Les activitats de recerca destinades a la solució dels problemes de contaminació de les aigües estan patint un fort increment en els darrers anys. Entre les indústries més contaminants, cal esmentar la tèxtil i la paperera, i més concretament, els efluents provinents d´etapes deblanqueig. Quan els tractaments biològics convencionals d'aquests efluents contaminants no són efectius, la utilització de tecnologies emergents, tals com els processos d´oxidació avançada (AOP´s), basats en la formació in situ de radicals hidroxil, es mostra adient. Amb l´objectiu de provar la viabilitat de tractar efluents contaminants amb el radical hidroxil, vàrem triar l´ozonització i la fotocatàlisi per abordar efluents de blanqueig de pastes papereres generats en el laboratori. Aquesta prova mostrà que la fotocatàlisi pot reduir eficientment el contingut de carrega orgànica tot seguint una equació cinètica de Langmuir-Hinshelwood. A més, la combinació simultània de fotocatàlisi i ozonització produí un efecte sinèrgic que millorava el rendiment respecte al cas d´aplicar ambdós AOP´s de manera seqüencial.Tot i assumint que el radical hidroxil era l´oxidant adequat, planificàrem un extens estudi, fent servir aigües residuals industrials i distints AOP´s. La disminució del TOC i el cost en el tractament varen ésser els paràmetres contrastats en els distints estudis, amb l´objectiu de descobrir els principals avantatges i inconvenients de cada procés. El procés d´ozonització requeria disminuir el seu cost. La presència d´ions ferro en el procés ozó/UVA va aconseguir la reducció d´un 90% de TOC conjuntament amb una disminució del 15% en el cost. L´ús seqüencial de tractaments genera millors resultats (addició de ferro amb o sense llum, seguit per una etapa d´ozonització). Conclusions similars es varen obtenir en treballar amb una matriu sintètica de 2,4-diclorfenol (compost trobat usualment en els efluents de blanqueix de pasta de paper).Referent a la fotocatàlisi, s´ha posat de manifest la necessitat d´utilitzar una font de llum potent i/o la millora de l´eficiència de la llum incident en el catalitzador de TiO2. En aquest sentit vàrem provar dues vies: (a) la utilització d´un nou muntatge experimental amb una font de llum de 125 W. Determinacions d´AOX, toxicitat aguda, fenols i de GC-MS ens van portar a concloure que els compostos orgànics de clor eren eliminats eficientment en l´aigua residual. (b) la utilització de guies d'ones recobertes de TiO2. Solució que permet augmentar l´eficiència amb la que el catalitzador aprofita la llum incident per tal de millorar el disseny de reactors fotocatalitics.L´últim procés provat, el reactiu Fenton, en presència de llum solar o artificial, es va aplicar a la degradació d´efluents de blanqueig tèxtils o paperers. La degradació del contingut de càrrega orgànica d'aquests effluents s´assolia preferentment a pH = 3. El primer estudi es realitzà sobre un efluent de blanqueig de pastes de paper. La funció aproximada del sistema, estimada a partir del disseny experimental, mostrà que concentracions inicials inadequades de reactiu Fenton afectaven negativament al procés, a causa de reaccions competitives entre aquest i altres espècies oxidatives. Així mateix, la temperatura augmentà clarament les velocitats de la reacció, inclús sense presència de radiació. La millora en la disminució del TOC és particularment significativa quan les proporcions de reactiu Fenton són inadequades (en passar de 25 ºC a 40 ºC es pot aconseguir una reducció en el cost de l´ordre del 80%). Per altre banda, la llum solar aconsegueix reduir fins un 70 % el cost total d'un tractament de dues hores de durada. L'anàlisi de GC-MS constata l´eliminació dels compostos clorfenòlics. Un segon estudi sobre un efluent tèxtil corroborà la gran importància de la temperatura i de la presència de llum solar. En resum, tots els AOP´s provats mostren, sota condicions experimentals adequades, la capacitat de degradació del contingut orgànic present en efluents de blanqueig procedents d´indústries papereres i tèxtils. / There is an ever increasing amount of research activities especially devoted to the solution of water pollution problems.The pulp and textile industries are considered to be some of the largest polluters of all industries. The biggest problem with those industries consists in the polluted effluents discharged during the bleaching process because conventional biological treatments are not effective in treating these toxic pollutants. In these cases, the emerging technologies called Advanced Oxidation Processes (AOPs) represent an attempt to mineralize the contaminants by the in situ formation of hydroxyl radicals.In order to determine the effectiveness of treating effluents with the hydroxyl radical we chose the photocatalytic and ozonation processes to treat bleaching pulp effluents generated in the laboratory. Our results demonstrated that the photocatalytic process could efficiently reduce the organic content in accordance with the Langmuir-Hinshelwood kinetic equation. Moreover, simultaneously combining photocatalysis and ozonation provided a synergistic effect that was superior in performance to that of applying the photocatalysis and ozonation processes sequentially.Our tests with laboratory bleaching pulp effluents assumed that the hydroxyl radical was the proper oxidant to be use. An extensive study was undertaken using industrial wastewaters and different AOPs. TOC decay and treatment costs were the operative variables compared in the study in order to discover the benefits and shortcomings of each process.It is imperative that the ozonation process decreases the treatment costs. The addition of iron ions to bleaching mill wastewater undergoing ozone/UVA treatment resulted in high rates of TOC removal (90%) and in a significant cost reduction (15%). Additionally, sequential processing (stirred iron, with or without light irradiation, followed by an ozonation stage) led to even better results. Similar results were obtained on the synthetic sample of 2,4-dichlorophenol (a compound typically found in paper pulp bleaching effluents) investigated. We noticed that the photocatalytic process requires either a powerful light source or an improvement of the light utilization efficiency of the TiO2 catalyst, or maybe both, to be most effective. We tested two strategies: (a) A new experimental setup that used a high power light (125 W) to accelerate the reaction rate. AOX, acute toxicity, phenol and a GC-MS analysis led us to conclude that the chlorine organic compounds were efficiently eliminated from the treated wastewater. (b) The second approach consisted in using titanium dioxide (TiO2)-coated waveguides. This approach increases the light utilization efficiency of the TiO2 catalyst with the aim of improve the reactor's design.The last process that was tested involved the addition of Fenton reagent to the bleaching pulp and textile effluents in conjunction with either artificial or solar light The degradation of the organic contents was successfully performed at pH = 3.The first study was performed on bleaching pulp effluent. The approximate function of the system, as assessed by the experimental design, showed that initial non-optimum concentrations of the Fenton reagent were detrimental to the process because of competitive reactions of the Fenton reagent with oxidative species. On the other hand, temperature markedly increased the reaction rates, even without light irradiation. The improvement in TOC removal was particularly significant when the reagent ratios were not optimal. A decrease in cost around 80% is possible by just increasing the temperature from 25ºC to 40ºC. Moreover, solar light reduced the total cost of a two hour treatment by up to 70 % and efficiently removed the chlorophenolic compounds as shown by GC-MS analysis.The second study performed on textile wastewater corroborates the importance of the temperature parameter and the utility of solar energy. In summary, all AOPs tested displayed the capability to degrade the organic components of bleaching Kraft mill and textile mill effluents under suitable experimental conditions.

Desde a época da colonização, a cana-de-açúcar apresenta-se como um dos principais produtos da agricultura brasileira e, além disso, trata-se de um tipo importante de biomassa energética, servindo como base para todo o agronegócio sucroalcooleiro, responsável por empregos diretos e indiretos em todo o Brasil. Do seu processo de industrialização são obtidos produtos, tais como: o açúcar, o álcool (anidro e hidratado), o bagaço e a vinhaça. Nesse sentido, diante do aspecto da aplicação da vinhaça em práticas agrícolas, pode-se dizer que sempre ocorre a sua associação com processos de impactos ambientais. Assim sendo, conduziu-se a presente pesquisa buscando-se monitorar a dinâmica, em diferentes tipos de solo, de componentes químicos presentes na vinhaça, bem como, elaborar curvas de distribuição de efluentes presentes na vinhaça. A pesquisa foi conduzida em área experimental do Departamento de Ciências Exatas da ESALQ/USP, em casa de vegetação, onde foram distribuídas 50 bombonas, em blocos casualizados. A vinhaça foi coletada na Usina Costa Pinto do grupo COSAN no município de Piracicaba/SP e as dosagens de aplicação foram: 100 m³ ha-1; 150 m³ ha-1; 200 m³ ha-1; 250 m³ ha-1 e 300 m³ ha-1. As espécies analisadas foram: nitrato e potássio, assim como, o pH, condutividade elétrica e cálcio. As curvas de distribuição de efluentes foram confeccionadas para obtenção dos parâmetros de transporte do nitrato (utilizando-se o FIA Flow Injection Analysis, para as análises químicas) e potássio (Fotômetro de chama, para as análises químicas). Diante dos resultados obtidos, observou-se que as concentrações do íon nitrato apresentaram variação no solo, encontrando-se valores entre 3,6 a 119 mg L-1, no solo arenoso, e entre 1 e 70 mg L-1, no solo argiloso. Em relação ao potássio foram encontrados valores pontuais de 4,4 a 171,2 mg L-1, no solo arenoso (principalmente na profundidade de 60 cm), e entre 0 e 30 mg L-1, no solo argiloso. As concentrações de cálcio apresentaram variação no solo, sendo encontrados valores pontuais de 1,98 a 64,45 mg L-1, no solo arenoso, e entre 2,6 e 86,5 mg L-1, no solo argiloso. Os valores tanto do pH quando da C.E apresentaram variações no solo, tendo um intervalo para o pH de 6,4 a 7,75 para o solo arenoso e de 4,8 a 7,32 para o solo argiloso e a condutividade elétrica ficou em torno de 0,3 a 2,3 dS m-1 para o solo arenoso e de 0,23 a 0,75 dS m-1 para o solo argiloso. Em relação à curva de distribuição de efluentes da vinhaça, no solo argiloso, observou-se que tanto o potássio quanto o nitrato houve um maior deslocamento das curvas de eluição para a direita quando comparados com o solo arenoso indicando que os íons potássio e nitrato foram retidos com maior intensidade no argiloso em relação ao arenoso. Portanto, concluiu-se que: a percolação dos íons está diretamente relacionada com o tipo de solo e com a concentração de vinhaça e que a movimentação dos íons deve ser estudada em longos períodos para mostrar melhor a sua movimentação no perfil do solo. / While sugarcane has been one of the main crops in Brazilian agriculture since the time of colonization, it is now also a major source of biomass energy, serving sugarcane agribusiness and being responsible for many direct and indirect jobs in Brazil. Industrial processing of sugarcane leads to such products as sugar, alcohol (both hydrated and anhydrated), pulp and vinasse. One concern about the application of vinasse to agricultural operations relates to possible environmental impacts of vinasse. Hence, the present research had as objective to monitor of the dynamics, in different soil types, of chemical components present in vinasse, and to measure breakthrough curves (BTC´s) of vinasse from repacked columns. The research was carried out at the experimental facility of the Department of Exact Sciences, ESALQ, USP, a protected environment containing 50 boxes arranged in a random manner. The vinasse was collected at the Usina Costa Pinto COSAN site in the municipal district of Piracicaba, SP, and applied at rates of 100, 150, 200, 250 and 300 m³ ha-1. The analyzed elements were nitrate and potassium, but measurements were also made of pH, electric conductivity and calcium. The BTC´s were used to provide estimates of the transport parameters of nitrate (using flow-injection analysis for the chemical analyses) and potassium (using a photometer for the chemical analyses). The measurements showed that soil nitrate concentrations varied between 3,6 to 119 mg L-1 in the sandy soil, and between 1 and 70 mg L-1 in the clay soil. Observed potassium concentrations were between 4,4 to 171,2 mg L-1 in the sandy soil (mainly at a depth of 60 cm), and between 0 and 30 mg L-1 in the clay soil. Calcium concentrations were found to similarly vary from 1,98 to 64,45 mg L-1 in the sandy soil, and between 2,6 and 86,5 mg L-1 in the clay soil. The values of pH furthermore varied between 6,4 to 7,75 for the sandy soil and between 4,8 to 7,32 for the clay soil, while the electric conductivity was between 0,3 to 2,3 dS m-1 for the sandy soil and between 0,23 to 0,75 dS m-1 for the clay soil. The vinasse BTC´s of the clay soil showed that both potassium and nitrate were displaced considerably to the right (to higher pore volumes) as compared with the sandy soil. This indicates that the potassium and nitrate ions were kept (adsorbed) much stronger by the clay relative to the sandy soil. Ion transport rates hence were found to be a function of soil type. Results suggest that the transport of ions from the vinasse is best studied over relatively long periods of time, also in field soil profiles, to better show the long-term dynamics in the subsurface

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Os anfÃbios apresentam algumas caracterÃsticas que os tornam bioindicadores particularmente sensÃveis da qualidade ambiental. No presente estudo, girinos da espÃcie de anuro Leptodactylus vastus A. Lutz, 1930 foram utilizados em bioensaios para avaliar a toxicidade do lÃquido da casca do coco verde (LCCV), subproduto do processo de beneficiamento da casca do coco verde. Foram analisados efeitos agudos como letalidade, e crÃnicos, como alteraÃÃes na taxa de metamorfose, na duraÃÃo da fase larval e na massa dos girinos por ocasiÃo da metamorfose. Foi realizado um total de seis experimentos, cada um com duraÃÃo de noventa dias, utilizando tanto LCCV extraÃdo de cascas de coco mais frescas e que conservavam a coloraÃÃo verde quanto LCCV extraÃdo de cascas de coco mais secas cuja coloraÃÃo tinha se tornado amarelada. Os quatro primeiros experimentos tiveram sete tratamentos cada, com concentraÃÃes de 0% (Controle); 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4%; 0,5%; 0,6% de LCCV. Os outros dois experimentos tiveram seis tratamentos cada, com concentraÃÃes de 0% (Controle); 0,3%; 0,6%; 0,9%; 1,2%; 1,5% de LCCV. Cada tratamento teve trÃs rÃplicas com dez girinos cada. Os girinos foram coletados no Campus do Pici, Fortaleza, CearÃ, em locais e dias variados para evitar pseudo-replicaÃÃo espacial e temporal. O LCCV apresentou um efeito tÃxico sobre os girinos de Leptodactylus vastus, com aumento na letalidade e diminuiÃÃo no tamanho na metamorfose, nas mais altas concentraÃÃes testadas. Entretanto, em algumas concentraÃÃes intermediÃrias, o LCCV contribuiu com um aumento na massa dos girinos por ocasiÃo da metamorfose. Por outro lado, o LCCV nas concentraÃÃes testadas, nÃo afetou a capacidade dos girinos sobreviventes de completar a metamorfose nem o tempo de duraÃÃo da fase larval. Os girinos de L.vastus apresentaram uma correlaÃÃo positiva entre massa por ocasiÃo da metamorfose e duraÃÃo do perÃodo larval, exceto nas mais altas concentraÃÃes de LCCV testadas. Os resultados indicam que o LCCV pode afetar negativamente as comunidades biÃticas de ambientes aquÃticos, se fazendo necessÃria a determinaÃÃo de parÃmetros seguros de sua emissÃo para o meio ambiente. Os girinos de Leptodactylus vastus mostraram um bom potencial de utilizaÃÃo em estudos ecotoxicolÃgicos e como bioindicadores de perturbaÃÃes em ambientes aquÃticos, por sua espÃcie ser bastante comum e nÃo se encontrar sob perigo ou ameaÃa de extinÃÃo, por suas fÃmeas produzirem uma postura conspÃcua com grande nÃmero de ovos e larvas relativamente grandes e de fÃcil manipulaÃÃo, e pelo fato destas larvas apresentarem fÃcil manejo em laboratÃrio, nÃo exigindo aeraÃÃo ou filtraÃÃo da Ãgua nem raÃÃes especiais / Amphibians have several characteristics that make them particularly sensitive bioindicators for environmental quality. In this study, tadpoles of the anuran species Leptodactylus vastus A. Lutz, 1930 were used in bioassays to evaluate the toxicity of the liquid from the coconut shell (LCCV), a byproduct of the processing of the green coconut shell. It was analyzed acute effects as lethality and chronic effects as changes in the rate of metamorphosis, in the length of the larval period and in the mass of the tadpoles at metamorphosis. It was performed a total of six experiments, each lasting ninety days, using both LCCV extracted from fresh coconut shells still greenish and LCCV extracted from dry coconut shells that had already became yellowish. The first four experiments had seven treatments each, with concentrations of 0% (control), 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5% and 0,6% of LCCV. The other two experiments had six treatments each, with concentrations of 0% (control); 0,3%; 0,6%; 0,9%; 1,2% and 1,5% of LCCV. Each treatment had three replicates with ten tadpoles each. The tadpoles were collected at Campus do Pici, Fortaleza, CearÃ, in different places and days to avoid pseudo-replication in space and time. The LCCV had a toxic effect on the tadpoles of Leptodactylus vastus, causing an increase in mortality and a decrease in size at metamorphosis, in the highest concentrations tested. However, in some intermediate concentrations, the LCCV contributed to an increase in the mass of tadpoles during metamorphosis. Moreover, in the concentrations tested, the LCCV did not affect the ability of surviving tadpoles to complete metamorphosis or the length of the larval period. Tadpoles of L.vastus showed a positive correlation between mass at metamorphosis and length of the larval period, except in the highest concentrations tested. These results indicate that the LCCV can negatively affect the biota of aquatic environments, making necessary to determine safe parameters of its emission to the environment. The tadpoles of Leptodactylus vastus showed a good potential for use in ecotoxicological studies and as bioindicators of disturbance in aquatic environments, as L.vastus is a quite common species that it is not under threat or danger of extinction, and that produce conspicuous ovipositions with many eggs and larvae relatively large and easily manipulated as they do not require aeration or filtration of water or a special diet

Desde a época da colonização, a cana-de-açúcar apresenta-se como um dos principais produtos da agricultura brasileira e, além disso, trata-se de um tipo importante de biomassa energética, servindo como base para todo o agronegócio sucroalcooleiro, responsável por empregos diretos e indiretos em todo o Brasil. Do seu processo de industrialização são obtidos produtos, tais como: o açúcar, o álcool (anidro e hidratado), o bagaço e a vinhaça. Nesse sentido, diante do aspecto da aplicação da vinhaça em práticas agrícolas, pode-se dizer que sempre ocorre a sua associação com processos de impactos ambientais. Assim sendo, conduziu-se a presente pesquisa buscando-se monitorar a dinâmica, em diferentes tipos de solo, de componentes químicos presentes na vinhaça, bem como, elaborar curvas de distribuição de efluentes presentes na vinhaça. A pesquisa foi conduzida em área experimental do Departamento de Ciências Exatas da ESALQ/USP, em casa de vegetação, onde foram distribuídas 50 bombonas, em blocos casualizados. A vinhaça foi coletada na Usina Costa Pinto do grupo COSAN no município de Piracicaba/SP e as dosagens de aplicação foram: 100 m³ ha-1; 150 m³ ha-1; 200 m³ ha-1; 250 m³ ha-1 e 300 m³ ha-1. As espécies analisadas foram: nitrato e potássio, assim como, o pH, condutividade elétrica e cálcio. As curvas de distribuição de efluentes foram confeccionadas para obtenção dos parâmetros de transporte do nitrato (utilizando-se o FIA Flow Injection Analysis, para as análises químicas) e potássio (Fotômetro de chama, para as análises químicas). Diante dos resultados obtidos, observou-se que as concentrações do íon nitrato apresentaram variação no solo, encontrando-se valores entre 3,6 a 119 mg L-1, no solo arenoso, e entre 1 e 70 mg L-1, no solo argiloso. Em relação ao potássio foram encontrados valores pontuais de 4,4 a 171,2 mg L-1, no solo arenoso (principalmente na profundidade de 60 cm), e entre 0 e 30 mg L-1, no solo argiloso. As concentrações de cálcio apresentaram variação no solo, sendo encontrados valores pontuais de 1,98 a 64,45 mg L-1, no solo arenoso, e entre 2,6 e 86,5 mg L-1, no solo argiloso. Os valores tanto do pH quando da C.E apresentaram variações no solo, tendo um intervalo para o pH de 6,4 a 7,75 para o solo arenoso e de 4,8 a 7,32 para o solo argiloso e a condutividade elétrica ficou em torno de 0,3 a 2,3 dS m-1 para o solo arenoso e de 0,23 a 0,75 dS m-1 para o solo argiloso. Em relação à curva de distribuição de efluentes da vinhaça, no solo argiloso, observou-se que tanto o potássio quanto o nitrato houve um maior deslocamento das curvas de eluição para a direita quando comparados com o solo arenoso indicando que os íons potássio e nitrato foram retidos com maior intensidade no argiloso em relação ao arenoso. Portanto, concluiu-se que: a percolação dos íons está diretamente relacionada com o tipo de solo e com a concentração de vinhaça e que a movimentação dos íons deve ser estudada em longos períodos para mostrar melhor a sua movimentação no perfil do solo. / While sugarcane has been one of the main crops in Brazilian agriculture since the time of colonization, it is now also a major source of biomass energy, serving sugarcane agribusiness and being responsible for many direct and indirect jobs in Brazil. Industrial processing of sugarcane leads to such products as sugar, alcohol (both hydrated and anhydrated), pulp and vinasse. One concern about the application of vinasse to agricultural operations relates to possible environmental impacts of vinasse. Hence, the present research had as objective to monitor of the dynamics, in different soil types, of chemical components present in vinasse, and to measure breakthrough curves (BTC´s) of vinasse from repacked columns. The research was carried out at the experimental facility of the Department of Exact Sciences, ESALQ, USP, a protected environment containing 50 boxes arranged in a random manner. The vinasse was collected at the Usina Costa Pinto COSAN site in the municipal district of Piracicaba, SP, and applied at rates of 100, 150, 200, 250 and 300 m³ ha-1. The analyzed elements were nitrate and potassium, but measurements were also made of pH, electric conductivity and calcium. The BTC´s were used to provide estimates of the transport parameters of nitrate (using flow-injection analysis for the chemical analyses) and potassium (using a photometer for the chemical analyses). The measurements showed that soil nitrate concentrations varied between 3,6 to 119 mg L-1 in the sandy soil, and between 1 and 70 mg L-1 in the clay soil. Observed potassium concentrations were between 4,4 to 171,2 mg L-1 in the sandy soil (mainly at a depth of 60 cm), and between 0 and 30 mg L-1 in the clay soil. Calcium concentrations were found to similarly vary from 1,98 to 64,45 mg L-1 in the sandy soil, and between 2,6 and 86,5 mg L-1 in the clay soil. The values of pH furthermore varied between 6,4 to 7,75 for the sandy soil and between 4,8 to 7,32 for the clay soil, while the electric conductivity was between 0,3 to 2,3 dS m-1 for the sandy soil and between 0,23 to 0,75 dS m-1 for the clay soil. The vinasse BTC´s of the clay soil showed that both potassium and nitrate were displaced considerably to the right (to higher pore volumes) as compared with the sandy soil. This indicates that the potassium and nitrate ions were kept (adsorbed) much stronger by the clay relative to the sandy soil. Ion transport rates hence were found to be a function of soil type. Results suggest that the transport of ions from the vinasse is best studied over relatively long periods of time, also in field soil profiles, to better show the long-term dynamics in the subsurface

Primeiramente, esse trabalho pretende esclarecer a importância de pesquisas em modelagem, simulação e controle nos processos de tratamento de efluentes e apontar o atraso do Brasil nesta área de pesquisa comparado ao avanço das iniciativas internacionais. O trabalho apresenta o problema específico da modelagem dos processos anaeróbios e propõe uma nova ferramenta de simulação de regime permanente para esses sistemas, desde digestores de lodo a reatores UASB. O simulador se baseia no ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), modelo proposto pela IWA em 2002, e está implementado em C++. A intenção é disponibilizar livremente um software de simulação com o diferencial de uma metodologia e interface gráfica amigável, capaz de trazer para o dia-a-dia do profissional da área toda a sofisticação de uma modelagem mais completa, tanto do ponto de vista microbiológico como físico-químico. A metodologia proposta se mostrou muito eficiente para a obtenção da condição de regime permanente, fazendo com que a caracterização do afluente se tornasse a etapa limitante do processo de simulação. O método desenvolvido é tão eficaz que permite que sejam realizadas simulações com afluentes e reatores hipotéticos, tornando possível estudos desvinculados da necessidade de análises laboratoriais complexas ou fora do comum. / First, this work intends to show the importance of research in modeling, simulation and control of wastewater treatment processes, and to point the delay of our country (Brazil) in this subject, compared to the advance of the international initiatives. This work presents the specific problem of modeling the anaerobic digestion and proposes a new tool to simulate the steady state condition in anaerobic reactors. The simulator is based on the ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), developed by IWA in 2002, and is implemented in C++. The intention is to give free access to a new simulation software with the advantages of better methodology and friendly graphical interface. This tool should be able to bring to the professionals all the sophistication of a more complete modelling in the microbiological and physical-chemical point of view. The developed methodology revealed itself to be very efficient for the attainment of the steady state condition. Consequently, it makes the characterization of the influent the critic stage of the simulation process. The developed method is so efficient that allows simulation studies to be carried out using hypothetical influents and reactors. Thus, it brings independence for simulation studies with no need of complex or unusual laboratorial analyses.

Primeiramente, esse trabalho pretende esclarecer a importância de pesquisas em modelagem, simulação e controle nos processos de tratamento de efluentes e apontar o atraso do Brasil nesta área de pesquisa comparado ao avanço das iniciativas internacionais. O trabalho apresenta o problema específico da modelagem dos processos anaeróbios e propõe uma nova ferramenta de simulação de regime permanente para esses sistemas, desde digestores de lodo a reatores UASB. O simulador se baseia no ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), modelo proposto pela IWA em 2002, e está implementado em C++. A intenção é disponibilizar livremente um software de simulação com o diferencial de uma metodologia e interface gráfica amigável, capaz de trazer para o dia-a-dia do profissional da área toda a sofisticação de uma modelagem mais completa, tanto do ponto de vista microbiológico como físico-químico. A metodologia proposta se mostrou muito eficiente para a obtenção da condição de regime permanente, fazendo com que a caracterização do afluente se tornasse a etapa limitante do processo de simulação. O método desenvolvido é tão eficaz que permite que sejam realizadas simulações com afluentes e reatores hipotéticos, tornando possível estudos desvinculados da necessidade de análises laboratoriais complexas ou fora do comum. / First, this work intends to show the importance of research in modeling, simulation and control of wastewater treatment processes, and to point the delay of our country (Brazil) in this subject, compared to the advance of the international initiatives. This work presents the specific problem of modeling the anaerobic digestion and proposes a new tool to simulate the steady state condition in anaerobic reactors. The simulator is based on the ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), developed by IWA in 2002, and is implemented in C++. The intention is to give free access to a new simulation software with the advantages of better methodology and friendly graphical interface. This tool should be able to bring to the professionals all the sophistication of a more complete modelling in the microbiological and physical-chemical point of view. The developed methodology revealed itself to be very efficient for the attainment of the steady state condition. Consequently, it makes the characterization of the influent the critic stage of the simulation process. The developed method is so efficient that allows simulation studies to be carried out using hypothetical influents and reactors. Thus, it brings independence for simulation studies with no need of complex or unusual laboratorial analyses.

La present tesi doctoral queda emmarcada dins el Programa de Doctorat per a Amèrica Llatina del'IQS i la Càtedra UNESCO de la Universitat Ramon Llull, el qual té com a objectiu la formació de recursos humans d'alt nivell en les universitats d'Amèrica Llatina. Aquesta recerca ha estat possible gràcies a la formulació i execució dels següents projectes:- "Determinació de la contaminació per plaguicides en aigua, sòl, sediments i llagostins en els cantons Salinas del Potrero i Sisiguayo de la badia de Jiquilisco", finançat pel fons FIAES (abril 2007 a desembre 2008).- "Factors que afecten al creixement de les espècies marines a la badia de Jiquilisco", finançat per l'Agència Catalana de Cooperació al Desenvolupament (ACCD), (gener 2009 a maig 2010).- "Avaluació de l'impacte de les aigües residuals provinents de la producció de llagostí sobre les característiques físico-químiques de l'aigua de la badia de Jiquilisco", finançat pel fons FIAES (gener 2009 a març 2010).La recerca es troba emplaçada a la badia de Jiquilisco, un element hidrogràfic de gran importància per a El Salvador i classificat com a àrea natural protegida del país. A la badia es concentra l'activitat de conreu del llagostí marí o gambeta de l'espècie Penaeus vannamei. Aquesta activitat està a càrrec de cooperatives de camperols que van poblar la zona desprès d'ésser desmobilitzats al 1992 al finalitzar la guerra civil que va viure el país durant 12 anys. Aquesta activitat representa per a aquests pobladors el seu principal mitjà de subsistència.A vàries cooperatives s'hi van detectar al llarg dels anys d'explotació problemes tant en el creixement del llagostí com en el rendiment econòmic de les collites. En un estudi preliminar, es va determinar que les causes del lent creixement del llagostí són degudes a problemes de contaminació, de funcionament dels estanys de conreu i de malalties, que es van deixar fora de la present recerca, per no pertànyer al camp de l'especialitat d'aquesta. Per indagar sobre les possibles causes del lent creixement dels llagostins, es va realitzar un estudi dels nivells de contaminació de certs plaguicides organoclorats i organofosforats ja que aquests s'havien emprat en gran mesura durant els anys 60 i 70 quan la zona concentrava el conreu nacional de cotó i que, a més, havien estat emprats per a eradicar la malària, mal endèmic en la zona. Degut a l'absència tant de registres sobre la qualitat de l'aigua dels estanys com d'una sistematització de les pràctiques d'ús que cada cooperativa desenvolupava en el seu sistema de producció, es van analitzar durant un any les collites de 7 estanys de conreu de llagostí. Es van mesurar i documentar les característiques fisicoquímiques i alguns paràmetres de qualitat de l'aigua que podrien influir en el creixement d'aquesta espècie. Així, es van avaluar tots els passos involucrats en el conreu, comparant-los amb els passos teòrics o aconsellats pels experts. S'han detectat grans potencials de millora en els temes d'alimentació, densitats de sembra, control dels depredadors a l'estany i la cura dels sòls entre d'altres.D'altra banda, com cap dels estanys disposa de aireació artificial es va considerar important l'estudi del moviment de l'aigua dins d'aquests. Per aquesta raó es va realitzar una simulació de la fluidodinàmica per avaluar si la seva mida i geometria no estaven influint negativament en la qualitat de l'aigua i per tant en el desenvolupament dels llagostins. A més, es va analitzar també la seva orientació respecte a la direcció predominant del vent per avaluar l'efectivitat que pot presentar aquesta ventilació i agitació natural.També es va dur a terme una anàlisi econòmica de les collites, amb la qual es va posar en evidència que el baix rendiment econòmic d'aquestes no estava associat únicament al baix pes dels llagostins, sinó també a problemes de comercialització, negociació de preus de venda i a la durada de les collites.L'activitat productiva de les cooperatives es desenvolupa dins un àrea natural protegida i la utilització de les terres requereix l'autorització formal del Ministeri de Medi Ambient. Aquestes autoritzacions estan condicionades a que l'activitat sigui sostenible i no deteriori l'ecosistema. El Ministeri exerceix pressió per aconseguir aquest objectiu sense disposar d'estudis previs de caracterització de les aigües residuals que demostrin el potencial contaminant de l'activitat. Per aquesta raó un altre objectiu de la present tesi doctoral va ésser caracteritzar les descàrregues dels estanys de conreu així com el seu impacte sobre les característiques de la badia de Jiquilisco.Per acabar, en la present tesi doctoral, s'han desenvolupat eines adaptades a les condicions socioeconòmiques de les cooperatives, per contribuir així a millorar significativament la seva producció i en conseqüència el nivell de vida dels seus socis. / La presente tesis doctoral se enmarca dentro del Programa de Doctorado para América Latina del IQS y la Cátedra UNESCO de la Universidad Ramon Llull, el cual tiene como objetivo la formación de recursos humanos de alto nivel en las universidades de América Latina. Esta investigación ha sido posible gracias a la formulación y ejecución de los siguientes proyectos:- "Determinación de la contaminación por plaguicidas en agua, suelo, sedimentos y camarones en los cantones Salinas del Potrero y Sisiguayo de la bahía de Jiquilisco", financiado por el fondo FIAES (abril 2007 a diciembre 2008).- "Factores que afectan el crecimiento de las especies marinas en la bahía de Jiquilisco", financiado por la Agencia Catalana de Cooperación al Desarrollo (ACCD) (enero 2009 a mayo 2010).- "Evaluación del impacto de las aguas residuales provenientes de la producción de camarón sobre las características físico químicas del agua de la bahía de Jiquilisco", financiado por el fondo FIAES (enero 2009 a marzo2010).La investigación se sitúa en la bahía de Jiquilisco, elemento hidrográfico de gran importancia para El Salvador y clasificado como área natural protegida del país. En la bahía se concentra la actividad de cultivo del camarón marino de la especie Penaeus vannamei. Dicha actividad está a cargo de cooperativas de campesinos que poblaron la zona luego de ser desmovilizados en 1992 al finalizar la guerra civil que vivió el país durante 12 años. Esta actividad representa para estos pobladores su principal medio de subsistencia.En varias cooperativas se detectaron a lo largo de los años de explotación tanto problemas en el crecimiento del camarón como en el rendimiento económico de las cosechas. En un estudio preliminar, se determinó que las causas del lento crecimiento del camarón son debidas a problemas de contaminación, de manejo de los estanques de cultivo y enfermedades, que se dejaron fuera de la presente tesis doctoral, por no pertenecer al campo de especialidad de la misma.Para indagar sobre las posibles causas del lento crecimiento de los camarones se realizó un estudio de los niveles de contaminación de ciertos plaguicidas organoclorados y organofosforados porque éstos se habían utilizado en gran medida durante los años 60 y 70 cuando esa zona concentraba el cultivo nacional del algodón y que además habían sido utilizados para erradicar la malaria, mal endémico en la zona.Debido a la ausencia, tanto de registros sobre la calidad del agua de los estanques como de una sistematización de las prácticas de manejo que cada cooperativa desarrollaba en su sistema de producción; se analizaron durante un año las cosechas de 7 estanques de cultivo de camarón. Se midieron y documentaron las características fisicoquímicas y algunos parámetros de la calidad del agua que podrían influir el crecimiento de dicha especie. Así mismo se evaluaron todos los pasos involucrados en el cultivo, comparándolos con los pasos teóricos o aconsejados por los expertos. Se han detectado grandes potenciales de mejora en los temas de alimentación, densidades de siembra, control de los depredadores en el estanque y manejo de suelos entre otros.Por otro lado como ninguno de los estanques posee aireación artificial se creyó importante el estudio del movimiento del agua dentro de los mismos. Por esta razón se realizó una simulación de la fluidodinámica de los estanques para evaluar si su tamaño y geometría no estaban influyendo negativamente en la calidad del agua y por ende en el desarrollo de los camarones. Además se analizó también su orientación con respecto a la dirección predominante del viento para evaluar que tan efectiva puede ser esta aireación y agitación natural en los mismos.Se llevó también a cabo un análisis económico de las cosechas, con el cual, se puso en evidencia que el bajo rendimiento económico de las mismas no estaba asociado únicamente al escaso peso de los camarones, sino también a problemas de comercialización, negociación de precios de venta y al tiempo de duración de las cosechas.La actividad productiva de las cooperativas se desarrolla dentro un área natural protegida y la utilización de esas tierras requiere de la autorización formal del Ministerio del Medio Ambiente. Dichas autorizaciones están condicionadas a que la actividad sea sostenible y no deteriore el ecosistema. El Ministerio ejerce presión para lograr este objetivo sin tener estudios previos de caracterización de las aguas residuales que demuestren el potencial contaminante de dicha actividad. Por esa razón otro objetivo de la presente tesis doctoral fue caracterizar las descargas de los estanques de cultivo así como su impacto sobre las características de la bahía de Jiquilisco.Por último, en la presente tesis doctoral, se han desarrollado herramientas adaptadas a las condiciones socioeconómicas de las cooperativas, para así contribuir a mejorar significativamente su producción y en consecuencia el nivel de vida de sus socios. / This thesis is part of the PhD Program for Latin America of IQS and the UNESCO Chair at the University Ramon Llull, whose objective is to train high-level human resources in Latin American universities. This research was made possible through the development and implementation of the following projects:- "Determination of pesticide contamination in water, soil, sediment and shrimp in the Salinas del Potrero village and the Sisiguayo village at the Jiquilisco Bay", financed with funds from FIAES (April 2007 to December 2008). - "Factors Affecting growth of marine species in the Bay of Jiquilisco", financed with funs from the Catalan Agency of Cooperation to Development (ACCD) (January 2009 to May 2010). - "Assessing the impact of wastewater from shrimp production on the physicochemical characteristics of the water at the Jiquilisco Bay", financed with funds from FIAES (January 2009 to marzo2010).The investigation was conducted in the Bay of Jiquilisco which is a hydrographic site of great importance to El Salvador and it is classified as a protected area of the country. Farming marine shrimp of the Penaeus vannamei species is a major economic activity in the area. This activity is carried out by cooperatives of farmers who populated the area after being demobilized in 1992, by the end of the civil war that the country went through during 12 years. This is the most important economical activity for the people in this area.In several cooperatives they observed, over the years of exploitation, some problems in shrimp growth and economic performance of its production. In a preliminary study, we determined that the causes of slow growth of shrimp are due to problems of pollution, management of ponds and diseases. This last reason was not included in this thesis because it is not part of its field of study.To investigate the possible causes of slow growth of shrimp, a study of pollution levels of certain organochlorine and organophosphate pesticides was conducted due to the fact that they were heavily used during the 60's and 70's when this area concentrated the nation's production of cotton and had also been used to eradicate malaria, an endemic disease in the area.Due to the absence of records on the quality of pond water and in the systematization of the management practices developed in each cooperative production system, the production of 7 ponds of shrimp was analyzed over a year. The physical and chemical characteristics were measured and documented, as well as some parameters of the quality of water that could influence the growth of this species. In addition, the steps involved in the production were also analyzed, comparing them with the theoretical steps recommended by the expert advisors. A significant potential for improvement in feeding strategies, stocking densities, control of predators in the pond and soil management was identified, among others.On the other hand, as none of the ponds has artificial aeration, a study of the movement of water within them was considered important. For this reason, a simulation of fluid dynamics was carried out in order to assess whether their size and geometry were not impairing water quality and therefore affecting the development of the shrimp. In addition, it was also analyzed its orientation with respect to the prevailing wind direction to evaluate how effective natural aeration and agitation can be.An economical analysis of the harvests was also conducted. With the results it became apparent that its poor economic performance was not only associated with the low weight of shrimp, but also to marketing problems, the negotiations of sale prices and the duration of the harvest.The cooperative productive activity takes place within a protected area and the use of these lands requires the formal approval of the Ministry of Environment. These authorizations are conditional upon the activity being sustainable and not detrimental to the ecosystem. The Ministry forces them to achieve this target without previous studies of characterization of sewage pollution that demonstrate the contamination potential of this activity. For this reason, another objective of this thesis was to characterize the discharges from ponds and their impact on the characteristics of the Jiquilisco Bay.Finally, throughout this thesis it has been developed tools adapted to the socioeconomic conditions of the cooperative, thus contributing significantly to improve their production and consequently the living standards of those involved.