Emissões de N2 e N2O reduzem a eficiência da adubação e podem causar danos ambientais. O método do traçador isotópico (15N) é indicado para medições de N2 e N2O, masnão há relatos de sua utilização no Brasil na quantificação desses gases.O objetivo deste estudo foi adaptar o método do traçador 15N às condições brasileiras para quantificar N2 e N2O derivados do fertilizante aplicado à cana-de-açúcar. Para o ajuste do métodoforam conduzidos três experimentos: um em condições controladas e dois em condições de campo. Em ambiente controlado foram utilizados três solos com diferentes classes texturais. A influência da umidade (40, 60 e 80% da capacidade máxima de retenção de água - CMRA) e da adição ou não de dextrose (500 mgkg-1 de C), foram outros parâmetros avaliados. O K15NO3enriquecido em 23,24% em átomos de 15N foi a fonte de N (100 mg kg-1 de N) utilizada. Os trabalhos de campo foram realizados em Latossolo Vermelho da região de Piracicaba-SP, em área de canade- açúcar sem despalha a fogo. No segundo experimento, foram testadas: fontes de N (15ureia e 15NH4 15NO3, ambos com 31,9% em átomos de 15N); doses de N (55 e 110 kg ha-1); com e sem vinhaça (100 m3 ha-1). No terceiro foram testadas doses de N (70 e 140 kg ha-1)na forma de 15NH4 15NO3; doses de vinhaça (75 e 150 m3 ha-1); com e sem a cobertura de palha (11 Mg ha-1). Em cada experimento, buscou-se aprimorar o protocolo de coleta, preparo e análise dos gases. No primeiro experimento observou-se que somente tratamentos com dextrose emitiram N2O, sendo as emissões aumentadas com a elevação da CMRA de 40 para 60%.Perdas de N (N2 + N2O) do K15NO3variaram de 0,04 a 48,26%. No segundo experimento não foram observadas emissões nos tratamentos com 15ureia. Nos tratamentos com 15NH4 15NO3, somente N2O foi detectado.A vinhaça potencializou as emissões de N2O, mas os fatores de emissão ficaram abaixo de 0,4%. A não detecção do N2 levantou a hipótese que o enriquecimento isotópico dos fertilizantes foi insuficiente para marcar o N2 do interior das câmaras. Então, no último experimento, utilizou-se o 15NH4 15NO3enriquecido a 98 e a 10,43% para as determinações de N2 e N2O, respectivamente. Neste experimento a manutenção da palha intensificou as emissões de N2O proveniente do 15NH4 15NO3; a umidade, a temperatura, o Nmineral e o C-lábil do solo não apresentaram correlações significativas com emissões de N2O. Os fatores de emissão foram inferiores a 0,2%. No último experimento, também não foi detectado o N2, sugerindo que o N2O tenha sido o produto final da desnitrificação nos experimentos de campo. Os resultados mostraram que as adaptações realizadas no método do traçador 15N foram eficazes para a quantificação dos gases. Outras adaptações, entretanto, deverão surgir à medida que a adoção do método do traçador 15N se intensifique no Brasil / N2 and N2O emissions decrease the fertilization efficiency and can cause environmental damages. The 15N tracer method is used to measure N2 and N2O emissions, but there are no reports of its application in Brazil. The objective of the present study was to adapt the 15N tracer method to Brazilian conditions to quantify the N2 and N2O from fertilizers applied in sugarcane crop. Three experiments were conducted to adjusting the method: one in controlled conditions and the others in field. In controlled conditions, three soils with distinct textural class were evaluated. It was measured the moisture content (40, 60 and 80 % of water holding capacity - CMRA) and two levels of dextrose (0 and 500 mg C kg-1). K15NO3 (23.24 atom% 15N) was the N source used (100 mg kg-1). The field experiments were carried out on a RhodicDystrudox in Piracicaba region, Sao Paulo state. In the second experiment, two N sources (urea and NH4NO3, both with 31.9 atom% 15N), two N levels (55 and 110 kg ha-1) and two vinasse addition levels (0 and 100 m³ ha-1) were evaluated. In the third experiment, two N levels (70 and 140 kg ha-1) using 15NH4 15NO3 as N source, two vinasse levels (75 and 150 m³ ha-1) and the presence (11 Mg ha-1) or not of straw covering were evaluated. In each experiment, we try to improve our sampling protocol, gases preparing and analysis based on the limitations detected. In the first experiment, the N2O emissions occurred only in dextrose presence and were increased when the CMRA was raised to 60%. The N losses (N2+N2O) from K15NO3 varied from 0.04 to 48.26%. In the second experiment, it was not observed N2O emission with urea fertilization. In the treatments with NH4NO3 fertilization, it was only observed N2O emission. The vinasse application potentiated the N2O emissions, but the emissions factors were below 0.4 %. We believed that fertilizer isotopic enrichment was not sufficient to label the N2 inside chambers and because of this it was not possible measure N2 emission. So, in the last experiment, we used the 15NH4 15NO3 enriched with 98 and 10.43 atom% 15N to measure the N2 and N2O emission, respectively. In the same experiment, the straw maintenance on soil surface increased the N2O emissions from NH4NO3. The moisture, temperature, N-mineral and the C-labile were not significantly correlated with N2O emissions. The emissions factors were under of 0.2%. In the last experiment, likewise, it was not detected N2 emission, suggesting that the final product from denitrification was N2O in field experiments. Our results showed that adaptations realized in 15N tracer method were effective to quantify gases emissions. However, others adaptations can arise as result of intensification in adoption of 15N tracer method in Brazil

Orientador: Edson Aparecido Abdul Nour / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-17T07:54:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Foco_MarioLuizRodrigues_M.pdf: 3471759 bytes, checksum: 1643f91209e0cdb8cb1ba9502091e4a1 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Sistemas de tratamento concebidos a promover a diminuição das concentrações: de amônia por meio da nitrificação e de Nitrogênio Total (NT) utilizando desnitrificação, são necessidades cada vez maiores para diminuir os impactos causados nos ecossistemas aquáticos quando do aporte de espécies nitrogenadas. Estudou-se o desempenho de um sistema combinado anaeróbio/aeróbio, tratando esgoto sanitário, do complexo hospitalar, da Unicamp, constituído por filtro anaeróbio (FA) seguido de biofiltro aerado submerso (BAS), empregados para a conversão de matéria orgânica e nitrogênio amoniacal, sem a recirculação de biomassa das unidades. A desnitrificação foi avaliada pelo encaminhamento do efluente formado no BAS para o FA, onde em ambiente redutor os doadores de elétrons utilizados foram os compostos orgânicos de rápida biodegradação presentes no esgoto bruto e os ácidos orgânicos formados no processo anaeróbio. O estudo foi dividido em 3 etapas experimentais: 1ª etapa, avaliou-se a conversão de matéria orgânica em dois regimes hidráulicos (TDH total de 23,2 e 20,9 h); 2ª etapa, buscou-se estabelecer o processo e a biomassa relacionada a nitrificação, em dois regimes hidráulicos (TDH total de 18,6 e 13,9 h); 3° etapa, avaliou-se a possibilidade de desnitrificação em dois regimes hidráulicos diferenciados pela ausência e presença de recirculação do efluente tratado pelo BAS, a razão de 0,5 (ambos com TDH total de 18,6 h) A melhor condição operacional (12,1 h no FA e 6,5 h no BAS), apresentou redução das concentrações de DQO, DBO e SST, respectivamente, de 93 ± 3 %, 99 ± 1 % e 98 ± 2 %, com concentrações médias efluentes de 48 ± 9 mg DQO L-1, 5 ± 1 mg DBO L-1 e 3 ± 2 mg SST L-1 (2° etapa), não havendo diferenças significativas (p>0,05) com o desempenho da 3° etapa. Nesta sem recirculação, com TCN de 0,22 ± 0,02 kg N-NH3 m-3 d-1 e TCO de 0,91± 0,31 kg DQO m-3 d-1, alcançou-se nitrificação no BAS de 0,10 ± 0,05 kg N-NO3- m-3 d-1, relação C/N de 4 ± 1,5 e conversão de NH3 de 54 ± 20 %; na 3° etapa com recirculação, com TCN de 0,34 ± 0,05 kg N-NH3 m-3 d-1 e TCO de 0,81 ± 0,16 kg DQO m-3 d-1, alcançou-se nitrificação no BAS de 0,17 ± 0,02 kg N-NO3- m-3 d-1, C/N de 3,4 ± 0,6, conversão de NH3 de 61 ± 20 % e de NT de 43 ± 10 %. No FA em virtude da recirculação de efluente a uma razão de 0,5 a taxa de carregamento de nitrato aplicada foi de 0,024 ± 0,011 kg N-NO3- m-3 d-1 com 89 ± 3 % de conversão. A recirculação do efluente não interferiu na conversão de matéria orgânica, indicando que a configuração e operação proposta está adequada a atender as expectativas sobre sua robustez e possibilidade de reduzir a concentração de carbono orgânico e compostos de nitrogênio, influenciou positivamente em relação a regulação da relação C/N no BAS, porém a recirculação foi insuficiente para promover a regulação da relação C/N-NOx no FA e possibilitar o aumento da conversão de nitrato / Abstract: Treatment systems designed to reduced concentrations ammonia through nitrification and Total Nitrogen (TN) using denitrification, are growing needs to reduce to the impacts on aquatic ecosystems by discharge of nutrients. Evaluated the performance combined anaerobic/aerobic system to treat sewage of the hospital complex, Unicamp, consisting of anaerobic filter (AF) followed by aerated submerged biofilter (ASB) used for the conversion of organic matter and ammonia nitrogen without recirculation of biomass between reactors. Denitrification was evaluated by recirculating part of the effluent formed in the ASB for the AF, in environment reducing where the electron donors used were those organic compounds of rapid biodegradation present in raw sewage and organic acids formed in the anaerobic process. The study was divided into three experimental steps. Step 1, evaluated the conversion of organic matter in two hydraulic regimes (total HRT of 23.2 and 20.9h), step 2, tried to establish the process and biomass related to nitrification in two HRT (18.6 and 13.9h), step 3, evaluated the possibility of denitrification in two HRT distinguished by the absence and presence of recirculation of treated effluent by ASB, ratio of 0.5 (both with HRT of 18.6h) The best operating condition (12.1h in AF and 6.5h in ASB) showed conversion efficiencies of COD, BOD and TSS, respectively, 93 ± 3% 99 ± 1% and 98 ± 2%, with average effluent concentrations of 48 ± 9 mg COD L-1, 5 ± 1 mg L-1 BOD and TSS 3 ± 2 mg L-1 (2nd stage), no differences significant (p>0.05) with the performance of the 3rd step. In this without recirculation, with NLR to 0.22 ± 0.02 kg NH3 m-3 d-1 and OLR 0.91 ± 0.31 kg COD m-3 d-1, was reached in nitrification ASB 0.10 ± 0.05 kg NO3- m-3 d-1, C/N of 1.5 ± 4, and NH3 conversion of 54 ± 20%, while on the 3rd stage with recirculation, with the NLR 0.34 ± 0.05 kg NH3 m-3 d-1 and OLR 0.81 ± 0.16 kg COD m-3 d-1, was reached in ASB nitrification of 0.17 ± 0.02 kg NO3- m-3 d-1, C/N of 3.4 ± 0.6, NH3 conversion of 61% ± 20 and NT 43 ± 10%. In the AF due to the effluent recycle ratio of 0.5 to nitrate loading rate applied was 0.024 ± 0.011 kg NO3- m-3 d-1 with 89 ± 3% conversion. The recirculation did not affect the conversion of organic matter and indicated that the proposed configuration and operation is adequate to meet the expectations of its robustness and ability to reduce the concentration of organic carbon and nitrogen compounds, positively influenced regarding the regulation of C/N ratio in ASB, but this was insufficient to promote the regulation of the C/N-NOx ratio in AF and to increase the conversion of nitrate / Mestrado / Saneamento e Ambiente / Mestre em Engenharia Civil

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:18:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KelianaDantasSantos.pdf: 895385 bytes, checksum: 3acd95bf0a090afc60f2e59780dde652 (MD5) Previous issue date: 2007-02-22 / The environmental conditions in Brazil have been contributing to the development of anaerobic systems in the treatment of wastewaters, especially UASB reactors Upflow Anaerobic Sludge Blanket. In the anaerobic digestion, the organic nitrogen is reduced, to ammonium form, which is not degraded in those conditions. The method more used for nitrogen removal is the biological treatment by nitrification and denitrification. The nitrification is an aerobic process, accomplished by autotrophic bacteria that promote the oxidation of ammonia to nitrite and nitrate. The second stage of the treatment, named denitrification, is a process in which anaerobic bacteria reduce nitrite and nitrate to molecular nitrogen. The classic biological process, for removal of nutrients, use three reactors - Bardenpho System, therefore, this work intends an alternative system, where the anaerobic digestion and the denitrification happen in the same reactor, in this system, is reduced for two, the number of reactors. This work had as objective evaluates the performance of the UASB reactor, in terms of removal efficiency, of bath COD and nitrogen. It was verified that the anaerobic digestion process was not affected, the removal efficiency of organic material expressed in COD, in all the phases, was 71%, removal already expected for a reactor of this type. It was also observed that the denitrification process happened, the removal nitrate efficiencies were, in the first phase, 90% and in the following ones, 50%. Therefore, the denitrification process in reactor UASB is viable. / As condições ambientais do Brasil, principalmente o clima por apresentar altas temperaturas, têm contribuído para o desenvolvimento de sistemas anaeróbios no tratamento de águas residuárias, especialmente reatores UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket,. No processo de digestão anaeróbia, o nitrogênio orgânico é reduzido para a forma amoniacal, a qual não é degradada nessas condições. Nos sistemas de tratamento de águas residuárias, o método mais frequentemente utilizado para remoção de nitrogênio é o tratamento biológico por nitrificação e desnitrificação. A nitrificação é um processo aeróbio, realizado por bactérias autotróficas que promovem a oxidação da amônia para nitrito e nitrato. Na segunda etapa do tratamento, desnitrificação, as bactérias facultativas anaeróbias reduzem nitrito e nitrato a nitrogênio molecular. No processo biológico clássico, para remoção de nitrogênio e fósforo, são necessários três reatores - Sistema Bardenpho. Nesta pesquisa, propõe-se um sistema alternativo, onde a metanização e a desnitrificação acontecem no mesmo reator, sendo o número de reatores, desse sistema, reduzido para dois. Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de um reator UASB, em termos de eficiência de remoção, de DQO e de compostos de nitrogênio. Verificou-se que o processo de metanização não foi prejudicado, pois, a eficiência de remoção de material carbonáceo expresso em DQO, em todas as fases, foi de 71%, remoção já esperada por um reator deste tipo. Também se observou que efetivamente ocorreu o processo de desnitrificação, visto que as eficiências de remoção de nitrato foram, na primeira fase, de 90% e nas seguintes, em média 50%. Portanto, o processo de desnitrificação em reator UASB é viável.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2018-05-30T14:40:38Z No. of bitstreams: 2 Camila Ester Hollas.pdf: 1390526 bytes, checksum: fda6b2a6373f5f1f7bf0cf8b63022b1e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-30T14:40:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Camila Ester Hollas.pdf: 1390526 bytes, checksum: fda6b2a6373f5f1f7bf0cf8b63022b1e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The intensive animal production generates high volume of effluents, which is potentially damaging to the environment, when improperly managed. One of the production chains known for its high pollutant load is the swine production. An alternative of treatment is to remove ammoniacal nitrogen, which is one of the main pollutant, by nutrient biological removal processes. However, for this to occur properly the solid-liquid separation (SLS) becomes a fundamental step, due to the necessity to reduce total solids and its carbon/nitrogen ratio. Therefore, with the solids removal the discrete particles are removed thereby avoiding overload in subsequent treatment steps. In addition, besides the high nitrogen load, swine manure also presents high organic load when compared to sanitary sewage, which makes possible to use nitrification and denitrification processes to remove nitrogen without the need to add external carbon sources. The modified Ludzack-Ettinger system (MLE) is known as an efficient configuration to use this process for nitrogen and carbon removal from effluents. The objective of this study was to evaluate the influence of SLS process in swine manure for nitrogen removal using a MLE system. For such purpose, a MLE system was carried out with continuous feeding and aeration. The system was fed with effluent from a SLS in tapered decanter, with variable hydraulic retention time (HRT) as a function of volumetric organic matter concentration (volatile solids). The study was conducted in three stages (I, II and III), according to three different hydraulic retention times of the decanter (5, 10, and 30 minutes), pre-determined through tests of sedimentation. The system showed high nitrogen removal efficiency in the three phases under study, 99.6, 99.1%, and 96.5% in each respective phases I, II and III, with high total solids concentration reaching the value of 18.45 g L-1 in the third stage. In addition, the average of carbon removal efficiency was 74.8, 86.3, and 86.3% to phases I, II and III respectively. It was possible verify that the carbon (solids) increase has a detrimental effect on the MLE system, since there is an increase in the oxygen consumption and the sludge volume discarded, leading to an inhibitory effect observed in the kinetic data. It was possible to conclude that the proposed SLS technique used is efficient as a pre-treatment before the nitrogen removal from pig slurry in a MLE system. Moreover, settling times shorter than 30 minutes may cause reduction of nitrification and denitrification efficiency, as well as make the treatment system more expensive. / A produção intensiva de animais gera elevado volume de resíduos com potencial causador de impactos ambientais quando não gerenciados corretamente. Nesse sentido, a suinocultura é conhecida pela elevada carga poluente de seus dejetos. Uma das principais alternativas de tratamento do nitrogênio amoniacal, o qual é um dos principais poluentes, é a remoção biológica desse nutriente. Porém, para que esta ocorra corretamente, a separação sólido-líquido (SSL) torna-se uma etapa fundamental, devido à necessidade de reduzirem-se os sólidos totais e a relação carbono nitrogênio para que não haja comprometimento do processo supracitado. Com a remoção dos sólidos, as partículas discretas são removidas, evitando assim a sobrecarga nas etapas subsequentes de tratamento. Os dejetos de suínos, além da alta carga de nitrogênio apresentam elevada carga orgânica, quando comparados com esgoto sanitário, o que viabiliza a utilização do processo de nitrificação e desnitrificação para a remoção de nitrogênio, sem a necessidade de adição de fontes externas de carbono. O sistema Ludzack-Ettinger modificado (MLE) se caracteriza como uma configuração eficiente na remoção de nitrogênio e carbono de efluentes. Nesse sentido, o objetivo deste estudo foi avaliar a influência das técnicas de separação sólido-líquido em dejetos suínos, na remoção de nitrogênio em sistema Ludzack-Ettinger modificado (MLE). Para isto, foi utilizado um sistema MLE com alimentação e aeração contínua. O sistema foi alimentado com efluente proveniente do processo de separação sólido-líquido, em decantador cônico, com TRH variável em função da carga orgânica volumétrica (sólidos voláteis) planejada. O estudo foi conduzido em três fases (I, II e III), em função de três diferentes tempos de retenção hidráulico no decantador (5, 10 e 30 minutos), pré-determinados por meio de testes de sedimentação. O sistema apresentou uma alta eficiência na remoção de nitrogênio nas três fases em estudo, em média de 99,6, 99,1 e 96,5% nas fases I, II e III, respectivamente, e suportou altas concentrações de sólidos, atingindo o valor de 18,45 g L -1, na terceira fase. Além disso, em média a eficiência de remoção de carbono foi de 74,8, 86,3 e 86,3% para as fases I, II e III, respectivamente. Foi possível verificar que o acréscimo de carbono (sólidos) tem um efeito prejudicial sobre o sistema MLE, visto que há um aumento no consumo de oxigênio e no volume de lodo a ser descartado, acarretando em um efeito inibitório, observado com base nos dados cinéticos. Diante desses resultados foi possível concluir que a SSL proposta é eficiente, como pré-tratamento para a remoção de nitrogênio de dejetos suínos em sistema MLE, sendo que tempos de decantação inferiores a 30 minutos podem causar redução na eficiência do processo de nitrificação e desnitrificação, além de encarecer o sistema de tratamento.

Esta tese apresenta os resultados obtidos com a utilização de efluente produzido em digestor hidrolítico de lodo primário, para a remoção de nutrientes em reator em bateladas seqüenciais (RBS) tratando efluente de reator UASB. Assim, foram realizados dois estudos. O primeiro consistiu na verificação da melhor condição operacional para que se alcançasse a maior produção de ácidos graxos voláteis (AGV) em digestor hidrolítico de lodo (DHL), enquanto que, o segundo estudo, consistiu na avaliação do desempenho do RBS na remoção de nitrogênio e fósforo diante da aplicação dos AGV presentes no sobrenadante de lodo hidrolisado, do DHL. Os resultados do primeiro estudo permitiram a verificação de que a produção de AGV no DHL foi proporcional à taxa de aplicação. Foi verificado, também, que a maior produção destes ácidos se deu com a aplicação de tempos de detenção de lodo da ordem de 2 dias. Os resultados do segundo estudo permitiram a verificação de que a relação C/N igual, ou próxima a 3, se mostrou como a mais viável para o processo de desnitrificação, onde, neste caso foram observadas desnitrificações superiores a 70%. Nesta mesma condição, foram observadas remoções de fósforo da ordem de 25%. Entretanto, a utilização do sobrenadante de lodo hidrolisado, e os AGVs nele contido como fonte de carbono, ficou comprometida devido a alta concentração de nitrogênio (predominantemente sob a forma amoniacal) nele presente. O nitrogênio introduzido no RBS, pela adição de sobrenadante de lodo hidrolisado, se manteve inalterado fazendo com que o RBS acabasse por apresentar altas concentrações deste nutriente ao final do ciclo. Portanto, a aplicação deste tipo de fonte de carbono em escala plena para remoção de nutrientes, acabou ficando inviável da forma como se propôs, nesta pesquisa, que fosse realizada. / This thesis presents the results obtained with the use of effluent produced in primary sludge hydrolytic digester for nutrient removal in sequential batch reactor (SBR) treating effluents from an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. Two bench scale studies were developed. The first one consisted in verifying the best operational condition to produce volatile fatty acids (VFA) in the primary sludge hydrolytic reactor; the second one aimed to evaluate the sequential batch reactor (SBR) performances in the removal of nitrogen and phosphorus. In this operational condition, VFA from the liquid phase of the hydrolytic reactor was applied as external carbon source. The results from the first study permitted to verify that the VFA production in the HSR was proportional to the application rate (AR). The best VFA production was obtained for sludge retention time (SRT) of two days. In the second study, the best C/N ratio for the denitrification process was found to be close to 3, with denitrification efficiency higher than 70%. In this condition, phosphorus removal efficiency was approximately 25%. However, nitrogen removal was deeply affected by the high concentration of ammonium nitrogen in the liquid phase of the hydrolyzed sludge that remains unaltered in the SBR. Consequently, the use of such endogenous carbon source for denitrification needs further development in order to be applied in full-scale treatment systems.

O principal objetivo deste trabalho foi a avaliação de estratégias que viabilizassem o uso do metano como doador de elétrons para desnitrificação em ambiente anóxico, visando à aplicação de tecnologia para pós-tratamento de efluente de reatores de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) aplicado no tratamento de esgoto sanitário. O trabalho foi dividido em cinco etapas, sendo que em todas elas o metano foi fornecido como única fonte de carbono orgânico. Na Etapa 1, foram comparados dois inóculos, em reatores em batelada sequenciais (SBR) com biomassa imobilizada. Como inóculo, foi utilizada mistura de sedimento marinho e sedimento de mangue (SED-SBR) ou lodo de reator UASB (LAn-SBR). Na Etapa 2, foram avaliadas estratégias de enriquecimento da comunidade metanotrófica desnitrificante. Para tanto, foram operados dois SBRs: um com biomassa imobilizada (Imob-SBR) e outro com biomassa suspensa (Susp-SBR). Na Etapa 3, foi operado reator contínuo de leito fixo e estruturado e fluxo ascendente (Up-FSBR). Nas etapas 1 e 3, o metano suportou a ocorrência da desnitrificação e da manutenção celular. O consumo das formas nitrogenadas na Etapa 2 foi muito baixo e não foi possível concluir qual a melhor estratégia para enriquecimento da biomassa. Na Etapa 4, a biomassa retirada do Up-FSBR ao final da operação foi submetida a testes de endogenia. Foram operadas bateladas simples e, em cada uma, foi dosada apenas uma das formas nitrogenadas em condições com metano e sem metano. Os resultados mostraram que a redução das formas nitrogenadas é um processo paralelo à oxidação de metano. Na Etapa 5, foi avaliado o consumo de metano e de nitrato em SBR com biomassa suspensa em condições microaeradas e anóxicas. Foi observado que tanto a oxidação do metano quanto a redução do nitrato ocorrem em maior intensidade quando expostos a condições de microaerofilia. A análise dos resultados obtidos permite concluir que os organismos responsáveis pela redução de nitrato (MD) estabeleceram uma relação sintrófica com as bactérias oxidadoras de metano (MM). Observou-se que, quando as bactérias oxidadoras de metano foram estimuladas, a desnitrificação ocorreu em maior intensidade. / This work aimed to develop the methane (CH4) application as electron donor to denitrification under anoxic conditions for post-treatment of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) effluent, applied in sewage treatment systems. The study was conducted in five stages, in which methane was provided as the sole organic carbon source. In Stage 1, methanotrophic denitrification was assessed in Sequencing Batch Reactors (SBR) inoculated with a blend of marine and mangrove sediments (SED-SBR) or anaerobic sludge (LAn-SBR). For both inocula. In Stage 2, strategies for the enrichment of methanotrophic-denitrifying community were evaluated. Two SBRs were operated: in one of them, biomass was immobilized (Imob-SBR) while the other was inoculated with suspended biomass (Susp-SBR). In Stage 3, methanotrophic denitrification was addressed in an Upflow Fixed-Structured Bed Reactor (Up-FSBR). In Stages 1 and 3, methane supported denitrification and cellular maintenance. In Stage 2, the consumption of oxidized nitrogen compounds was too low, and it was not possible to conclude which is the better strategy for enrichment of the methanotrophic-denitrifying community. In Stage 4, the biomass withdrawn from Up-FSBR was subjected to endogeny tests, in batch reactors. In each batch reactor, only nitrite or nitrate was provided, and both methane and methane-free conditions were tested. It was observed that nitrite and nitrate reduction occurred as a marginal process. In Stage 5, methane oxidation coupled to denitrification was assessed under both anoxic and microoxic conditions and both processes were stimulated under the latter. The obtained data suggest denitrifiers established a syntrophic relationship with methane-oxidizers, and when the latter was stimulated, the denitrification also occurred in greater extent.

A remoção de nitrogênio via processos biológicos de nitrificação e desnitrificação foi estudada utilizando-se um reator operado em bateladas seqüenciais submetido a períodos aeróbios e anóxicos. Metano foi adicionado como doador de elétrons na etapa desnitrificante nos períodos anóxicos. Foram testadas diferentes condições operacionais e nutricionais com o objetivo de se alcançar a melhor eficiência de remoção de nitrogênio. Quando o reator operou com elevadas concentrações de biomassa em suspensão (6 g/L), a oxidação completa do nitrogênio amoniacal foi alcançada sob períodos aeróbios de 6 e 3 horas e anóxicos de 16,5 e 4 horas adotados nas etapas 1 e 2, respectivamente. Porém, a desnitrificação foi principalmente associada com o uso de subprodutos metabólicos no lugar do metano. De forma a diminuir o consumo de material endógeno, a biomassa foi imobilizada em material suporte (espuma de poliuretano) e os períodos aeróbios e anóxicos foram diminuídos para 3 horas cada (etapa 3) e posteriormente, 0,5 h e 1,5 h (etapa 4). Nesta última etapa, as maiores eficiências de remoção de nitrogênio, (~35%) foram verificadas somente nos primeiros dias de operação. O processo de desnitrificação utilizando metano como doador de elétrons também foi estudado sob condições anóxicas tendo nitrato e, posteriormente, nitrito como fontes de nitrogênio oxidadas. Nesses experimentos, as eficiências de remoção de nitrogênio foram de 75% e 90%, porém foram obtidos baixos valores de constantes cinéticas aparentes de primeira ordem, \'K IND.NO3\' = 0,007/h e \'K IND.NO2\' = 0,0278/h, respectivamente, para ambos os aceptores de elétrons. Os resultados obtidos a partir de ensaios de número mais provável (NMP) para a quantificação dos organismos metanotróficos resultaram em 5,1 x \'10 POT.3\' (etapa 3, biomassa em suspensão) e 3,5 x \'10 POT.7\' NMP/g sólidos totais voláteis (etapa 4, biomassa aderida). Portanto, a presença de meio suporte para a adesão de biomassa aliado aos ciclos de aeração mais freqüentes favoreceram o crescimento dessas bactérias. Sulfato e cloreto, nas concentrações de, aproximadamente, 100 mg/L, afetaram a eficiência de remoção de nitrogênio quando associado ao processo metanotrófico. Os resultados das análises de biologia molecular revelaram a presença de organismos metanotróficos semelhantes a Methylomonas sp. tanto em amostras de biomassa retiradas do reator quando este operou sob condições desnitrificantes na presença de oxigênio, como também, naquelas retiradas quando o reator operou em condições anóxicas. / Nitrogen removal via biological nitrification and denitrification was studied in a sequencing batch reactor submitted to aerate and anoxic periods. Methane was added as electron donor for denitrification in the anoxic periods. Different operational and nutritional conditions referred to as stages in this text were tested aiming to achieve the best nitrogen removal efficiency. When the reactor operated with high suspended biomass concentration (6 g/L), complete ammonia nitrogen oxidation was obtained in 6 to 3 hours aerobic periods and 16.5 to 4 hours anoxic periods defined for stage 1 and stage 2, respectively. However, denitrification was mainly associated with the use of endogenous metabolic byproducts instead of methane. In order to diminish endogenous material uptake, the biomass was immobilized in support material (polyurethane foam) and aerobic and anaerobic periods were reduced to 3 hours each (stage 3), followed by another reduction to 0.5 and 1.5 hours, respectively (stage 4). The highest nitrogen removal efficiencies (~35 %) were identified in this last stage, but only during the initial days of operation. The denitrification process using methane as electron donor was also studied under anoxic conditions, separately from nitrification by adding nitrate and nitrite as the oxidized nitrogen sources. In these experiments, nitrogen removal efficiencies were of 75% and 90%, but very low first order kinetic constants \'K IND.NO3\' = 0,007/h e \'K IND.NO2\' = 0,0278/h, respectively, were obtained with both the electron acceptors. The most provable number (MPN) tests carried out for methanotrophic bacteria quantification resulted in 5,1 x \'10 POT.3\' MPN/gVSS (stage 3 - suspended biomass) and 3,5 x \'10 POT.7\' MPN/gVSS (stage 4 - attached biomass). Therefore, the presence of a support media for biomass adhesion as well as more frequent aeration cycles enhanced the growth of such bacteria. Sulfate and chloride at concentrations of 100 mg/L, approximately, affected the nitrogen removal efficiency associated to methanotrofic process. The presence of methanotrops identified by molecular biology tests as Methylomonas sp was observed in samples taken from reactor in presence of oxygen and under anoxic operational conditions.

Orientador: Edson Aparecido Abdul Nour / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-26T09:02:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Foco_MarioLuizRodrigues_D.pdf: 4289583 bytes, checksum: d1eb026afe6452cef2dbcf25f6dbef83 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste estudo foi verificado o desempenho de um sistema combinado anaeróbio-aeróbio na remoção de matéria orgânica e de compostos de nitrogênio presentes em esgoto sanitário, por meio da utilização de recirculação do efluente tratado para o início do sistema, de forma a propiciar a desnitrificação sem adição de carbono ou alcalinizante externos. Foram estudados dois tipos de sistemas: Sistema 1 (escala de bancada) composto por filtro anóxico (FA) seguido de biofiltro aerado submerso (BAS) e decantador secundário (DS) com os respectivos volumes: 32,6; 17,6 e 7,2 L; Sistema 2 (escala piloto) constituído por filtro anaeróbio/anóxico (FAA), seguido de BAS e DS com os respectivos volumes: 298,7; 131.5 e 188,5 L. As razões de recirculação (R) utilizadas foram: 0,5; 1,5; 2,0; 3,0 e 4,0. No Sistema 1, com R=4,0 a máxima desnitrificação teórica (D%) possível foi de 86±5%, nessa configuração alcançou-se remoções de demanda química de oxigênio (DQO) e Nitrogênio Total (NT) de 92±4% e 83±8%, respectivamente. No Sistema 2, com R=3,0 o valor da D% possível foi de 78±9%, nessa configuração alcançou-se remoções de DQO e NT de 89±4 e 60±7%, respectivamente. Os resultados indicam a viabilidade do uso da recirculação do efluente tratado, na configuração proposta pelo Sistema 1, como alternativa para remoção de nitrogênio em Estações de Tratamento de Esgoto Combinadas Anaeróbio-Aeróbia, com biomassa imobilizada, uma vez que as concentrações finais de Nitrogênio Total (12±3 mg N L-1) estão abaixo do valor estipulado pela Resolução CONAMA N° 357/2005 / Abstract: This study verified the performance of anaerobic-aerobic combined systems in removing organic matter and nitrogen compounds from sewage by recirculation of treated effluent to the beginning of the system, aiming denitrification without addition of external carbon or alkalinity. System 1 (bench scale) were an anoxic filter (AF) followed by aerated submerged biofilter (ASB) and clarifier with respective volumes: 32.6, 17.6 and 7.2 L. System 2 (pilot scale), were an anaerobic/anoxic filter (AAF), followed by ASB and clarifier with their volumes: 298.7, 131.5 and 188.5 L. The recirculation ratios (R) were 0.5, 1.5, 2.0, 3.0 and 4.0. In System 1, with R=4.0 the maximum theoretical denitrification (D%) possible was 86±5%, and this configuration achieved removals of chemical oxygen demand (COD) and Total Nitrogen (TN) of 92±4% and 83±8%, respectively. In system 2, with R=3.0 the D% possible was 78±9%, and this configuration reached removal of COD and NT of 89±4 and 60±7%, respectively. The results indicate the feasibility of using effluent recirculation, in the System 1 configuration, as an alternative to nitrogen removal in sewage anaerobic-aerobic combined treatment plants, with immobilized biomass, since the final concentrations of Total Nitrogen (12±3 mg N L-1) are below the value established by CONAMA Resolution No. 357/2005 / Doutorado / Saneamento e Ambiente / Doutor em Engenharia Civil

Two ecological models of nitrogen processes in treatment wetlands have been evaluated and compared. These models have been implemented, simulated, and visualized in the Modelica language. The differences and similarities between the Modelica modeling environment used in this thesis and other environments or tools for ecological modeling have been evaluated. The modeling tools evaluated are PowerSim, Simile, Stella, the MathModelica Model Editor, and WEST. The evaluation and the analysis have been performed using McCall’s factors for software quality (McCall et al, 1977), a correlation analysis and the Constant Comparative Method (Glaser&Strauss, 1999). The results show that the modeling tools and the models can both be separated into two categories: Simple Components and Complex Components for the modeling tools, and Simple Models and Complex Models for the models. The major difference between the Simple Components and the Complex Components is the higher possibility of the Complex Components to create and reuse separate components and the higher complexity in these components. The similarities between the categories are that they are consistent, easy to overview and use, if no new components are to be created. The major difference between the Simple Models and the Complex models lies in the number of functions and in the possibility of reuse and expansion. The similarities between all the models are that they are all consequent, logical, valid, specialized, and easy to use if the user has programming skill. To conclude thisthesis, the nitrogen decrease in a constructed treatment wetland can well be simulated using the Nitrification/Denitrification model expressed in Modelica and the MathModelica Model Editor. However, some changes to the Model Editor are recommended to make the creation of the model easier. The most important of these changes are the addition of a tutorial, the ddition of useful error handling and messages, and the removal of unnecessary Visio features.

The Deepwater Horizon (DWH) oil spill in the Gulf of Mexico (GoM) in the spring of 2010 introduced 4.4 million of barrels of oil to the ecosystem. Some biodegradation of the oil occurs when microorganisms, particularly bacteria, metabolize the oil as a carbon source. During this process, the microbes also require nutrients for energy. An introduction of oil at this magnitude has the ability to induce large blooms of microbes, which in turn can affect nutrient concentrations. Microbial petroleum degradation decreases nutrient concentrations, whereas the microbial assimilation and decay of organic matter increase nutrient concentrations. This study assessed whether any changes in nitrate, ammonium, and/or phosphate concentrations from historical levels could be attributed to the oil spill as a result of biodegradation, and how those changes can impact the GoM ecosystem. Nutrient samples were collected at discrete depths throughout the water column, in a cross-shelf transect inland from the spill site outside the DeSoto Canyon, in August 2010, February 2011, and May 2011 (four months to one year after the spill). In August 2010, a subsurface oil plume was found at depths of 1000 m to 1200 m. At the same depth of ~1000 m, a significant decrease in nitrate was observed, indicating the biodegradation of oil by heterotrophic bacteria of the aphotic zone, compared to earlier data during August 2000, when no known oils were present. Overall temporal increases in ammonium and dissolved organic nitrogen (DON) were observed both in near-surface waters and at an intermediate depth of ~400 m next to the walls of the DeSoto Canyon, suggesting an incremental die-off of both plankton and benthic organisms during accelerated recycling of nutrients. Continued decreases of phosphate were observed into February 2011, supporting ongoing biodegradation then as well. By May 2011, however, there were more increases in near-surface ammonium concentrations, compared to April 2000, with the implication that continued interseasonal recycled nitrogen accumulations may have been due to a decadal ecological regime shift, after a combination of top-down overfishing, petroleum perturbations, and/or increases of toxic harmful algal blooms (HABs).