto ao tratamento biológico anaeróbio de formaldeído, no entanto, ainda não se chegou a um consenso sobre o seu comportamento ou qual o sistema mais eficaz. Nesse trabalho, avaliou-se a degradação e a toxicidade dessa substância em reator anaeróbio horizontal de leito fixo, a fim de trazer subsídios para essa questão. As concentrações de estudo variaram de, aproximadamente, 30 a 1500 mg/L de formaldeído, atingindo-se as eficiências de remoção de até 99,7 % de formaldeído e 92 % de DQO. A presença de ácidos graxos com até cinco carbonos durante a degradação do formaldeído pode indicar uma rota de degradação diferente da sugerida na literatura, onde os produtos intermediários seriam o metanol e o ácido fórmico. O modelo cinético de Monod foi o que melhor representou os dados experimentais, com \'R IND.max\' POT.app\' = 2,79 x \'10 POT.-3\' HCHO/mg SSV.h e \'K IND.S\' POT. app\' = 242,8 mg HCHO/L. / In order to minimize the environmental impacts caused by formaldehyde discharge in the nature, the development of appropriate technologies for its treatment is important. Aerobic systems have been used, however, anaerobic treatment options have been widely studied, mainly due to low energy consumption and sludge production. On the other hand, toxic substances can lead to disturbances in anaerobic reactors. Some formaldehyde anaerobic biological treatment researches have already been developed, although, there is no consensus about its behavior or which is the most efficient system. Degradation and toxicity of this substance were evaluated in horizontal-flow anaerobic immobilized sludge reactor, with the purpose of producing subsidies for this issue. Formaldehyde concentrations ranging from, approximately, 30 to 1500 mg/L were applied in the reactor and formaldehyde and COD removal efficiencies of 99,7% e 92% were achieved, respectively. Volatile fatty acids with up to 5 carbons, found during the formaldehyde degradation, can indicate that degradation followed different routes than those suggested in the literature, that reports the formation of intermediates such as methanol and formic acid. Monod kinetic model fitted well the experimental data, with apparent kinetic parameters estimated as \'R IND.max\' POT. app\' = 2,79 x \'10 POT.-3\' mg HCHO/mg SSV.h and \'K IND.S\' POT. app\' = 242,8 mg HCHO/L.

Orientador: Edson Aparecido Abdul Nour / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-11T03:49:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castagnato_Renata_M.pdf: 1224635 bytes, checksum: 513cfc1c14b5af1159379a00e5d00297 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O formaldeído é um composto orgânico muito utilizado em diversos setores da indústria e serviços de saúde. Em hospitais e laboratórios de anatomia, ele é empregado em solução de 8 a 10 %, que ao se tornar imprópria para uso, necessita ser disposta adequadamente para não afetar os ecossistemas presentes nos corpos d¿água ou nos processos biológicos das estações de tratamento de esgotos. Pois, dependendo da concentração que o formaldeído se encontra, pode ser extremamente tóxico. O presente estudo teve o objetivo de verificar a tratabilidade de esgoto sanitário contendo formaldeído em um sistema combinado composto de um filtro anaeróbio (FA) seguido de um biofiltro aerado submerso (BAS). O volume útil de cada reator era de 17,6 L e o tempo de detenção hidráulica de 12 h. As concentrações de formaldeído aplicadas ao esgoto sanitário afluente ao sistema foram de 50, 100, 200 e 400 mg L-1, dividas em quatro fases de operação. Durante o monitoramento do sistema, foi verificado que a eficiência de remoção de formaldeído variou de 85,0 a 99,4 %, sendo que a partir do início da segunda fase (quando a concentração aplicada era de 100 mg L-1), a média de remoção foi de 98,0 ± 1,2 %. A média de remoção de DQO, durante as quatro fases de aplicação, foi de 84,4 ± 7,3 %, apesar do formaldeído não ter sido a única fonte de carbono. O valor máximo de carga de formaldeído removida no sistema foi de 0,407 kgm-3 d-1, quando sua aplicação no esgoto bruto era de 0,411 kg m-3 d-1 (concentração de 410,8 mg L-1). Foi observado também que a maior concentração de formaldeído encontrada no efluente tratado pelo sistema foi de 5,8 mg L-1, com valor médio de 1,9 ± 1,4 mg L-1. Houve inibição do processo de nitrificação no BAS a partir de 50 mg L-1 de formaldeído presente no esgoto afluente. Verificou-se que o sistema proposto foi adequado ao tratamento de esgoto sanitário com formaldeído, pois em todas as concentrações do composto aplicado (0 a 410,8 mg L-1), o seu desempenho se manteve estável, principalmente com relação à remoção de DQO e do próprio formaldeído. Palavras-chave: Formaldeído, sistema combinado anaeróbio/aeróbio, filtro anaeróbio, biofiltro aerado submerso, nitrificação, esgoto sanitário / Abstract: Formaldehyde is an organic compound largely used in several industrial sectors and health services, for example in hospitals and anatomy laboratories in a proportion of 8 to 10 %. When it becomes inadequate to be used, this solution must be properly disposed in order not to affect the ecosystems in water streams or in the biological process in the treatment sewage works, because depending on its concentration it can be extremely toxic. This study aims to verify the treatability of domestic wastewater containing formaldehyde in a combined system formed by an Anaerobic Filter followed by a Biological Aerated Filter. Each reactor presented a volume of 17,6 l and 12 h of hydraulic retention time (HRT). This type of system aggregates the advantages of these combined processes: anaerobic and aerobic. The concentration of formaldehyde used in domestic wastewater influent in the system was divided into 4 phases of operation, which corresponded to 50, 100, 200 and 400 mg L-1. The efficacy of removal of formaldehyde in the system varied from 85,0 and 99,4 %, and it must be noted that from the beginning of the 2nd phase (100 mg L-1) the average of removal was 98,0 ± 1,2 %. The average of removal of COD, during the whole 4 phases of operation, was 84,4 ± 7,3 %. It must be said that formaldehyde was not the only carbon source. The removal rate of formaldehyde achieved a maximum of 0,407 kg m-3 d-1, when the applied rate in the system was 0,411 kg m-3 d-1. This fact happened when the concentration of aldehyde in the influent was 410,8 mg L-1. The maximum concentration verified of formaldehyde in the effluent of system was 5,8 mg L-1, with an average of 1,9 ± 1,4 mg L-1. The process of nitrification has been inhibited in the Biological Aerated Filter from 50 mg L-1 of formaldehyde present in the influent. The proposed system was adequate to the treatment of domestic wastewater plus formaldehyde because in all concentration of aldehyde applied (0 a 410,8 mg L-1) its performance was kept stable, mainly in relation to COD removal and formaldehyde itself. Key words: Formaldehyde, combined system anaerobic/aerobic, anaerobic filter, biological aerated filter, nitrification, domestic wastewater / Mestrado / Saneamento e Ambiente / Mestre em Engenharia Civil

A matéria orgânica presente nas águas residuárias representa uma matéria prima barata para integrar o processo de digestão anaeróbia e gerar fontes de energia alternativas, como o hidrogênio. O hidrogênio pode substituir os combustíveis fósseis não renováveis e diminuir as emissões de gases do efeito estufa responsável por grande parte da mudança climática global. A combustão do hidrogênio com o oxigênio produz somente vapor d\'água e representa 2,75 vezes mais conteúdo de energia que qualquer hidrocarboneto. Além disso, os ácidos orgânicos gerados no processo podem ser utilizados como fonte de carbono para a produção de metano, hidrogênio por organismos fototróficos e biopolímeros e, para a remoção de nutrientes biológicos. A produção de hidrogênio tem sido estudada em reatores de crescimento suspenso e de crescimento imobilizado como o reator anaeróbio de manta de lodo (UASB), reator anaeróbio de leito fixo e reator anaeróbio de leito fluidificado. O objetivo desse estudo foi avaliar a produção de hidrogênio e ácidos orgânicos em um reator anaeróbio de leito fluidificado contendo argila expandida como material suporte. O reator tinha 190 cm de altura, 5 cm de diâmetro interno e um volume de 4192 \'CM POT.3\'. O reator foi inoculado com lodo pré-tratado termicamente a 90°C por 10 minutos para o enriquecimento do inóculo acidogênico. O sistema foi operado com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 8, 6, 4, 2 e 1 h e foi alimentado com água residuária sintética contendo 2000 mg/L de glicose. A operação contínua teve duração de 178 dias, e em cada TDH o reator foi operado durante, aproximadamente, 30 dias. A 30°C e pH de 3,8, cerca de 92 a 98% da glicose foi removida. A diminuição do TDH de 8 para 1 h conduziu a um aumento na velocidade média de produção de hidrogênio volumétrico de 0,28 para 1,15 L/h.L, respectivamente. A máxima velocidade de produção de hidrogênio, de 1,15 L/h.L, foi obtida em TDH de 1 h. Em geral, o rendimento de produção de hidrogênio aumentou com a diminuição do TDH, de 1,84 mols \'H IND.2\'/mol glicose em TDH de 8 h para 2,29 mols \'H IND.2\'/mol glicose em TDH de 2 h. O biogás não continha metano e o conteúdo máximo de hidrogênio foi de 37% em TDH de 2 h. Foi observada uma correlação linear entre a velocidade de produção de hidrogênio e a taxa de carregamento orgânico (TCO). Ainda, a TCO máxima de 104 kg/\'M POT.3\'.d não inibiu a produção de hidrogênio. Os maiores metabólitos solúveis foram o ácido butírico (44,64-52,52%) e o ácido acético (41,17-47,48%) com insignificante concentração de etanol (menor do que 10%). A produção de hidrogênio estável e a porcentagem de ácido butírico sobre o ácido acético indicam que o tratamento térmico do lodo foi efetivo e uma típica fermentação do tipo ácido butírico pode ser assegurada por Clostridium. Além disso, foram alcançados bons desempenhos de produção de hidrogênio sob condições de pH em torno de 4,0. / Organic materials in the wastewater can be an inexpensive raw material for integrating fermentation process and suppling renewable energy source such as hydrogen. Nevertheless hydrogen can replace fossil fuels and reduce greenhouse gases responsible for global climate change. The hydrogen combustion with oxygen produces only water vapor and hydrogen gas has 2.75 times the energy content of any hydrocarbons. Furthermore, the volatile fatty acids production can be used as carbon source for methane, photosynthetic hydrogen, bioplastics production and biological nutrients removal. The hydrogen production was carried out in suspend cell system, anaerobic sludge blanket reactor, fixed bed reactors and fluidized bed reactors. The objective of this study was to evaluate the hydrogen and volatile fatty acids production in an anaerobic fluidized bed reactor containing expanded clay like a material to immobilize acclimated anaerobic sludge. The reactor has presented 190 cm high, 5 cm in internal diameter and volume of 4192 \'CM POT.3\'. The reactor was seeded with a heat treated sludge at 90°C for 10 minutes for enriching \'H IND.2\' producing inoculum and supressing methanogens. The system was operated at hydraulic retention time (HRT) of 8, 6, 4, 2 and 1 h and was fed with syntetic wastewater containing 2.000 mg glucose/L. The continuous operation lasted 178 days, and in each TDH the reactor was operated for approximately 30 days. At 30°C and pH 3.8, about 92-98% of glucose was removed. The decrease of HRT from 8.0 to 1.0 led to a marked increase in the mean volumetric hydrogen production rate from 0.28 to 1.15 L/h.L, respectively. The maximum volumetric hydrogen production rate, 1.15 L/h.L, was obtained at HRT of 1.0 h. In general, the hydrogen yield increase from 1.84 mol \'H IND.2\'/mol glucose at HRT of 8.0 h to 2.29 mol \'H IND.2\'/mol glucose at HRT of 2.0 h. The biogas was free methane and the hydrogen content accounted for 37% at HRT of 2.0 h. There was a linear correlation between the hydrogen production rate and the organic loading rate (OLR) and the maximum OLR, 104 Kg/\'M POT.3\'.d, is not expected to inhibit hydrogen production. The major soluble products were butyric acid (44.64- 52.52%) and acetic acid (41.17-47.48%) further ethanol was relatively insignificant (less than 10%). The stable hydrogen production and the percentagen of butyric acid over acetic acid indicated the heat treated sludge was effective and a typical butyrate type fermentation was achieved by Clostridium. In addition, hydrogen production could be performed under pH conditions near 4.0.