Submitted by Maria Beatriz Vieira (mbeatriz.vieira@gmail.com) on 2017-08-29T13:41:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_giana_carla_gaboardi.pdf: 846790 bytes, checksum: 476ac8accf8427c699effbc54192a57d (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-08-29T19:50:59Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_giana_carla_gaboardi.pdf: 846790 bytes, checksum: 476ac8accf8427c699effbc54192a57d (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-08-29T19:51:06Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_giana_carla_gaboardi.pdf: 846790 bytes, checksum: 476ac8accf8427c699effbc54192a57d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T19:51:13Z (GMT). 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O cultivo de leveduras em efluentes tem sido empregado como forma de tratamento, gerando simultaneamente biomassa que pode ser usada como probiótico ou fonte de proteína unicelular. A levedura Saccharomyces boulardii é capaz de crescer em efluente de arroz parboilizado quando este é suplementado com uma fonte extra de carbono. O objetivo deste estudo foi avaliar o uso de Saccharomyces boulardii no tratamento do efluente de arroz parboilizado e a produção de biomassa. Realizaram-se ensaios para a seleção de um meio de cultivo de Saccharomyces boulardii, testando a adição de sacarose ou glicerol de biodiesel ao efluente da parboilização de arroz, coletado em uma indústria de beneficiamento de arroz. Os melhores resultados obtidos foram no cultivo em efluente suplementado com 1% de sacarose, que gerou viabilidade celular de 2,4 x 108 UFC.mL-1 e a remoção de 72% do fósforo, 50% do nitrogênio (N-NTK) e 56% da demanda química de oxigênio (DQO) em 24 h de cultivo. A partir do meio de cultivo selecionado, analisou-se em biorreator o crescimento e a produção de biomassa da levedura e sua influência na redução de parâmetros ambientais. Após 48 h de cultivo, foi produzido 3,8 g.L-1 de biomassa e 1,8 x 10 11 UFC. L-1. A eficiência de remoção foi de 74% da DQO e 78% do fósforo, alcançando as taxas de remoção de fósforo estabelecidas pelo Conselho Estadual do Meio Ambiente (CONSEMA 128/06). Além disso, a biomassa seca produzida e a viabilidade celular alcançada permitiriam obter probiótico suficiente para adicionar a 36 toneladas de ração a cada tonelada de grão processado. Estes resultados ressaltam os benefícios do cultivo de Saccharomyces boulardii em efluente de arroz parboilizado suplementado com sacarose como sistema de tratamento e produção de probiótico. / Brazil produced 12.2 million tons of paddy rice in 2013/2014, and the south region was responsible for 60% of the production. The parboiled rice represents 50% of the national rice exports and about 20% of the total rice sold in Brazil. During the parboiling process are generated 2 liters of effluent per kilo of processed grain, generating large volumes of effluent which contains nutrients such as nitrogen and phosphorus, and organic matter. The treatment methodologies used for the treatment of this effluent are aerobic and anaerobic lagoons, activated sludge, chemical precipitation and UASB reactors. Cultivation of yeasts in wastewater has been used as a treatment technique while generating biomass that can be used as probiotic or unicellular protein source. The yeast Saccharomyces boulardii is able to grow in parboiled rice effluent when it is supplemented with extra carbon source. The aim of this study was to evaluate the use of Saccharomyces boulardii on treatment of parboiled rice effluent and biomass production. Trials were carried out for the medium selection to Saccharomyces boulardii cultivation, testing the addition of sucrose or glycerol by-product of biodiesel industry into parboiled rice effluent, collected in a rice processing industry. The best results obtained were on cultivation in effluent supplemented with 1% sucrose, generating 2.4 x 108 CFU.mL-1 of cell viability and phosphorus, nitrogen and COD removal of 72%, 50% and 56%, respectively, after 24 h of culture. After medium selection, the cell growth, yeast biomass production and its influence on the reduction of environmental parameters was analyzed in bioreactor. After 48 h of culture, it was produced 3.8 g L-1 of biomass and 1.8 x 10 11 CFU. L-1. The removal efficiency was 74% for COD and 78% for phosphorus, reaching the phosphorus removal rates required by Conselho Estadual do Meio Ambiente (CONSEMA 128/06). Furthermore, the produced dry yeast biomass and cell viability reached would allow to obtain sufficient probiotics to add to 36 tons of feed for each ton of processed grain. These results show the advantages of Saccharomyces boulardii cultivation in parboiled rice effluent supplemented with sucrose as a treatment system and production of probiotic.

Este trabalho buscou verificar a viabilidade do uso de fermentado de glicerol como fonte externa de carbono para a remoção biológica de nutrientes em um reator de leito estruturado, submetido à aeração intermitente (LEAI). O LEAI foi alimentado com efluente de reator UASB de bancada, usado no tratamento de esgoto sanitário. O reator LEAI possuía volume total de 12,3L e, devido às hastes cilíndricas verticais de espuma de poliuretano usadas como suporte para a biomassa, o volume útil foi de 8,6 L. Inicialmente, o reator foi operado sob aeração contínua com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 24 horas e razão de recirculação de efluente igual a 3 para desenvolvimento de biomassa nitrificante no reator. Após a eficiência de nitrificação atingir 80%, o reator passou a ser operado com TDH de 12 horas e sob aeração intermitente, mantendo-se a razão de recirculação igual a 3. Foram então realizadas 4 fases em modo contínuo sob aeração intermitente (tempo de aeração/tempo sem aeração) de 2h/1h sem glicerol, 3h/1h sem glicerol, 2h/1h com glicerol, 3h/1h com glicerol. A adição de glicerol fermentado ocorreu somente durante os períodos não aerados. Em todas as fases, a DQO média efluente ao sistema variou entre 26±8 e 59±14 mg.L-1. Em relação à remoção de nitrogênio total (como NTK), verificou-se a baixa eficiência de remoção nas fases em que não houve a adição do fermentado, atingindo 49,6±13,5% (2h/1h) e 29,2±10,1% (3h/1h). Entretanto, nas fases em que houve a inserção do glicerol, as eficiências de remoção de N-total foram superiores, obtendo-se 64,9±21,6% (2h/1h) e 69,5±11,7% (3h/1h). Não foi observada remoção de fósforo em nenhuma das fases em que o reator foi operado com alimentação contínua. A fim de verificar a eficácia do fermentado de glicerol na remoção de N e P, o sistema foi modificado para que o reator LEAI operasse em bateladas sequenciais (RSB). Nessa etapa da pesquisa, observou-se o estabelecimento da comunidade acumuladora de fósforo no sistema, obtendo-se eficiência de remoção de fósforo de 56,1±8,5%. A eficiência de remoção de nitrogênio total também aumentou, atingindo 86,2±6,2%. Concluiu-se que o fermentado do glicerol apresenta potencial significativo para uso como fonte exógena de carbono no processo de remoção de fósforo e N-total. Concluiu-se também que, embora o glicerol fermentado contenha compostos favoráveis à remoção de fósforo em reatores de leito estruturado, a alimentação contínua do reator com aeração intermitente, não promove as condições ideais para o estabelecimento de processo estável de remoção de fósforo. No entanto, a elevada eficiência de oxidação de NTK, de remoção de matéria orgânica e de desnitrificação, aliadas à baixa produção sólida, mostram que o LEAI é uma alternativa interessante em comparação às tecnologias praticadas atualmente para pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Contudo, quando a remoção de fósforo é necessária, a operação do reator em bateladas sequenciais é a alternativa viável. / This work aimed to verify the viability of the use of fermented glycerol as an external carbon source for the nutrient biological removal in structured-bed reactor subjected to recirculation and intermittent aeration (SBRRIA). The SBRRIA was fed effluent from UASB reactor bench scale, used in the treatment of domestic sewage. The SBTTIA reactor had a total volume of 12.3L and, due to the vertical cylindrical strips of polyurethane foam used as biomass support, the useful volume was 8.6 L. Initially, the reactor was operated under continuous aeration with hydraulic retention time (HRT) of 24 hours and effluent recirculation ratio of 3 for the development of nitrifying biomass in the reactor. After the nitrification efficiency reach 80%, the reactor started to be operated at the HRT of 12 h under intermittent aeration, maintaining the recirculation ratio equal to 3. Four phases were then carried out continuously under intermittent aeration (aeration / time without aeration) of 2h/1h without glycerol, 3h/1h without glycerol, 2h/1h with glycerol, 3h/1h with glycerol. The addition of fermented glycerol occurred only during time without aeration. In all phases, the average COD effluent of the system ranged between 26±8 and 59±14 mg.L-1. Low removal efficiency of total nitrogen (as TKN) was verified in the phases without addition of the fermented glycerol, reaching 49.6±13.5% (2h/1h) and 29.2±10.1% (3h/1h). However, the efficiency of total nitrogen removal efficiency was higher when fermented glycerol was added during the non-aerated period, attaining 64.9±21.6% (2h/1h) and 69.5±11.7% (3h/1h). No phosphorus removal was observed in any of the previous phases in which the reactor was operated under continuous feeding. In order to verify the feasibility of fermented glycerol in the removal of N and P, the system was modified so that the LEAI reactor operated in sequential batch mode (SRB). At this stage of the research, the establishment of the phosphorus accumulating community in the system was observed and phosphorus removal efficiency attained 56.1±8.5%. The efficiency of total nitrogen removal also increased up to 86.2±6.2%. It was concluded that the fermented glycerol presents significant potential for use as an exogenous carbon source in the process of phosphorus and nitrogen removal. It can be also concluded that fixed bed reactors can remove phosphorus from wastewaters using fermented glycerol presenting compounds favorable to the development of phosphorus accumulating microorganisms (PAO). However, reactors subjected to continuous feeding and intermittent aeration do not promote good conditions for the establishment of stable phosphorus removal process. Nevertheless, the high efficiency of TKN oxidation, organic matter removal and denitrification, coupled with low solid production, show that SBRRIA is an interesting alternative for the post-treatment of anaerobic reactor effluents. However, when phosphorus removal is required, sequential batch reactor operation is the viable alternative.

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%.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / RESUMO O presente trabalho propÃs investigar a tecnologia de eletrocoagulaÃÃo (EC) para o tratamento de efluente tÃxtil utilizando corrente contÃnua pulsada (CCP) e eletrodos de aÃo inoxidÃvel 304. O efluente utilizado foi coletado em uma indÃstria tÃxtil fabricante de redes localizada no municÃpio de Jaguaruana-CE. A Metodologia de SuperfÃcie de Resposta Box-Behnken foi utilizada para analisar e otimizar as condiÃÃes operacionais, visando a mÃxima remoÃÃo de cor, turbidez e demanda quÃmica de oxigÃnio (DQO) do efluente tÃxtil. Os experimentos foram realizados com um volume reacional de 2,6 L, em modo batelada. A cinÃtica de degradaÃÃo de DQO foi estudada atravÃs do ajuste de regressÃo nÃo linear, obedecendo ao modelo de cinÃtica de segunda ordem. Diante dos resultados obtidos a configuraÃÃo Ãtima considerada foi: velocidade de agitaÃÃo=200 rpm, frequÃncia dos pulsos elÃtricos=1000 Hz e espaÃamento entre os eletrodos=1 mm, em 50 minutos de EC. Nestas condiÃÃes foram obtidas remoÃÃes de cor, turbidez e DQO, respectivamente de 98,94%, 85,87% e 81,23%, adequando o valor de DQO ao padrÃo de lanÃamento exigido pela Portaria n 154/2002 da SuperintendÃncia Estadual do Meio Ambiente (SEMACE). Em adiÃÃo, verificou-se que o processo de EC tambÃm foi eficaz para a reduÃÃo de sÃlidos suspensos totais, nitrogÃnio total, sulfato e sulfeto, como tambÃm para a reduÃÃo da toxicidade aguda frente à Lactuca sativa, elevando os valores do Ãndice de Crescimento Relativo (ICR) e Ãndice de GerminaÃÃo (IG) inicialmente registrados para o efluente bruto. A concentraÃÃo de Ãons cloreto nÃo decresceu durante a EC, apresentando-se como um aspecto favorÃvel para a reutilizaÃÃo do efluente tratado no prÃprio processo produtivo tÃxtil, o qual demanda uma elevada concentraÃÃo de cloreto de sÃdio (NaCl). / The present work proposed to investigate the electrocoagulation technology (EC) for the treatment of textile effluent using pulsed direct current (CCP) and stainless steel electrodes 304. The effluent used was collected in a textile manufacturer networks in the municipality of Jaguaruana -CE. The Response Surface Methodology Box-Behnken was used to analyze and optimize the operating conditions, aimed at maximum removal of color, turbidity and chemical oxygen demand (COD) of the textile effluent. The experiments were performed with a reaction volume of 2.6 L in batch mode. The COD degradation kinetics was studied using non-linear regression fit, according to the second order kinetics model. Based on these results the optimal configuration was considered: agitation speed = 200 rpm, frequency of electrical pulses = 1000 Hz and spacing between electrodes = 1 mm, in 50 minutes of EC. Under these conditions color removals were obtained, turbidity and COD, respectively 98.94%, 85.87% and 81.23%, adjusting the COD value to discharge standard required by Ordinance No. 154/2002 of the State Superintendent of Half Environment (SEMACE). In addition, it was found that the CS process is also effective for reduction of total suspended solids, total nitrogen, sulfide and sulfate, as well as for the reduction of acute toxicity Lactuca sativa forward, raising the value of the Growth Index Relative (ICR) and germination index (GI) initially recorded for the raw wastewater. The concentration of chloride ions has not decreased during the EC, presenting itself as a favorable aspect for the reuse of treated effluent in own textile production process, which demands a high concentration of sodium chloride (NaCl).

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%.

Esta tesis doctoral está dirigida a la investigación y desarrollo de Procesos de Oxidación Avanzada (POAs), los cuales basan su capacidad en la generación in-situ de radicales hidroxilo (OH·), especie capaz de oxidar muchos compuestos orgánicos. Esta propiedad es aprovechada para conseguir la completa mineralización de los contaminantes o su degradación en sustancias más fácilmente biodegradables.Se plantean dos grandes objetivos:1) Contribuir al conocimiento científico a través del análisis y modelado del proceso UV/H2O2 aplicado a la degradación y mineralización de fenol. Para ello, se ha realizado una planificación experimental dirigida a estudiar la influencia de las variables de operación sobre parámetros globales del proceso, como el contenido total de materia orgánica o la toxicidad.2) Desarrollar una alternativa eficaz para la eliminación de materia orgánica de corrientes residuales de escasa biodegradabilidad mediante la aplicación de POAs. Se ha seleccionado el tratamiento de lixiviados de vertedero de residuos sólidos urbanos (RSU) como caso de estudio y se ha realizado un análisis comparativo de los procesos Fenton y foto-Fenton. Los experimentos se han realizado tanto a escala de laboratorio como a escala de planta piloto. / The aim of this thesis is the research and development of Advanced Oxidation Processes (AOPs). AOPs are based on the in-situ generation of hydroxyl radicals (OH·). These radicals are able to oxidize many organic compounds with high oxidation rates but in a non-selective way. This is useful to achieve the complete mineralization of the pollutants or its degradation into more easily biodegradable compounds.Two main objectives have been pursued in this thesis:1) To contribute to the scientific knowledge of the UV/H2O2 process through its analysis and modelling. Phenol degradation has been selected as a case of study. An experimental planning was established to study the influence of process variables on parameters such as total organic matter concentration and ecotoxicity.2) Research on new alternative treatments for suitable organic matter removal from recalcitrant waste effluents by AOPs. As study case, the leachate remediation from a municipal solid wastes landfill was selected. Fenton and photo-Fenton processes were compared and the operational conditions to achieve the maximum organic matter reduction and colour removal have been determined. Both laboratory scale and pilot plant experiments were carried out.

El objetivo principal de esta tesis doctoral es profundizar en el conocimiento de los procesos biológicos responsables de la eliminación simultánea de nitrógeno y fósforo en un ARU de baja carga orgánica, mediante un reactor de flujo continuo del tipo Virginia Initiative Plant (VIP). Se han evaluado los parámetros limitantes del proceso y las formas de promover la disponibilidad de la materia orgánica fácilmente biodegradable para los OAF. Se ha llevado a cabo una caracterización de los parámetros físico-químicos del ARU, así como de sus fuentes de carbono, incluyendo la aportación de un sustrato externo, con el fin de determinar y estimular su aptitud para la EBIF. Se ha sistematizado el fraccionamiento de la DQO y la estimación del contenido de AGV y del potencial de AGV, mediante el desarrollo de una alternativa del método original para valorar el potencial de AGV, que simplifica el procedimiento operativo. Aunque el contenido de AGV fue bajo, el potencial de AGV y la fracción potencial AGV/PT fueron comparables a los valores recomendados para la EBIF. La mayor parte de la DQOFB y una fracción de la DQOLB se transformaron en AGV durante el ensayo del potencial de AGV. La aportación de acetato sódico permitió aumentar y mantener un porcentaje medio de AGV del 74% de la DQOFB, del 42% de la DQOs y del 20% de la DQO. La DQO del afluente sin decantar estuvo compuesta mayoritariamente por DQOBT (75% DQOLB y 25% DQOFB). Los incrementos de la DQOFB se tradujeron en incrementos de la DQOs. La mayor parte de la DQOLB del afluente estuvo formada por materia orgánica particulada, haciendo que la presencia de MES en el afluente fuera determinante para incrementar la aportación de DQOLB al sistema.Los rendimientos de eliminación fueron del 85% de la MES, el 87% de la DQO, el 99% del amoníaco y el 42% del P. La mayor eliminación de DQO se registró en la zona anaerobia, con independencia del grado de subdivisión del reactor. La DQO residual se eliminó progresivamente en las siguientes zonas del reactor (89%, 3,8%, 1,7% y 2,2%). La fracción F/M en la zona de contacto inicial estuvo determinada en gran medida por la subdivisión aplicada al reactor biológico.La mayor concentración de PT del efluente se registró los días con mayor recirculación de nitratos al reactor anaerobio y aquellos con episodios de bulking, debido a la adición de un exceso de sustrato. Concentraciones de nitratos en el afluente al reactor anaerobio superiores a 0,20 mg N/L se tradujeron en una liberación de fósforo inferior a 1 mg P/L. A medida que el flujo de nitratos recirculados al reactor anaerobio aumentó, la liberación de P registró una disminución progresiva, rebajando su asimilación posterior en el reactor aerobio. El valor medio de la fracción DQO/PT en el afluente fue inferior al recomendado en la bibliografía (77 mg/mg) para una óptima eliminación simultánea de nutrientes. La fracción DQO/PT máxima (72 mg/mg) se alcanzó agregando un sustrato externo fácilmente biodegradable. La menor concentración de P del efluente se alcanzó con valores altos de la fracción DQO/PT. La relación consumo/liberación de P registró un valor medio de 1,14, si se incluye la liberación en los reactores anaerobios y anóxicos, y de 1,57 si sólo se tiene en cuenta la liberación en el reactor anaerobio. La eliminación de P disminuyó cuando la adición de acetato sódico alcanzó 150 mg DQO/L, debido a un deterioro rápido de la decantabilidad del fango por formación de bulking. La asimilación de P en la zona aerobia fue proporcional a la liberación de P en la zona anaerobia. La liberación de P en la zona anóxica pudo ocurrir como resultado de la fermentación de una fracción de la DQOLB presente en esta zona. / The main objective of this thesis is to advance the knowledge of the biological processes for simultaneous removal of nitrogen and phosphorous from a low-strength municipal wastewater using a continuous flow reactor, based on a Virginia Initiative Plant (VIP) design. An evaluation was conducted of the limiting parameters of the process and the strategies for promoting the availability of easily biodegradable organic matter to the PAO microorganisms. A follow-up was conducted of common wastewater physico-chemical parameters, and its sources of carbon, including the contribution from an external substrate, to determine and promote its potential for the enhanced biological phosphorus removal (EBPR) process. A new protocol was developed for COD fractionation, and for estimating the VFA concentration and the VFA potential, using a modified VFA potential test that simplifies the original operating procedure.Although the VFA content was generally low, the values of the VFA potential and the VFA potential/P ratio were comparable to those required by the EBPR process. Most of the RBCOD and a fraction of the SBCOD were readily converted to VFA during the VFA potential test. The addition of sodium acetate contributed to increase and maintain a mean percentage of VFA at 74% of the RBCOD, 42% of the SCOD and 20% of the COD. The COD of the unsettled influent was mainly formed by TBCOD (75% SBCOD, and 25% RBCOD). Increments of RBCOD translated into increments of SCOD. Most of the influent SBCOD corresponded to particulate organic matter, making the influent TSS content a determining factor for increasing the SBCOD contribution to the system. The removal efficiencies were 85% for TSS, 87% for COD, 99% for ammonia, and 42% for P. The highest COD removal efficiencies were observed in the anaerobic zone, regardless of the reactor subdivision arrangement adopted. The residual COD was removed in subsequent zones of the reactor (89%, 3.8%, 1.7%, and 2.2%). The F/M ratio in the initial contact zone was largely determined by the reactor subdivision adopted. The highest effluent TP concentration was observed during the days with the largest nitrate recirculation rates to the anaerobic reactor, and also during bulking episodes generated by an excessive substrate addition. Influent nitrate concentration to the anaerobic reactor higher than 0.20 mg N/L resulted in a phosphorous release lower than 1 mg P/L. As the recycled nitrates flow to the anaerobic reactor increased, the phosphorous release rates showed a steady decrease, preventing its subsequent uptake in the aerobic reactor. The mean influent COD/TP ratio was lower than that recommended in the literature (77 mg/mg) for an optimum simultaneous nutrient removal process. The maximum COD/TP ratio (72 mg/mg) was reached by adding an easily biodegradable external substrate. The lowest effluent P concentration was observed with high values of the COD/TP ratio. The mean P uptake/release ratio observed was 1.14, when P release from the anaerobic and anoxic reactors was included, while it reached 1.57 when only the release at the anaerobic reactor was considered. Phosphorous removal decreased when sodium acetate addition reached 150 mg COD/L, due to a rapid deterioration of the sludge settling properties caused by bulking. Phosphorous uptake in the aerobic zone was proportional to P release in the anaerobic zone. Phosphorous release in the anoxic zone may have occurred by partial fermentation of the SBCOD input to this reactor zone.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Desde 2004, o CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente), através de sua Resolução n 344, vem exigindo que as análises físicas, químicas e biológicas em matrizes ambientais sejam realizadas em laboratórios ambientais que possuam sua competência técnica reconhecida formalmente através da acreditação concedida pelo Inmetro. Assim, algumas Unidades Federativas vem adotando o mesmo critério para cadastramento de laboratórios em seus bancos de dados. Com isso, houve um crescimento no número de acreditações: em 2002 haviam 12 laboratórios acreditados e em 2012 foram concedidas 198 acreditações a laboratórios ambientais. A adoção da ABNT NBR ISO/IEC 17025 como padrão de trabalho, além de atender as legislações vigentes, possui as seguintes vantagens: satisfação do cliente, credibilidade e melhoria contínua do laboratório, melhoria da capacitação profissional e a conquista de um mercado mais amplo. Buscando adequar-se a essa realidade, apesar de todas as dificuldades inerentes ao processo de implementação dos requisitos da ABNT NBR ISO/IEC 17025 em laboratórios universitários e de pesquisa, o Laboratório de Engenharia Sanitária (LES/DESMA) priorizou a adequação da determinação da demanda química de oxigênio (DQO) aos requisitos técnicos da ABNT NBR ISO/IEC 17025:2005, por ser um parâmetro indicador global de matéria orgânica em águas residuárias e superficiais e ser amplamente utilizado no monitoramento de estações de tratamento de efluentes líquidos e pelo fato deste poder ser determinado por duas técnicas analíticas distintas: espectrofotometria e colorimetria. Em razão deste cenário, o objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho dos métodos 5220 B e 5220 D descritos pelo Standard Methods, através dos parâmetros de validação de métodos analíticos. Ambos os métodos mostraram-se adequados ao uso a que se destinam e o limite de quantificação determinado apresentou-se compatível com o praticado com os laboratórios acreditados. As incertezas foram calculadas de forma a quantificar a qualidade do resultado. / Since 2004, CONAMA - National Council for the Environment - through its Resolution No. 344, has demanded that the physical, chemical and biological environmental matrices are performed in environmental laboratories that have formally acknowledged their technical competence through accreditation granted by Inmetro. Since then, some Federal Units has adopted the same criteria for laboratories registration in their databases. With that, there was an increase in the number of accreditations: in 2002 there were 12 accredited laboratories and in 2012 were granted accreditation to 198 environmental laboratories. The adoption of ABNT NBR ISO / IEC 17025 as the standard of work, in addition to attend the existing laws, has the following advantages: customer satisfaction, continuous improvement and credibility of the lab, professional skills improvement and the gain of a broader market. Seeking to adapt to this reality, despite of all the difficulties inherent in the process of implementing the requirements of ABNT NBR ISO / IEC 17025 in university and research laboratories, the Laboratory of Sanitary Engineering - LES / DESMA - prioritized to determine the suitability of Chemical Oxygen Demand - COD to the technical requirements of ABNT NRB ISO / IEC 17025:2005, as a global indicator parameter of organic matter in wastewater and surface and be widely used in monitoring liquid effluent treatment stations and because this it can be determined by two different analytical techniques: colorimetry and spectrophotometry. Given this scenario, the objective of this study was to evaluate the performance of the methods 5220 B and 5220 D described by Standard Methods, using validation parameters of analytical methods. Both methods proved to be suitable for the intended use and the limit of quantification determined appeared to be compatible with the practiced with accredited laboratories. The uncertainties were calculated to quantify the quality of the result.

The subject of greater concern related to environmental degradation in a disposal system of urban solid wastes is the leachate generation. The high pollutant power of leachate is due to the presence of organic and inorganic composts formed during the decomposition of wastes. The inadequate leachate management can pollute environmental sites, particularly the soil, surface waters and groundwater basin. Through the verification of a system of treatment conducted by stabilization ponds it is possible to evaluate the efficiency of the process responsible for the removal of pollutants and to esteem the impact generated by the outflow in a receptor. This evaluation aimed to study the environmental impact generated in Caturrita's Landfill, located in Santa Maria RS, which has a total area of 374435.72 m2 and is part of the hidrographic Sub basin of Arroio Ferreira, receiving approximately 150 ton/day of urban solid wastes. Through Swiss, Rational and Balance Water Methods, leachate flows were estimated and checked by real measurements which took place on the site, thus determining the methodology employed in the quantitative evaluation of the leachate which was generated. The qualitative evaluation consisted of a monitoring system that was conducted from August 2003 to March 2005. It presented characteristics of the leachate generated during the disposal of solid wastes, as well as characteristics of the quality of water in the outflow receptor of the system of treatment of leachate. This evaluation enabled the determination of the effectiveness concerning the system of ponds used for stabilization, together with the determination of the outflow impact and the present degradation status of the landfill. The quantitative results were obtained through the use of error graphs evaluation for long series (data gathered from 34 years of precipitation and 29 years of evapotranspiration) and short series (between May 2004 and April 2005 for precipitation and evapotranspiration) and presented for the Balance Water, Rational and Swiss Methods, 31%, 13% and 34% of error rate, considering long historic series of data; and 48%, 21% and 76%, considering short historic series of data. Regarding the qualitative aspects of leachate, more precisely its degradation status (solid waste degradation), showing a confidence level of 95%, the mean ratio found between BOD/COD was 0.46± 0.08 and concerning the PH it was 7.9 ± 0.14. The mean effectiveness of the system of treatment was 69±11% when BOD was removed and 58±10% when COD was removed. In 92 % of the cases, the outflow presented BOD values above the maximum limit of 200 mg/L. A similar situation is observed regarding the COD parameter, presenting a maximum limit of 450 mg/L. The Balance Water Method proved to be apt to be used in dimensioning processes of systems of treatment of outflows, showing a mean error of 34% above the real flow and was susceptible to the real montly tendencies. The degradation processes of leachate in Caturrita's Landfill were found in the end of the final acidogenic phase, due to the values found for the ratio BOD/COD and the PH, enphasizing how much organic matter is still possible to be degraded. The mean effectiveness of the system of ponds of treatment was showed to be insufficient, considering that the mean concentration on the site is 390± 91mg/L (outflow site) for the first and 1403±209 mg/L (outflow site) for the second. In order to meet the values indicated by law (Portaria 05/89 SSMA RS), it would be necessary a concentration inferior to 200 mg/L for BOD and 450 mg/L for COD. / A questão de maior preocupação quanto à degradação ambiental em um sistema de disposição de resíduos sólidos urbanos é a geração de percolado (lixiviado ou chorume). A elevada carga poluidora presente no percolado é devido à presença de compostos de origem orgânica e inorgânica formados durante a decomposição dos resíduos. O gerenciamento inadequado deste percolado pode levar à poluição dos compartimentos ambientais, em particular, o solo, águas superficiais e águas subterrâneas. Através do monitoramento do sistema de tratamento por lagoas de estabilização é possível avaliar a eficiência do processo de remoção de poluentes e estimar o impacto gerado no lançamento dos efluentes em um corpo receptor. Neste trabalho, estudou-se o impacto ambiental gerado no Aterro Controlado da Caturrita, localizado no município de Santa Maria RS, inserido na Sub-Bacia hidrográfica do Arroio Ferreira, com área total de 374.435,72 m2, recebendo aproximadamente 150 ton/dia de resíduos sólidos urbanos. Pelos Métodos Suíço, Racional e Balanço Hídrico, fez-se estimativas de vazões de percolado aferidas por medições reais no local, determinando a metodologia empregada na avaliação quantitativa do percolado gerado. Quanto à avaliação qualitativa, a mesma consistiu no monitoramento compreendido entre Agosto de 2003 e Março de 2005, apresentado características do percolado gerado durante a disposição dos resíduos sólidos e na qualidade da água no corpo receptor do efluente do sistema de tratamento de percolado, possibilitando determinar a eficiência do sistema das lagoas de estabilização, o impacto do lançamento de efluentes e o estado de degradação atual do aterro. Nos resultados quantitativos, utilizando gráficos de avaliação de erros para séries longas (dados de 34 anos para precipitação e 29 para evapotranspiração) e curtas (entre Maio de 2004 e Abril de 2005 para a precipitação e evapotranspiração), obteve-se para os Métodos do Balanço Hídrico, Racional e Suíço, respectivamente, 31%, 13% e 34% de erros, considerando séries históricas longas de dados, e 48%, 21% e 76%, considerando séries históricas curtas de dados. Para os aspectos qualitativos do percolado, quanto ao estado de degradação dos resíduos, com nível de confiança de 95% a razão média encontrada entre DBO/DQO foi de 0,46±0,08 e para o pH igual a 7,9±0,14. A eficiência média do sistema de tratamento foi de 69±11% na remoção da DBO e 58±10% para a DQO. Em 92% das ocorrências o efluente apresentou valores de DBO acima do limite máximo de 200 mg/L. Situação semelhante é observada para o parâmetro DQO, que apresenta um limite máximo de 450 mg/L. O Método do Balanço Hídrico mostrou-se apto para utilização em dimensionamentos de sistemas de tratamento de efluentes com erro médio calculado de 34% acima da vazão real e se mostrando suscetível às tendências mensais reais. Os processos de degradação do percolado no aterro da Caturrita encontram-se no fim da fase acidogênica final, em virtude dos valores encontrados para razão DBO/DQO e pH, evidenciando o quanto ainda é possível degradar de matéria orgânica. A eficiência média do sistema de lagoas de tratamento, apresentou-se insuficiente, uma vez que a média de concentração do local é de 390±91 mg/L (ponto efluente) para a primeira e 1403±209 mg/L (ponto efluente) para a segunda, sendo que para atender a Portaria 05/89 SSMA-RS seria necessário uma concentração inferior a 200 mg/L para DBO e 450 mg/L para a DQO.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Desde 2004, o CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente), através de sua Resolução n 344, vem exigindo que as análises físicas, químicas e biológicas em matrizes ambientais sejam realizadas em laboratórios ambientais que possuam sua competência técnica reconhecida formalmente através da acreditação concedida pelo Inmetro. Assim, algumas Unidades Federativas vem adotando o mesmo critério para cadastramento de laboratórios em seus bancos de dados. Com isso, houve um crescimento no número de acreditações: em 2002 haviam 12 laboratórios acreditados e em 2012 foram concedidas 198 acreditações a laboratórios ambientais. A adoção da ABNT NBR ISO/IEC 17025 como padrão de trabalho, além de atender as legislações vigentes, possui as seguintes vantagens: satisfação do cliente, credibilidade e melhoria contínua do laboratório, melhoria da capacitação profissional e a conquista de um mercado mais amplo. Buscando adequar-se a essa realidade, apesar de todas as dificuldades inerentes ao processo de implementação dos requisitos da ABNT NBR ISO/IEC 17025 em laboratórios universitários e de pesquisa, o Laboratório de Engenharia Sanitária (LES/DESMA) priorizou a adequação da determinação da demanda química de oxigênio (DQO) aos requisitos técnicos da ABNT NBR ISO/IEC 17025:2005, por ser um parâmetro indicador global de matéria orgânica em águas residuárias e superficiais e ser amplamente utilizado no monitoramento de estações de tratamento de efluentes líquidos e pelo fato deste poder ser determinado por duas técnicas analíticas distintas: espectrofotometria e colorimetria. Em razão deste cenário, o objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho dos métodos 5220 B e 5220 D descritos pelo Standard Methods, através dos parâmetros de validação de métodos analíticos. Ambos os métodos mostraram-se adequados ao uso a que se destinam e o limite de quantificação determinado apresentou-se compatível com o praticado com os laboratórios acreditados. As incertezas foram calculadas de forma a quantificar a qualidade do resultado. / Since 2004, CONAMA - National Council for the Environment - through its Resolution No. 344, has demanded that the physical, chemical and biological environmental matrices are performed in environmental laboratories that have formally acknowledged their technical competence through accreditation granted by Inmetro. Since then, some Federal Units has adopted the same criteria for laboratories registration in their databases. With that, there was an increase in the number of accreditations: in 2002 there were 12 accredited laboratories and in 2012 were granted accreditation to 198 environmental laboratories. The adoption of ABNT NBR ISO / IEC 17025 as the standard of work, in addition to attend the existing laws, has the following advantages: customer satisfaction, continuous improvement and credibility of the lab, professional skills improvement and the gain of a broader market. Seeking to adapt to this reality, despite of all the difficulties inherent in the process of implementing the requirements of ABNT NBR ISO / IEC 17025 in university and research laboratories, the Laboratory of Sanitary Engineering - LES / DESMA - prioritized to determine the suitability of Chemical Oxygen Demand - COD to the technical requirements of ABNT NRB ISO / IEC 17025:2005, as a global indicator parameter of organic matter in wastewater and surface and be widely used in monitoring liquid effluent treatment stations and because this it can be determined by two different analytical techniques: colorimetry and spectrophotometry. Given this scenario, the objective of this study was to evaluate the performance of the methods 5220 B and 5220 D described by Standard Methods, using validation parameters of analytical methods. Both methods proved to be suitable for the intended use and the limit of quantification determined appeared to be compatible with the practiced with accredited laboratories. The uncertainties were calculated to quantify the quality of the result.