Este trabalho de investigação refere-se ao uso do reator anaeróbio híbrido para tratamento de esgoto sanitário, com configuração baseada no reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) com inclusão de: meio suporte sobre as calhas de coleta de gás (denominado reator anaeróbio híbrido - UAHB) e, também, meio suporte na zona de reação (denominado reator anaeróbio híbrido modificado - UAHBmod). Para o desenvolvimento desta pesquisa, no Campus I da USP de São Carlos-SP foram construídos dois reatores experimentais de 18,8 m3 cada: um reator UASB, com função de controle, e um reator UAHB. Primeiramente os reatores foram operados por período de 200 dias, com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 6 h. Após serem inoculados, com 80 dias de operação, os reatores atingiram o estado de equilíbrio dinâmico aparente, com geração de alcalinidade, baixa concentração de ácidos voláteis e eficiência de remoção média de DQO, de 84% e 85% e de DBO de 87% e 91%, respectivamente para o UASB e o UAHB. Após esse período, os reatores foram submetidos a aumento da velocidade ascensional (Vasc) (mediante recirculação do efluente) de 0,78 m.h-1; 1,17 m.h-1; 1,56 m.h-1 e de 1,96 m.h-1. O UAHB mostrou ser menos susceptível ao aumento da Vasc do que o UASB. Além da análise da operação dos reatores, foram realizados os ensaios hidrodinâmicos e avaliada a estrutura da comunidade microbiana, por microscopia ótica, epifluorescência e pela técnica do DGGE. Após esse período preliminar, os reatores UAHB e UAHBmod, operados com TDH de 6h e Vasc de 0,78 m.h-1, atingiram o estado de equilíbrio dinâmico aparente, com geração de alcalinidade, baixa concentração de ácidos voláteis e eficiência de remoção média da matéria orgânica, de 71% e 76% em DQO, e de 72% e 87% em DBO, respectivamente para o UAHB e UAHBmod. Após este período, o reator UAHBmod, submetido a Vasc de 1,56 m.h-1, promoveu remoção de 74% de DQO, e de 87% de DBO. / This research refers to the use of a hybrid anaerobic reactor (UAHB) for domestic wastewater treatment. The configuration of this reactor is based on a sludge bed anaerobic reactor (UASB); in the first instance, a media support above the gas collection apparatus (also known as hybrid anaerobic reactor) was provided and later, a media support on the reaction zone (also known as hybrid modified anaerobic reactor - UAHBmod) was provided. Two reactors, with a volume of 18.8 m3, each, were built for this research at Campus I, USP in São Carlos - SP-Brazil. One UASB reactor acted as a control, and the other as a UAHB reactor. In the preliminary essays, the reactors were operated with 6h of hydraulic detention time (HDT) for 200 days. After inoculation, the reactors attained the apparent dynamic equilibrium state after 80 days of operation, with alkalinity generation, low volatile acids concentration and mean organic matter removal of 84% and 85% in terms of COD, and 87% and 91% in terms of BOD, for UASB and UAHB reactors, respectively. After this period, the reactors were submitted to an increasing in up velocity (Vup) of 0.78 m.h-1; 1.17 m.h-1; 1.56 m.h-1 and 1.96 m.h-1. The UAHB reactor showed lesser susceptibility for Vup increase than the UASB reactor. Hydrodynamic tests were also done on the reactors, in addition to routine operational analysis. The structure of the microbial community was evaluated by optical and epifluorescence microscopy, and the DGGE technique. After this step, the UAHB and the UAHBmod reactors were operated out 6h of HDT and Vup of 0.78 m.h-1. The reactors attained the apparent dynamic equilibrium state with alkalinity generation, low volatile acids concentration and mean organic matter removal of 71% and 76% in terms of COD, and 72% and 87% in terms of BOD for the UASB and UAHBmod reactors, respectively. After this period, the UAHBmod reactor was subjected to a Vup of 1.56 m.h-1 and achieved removal efficiencies of 74% COD and 87% BOD.

O propósito do presente estudo foi investigar e monitorar a remoção de cistos de Giardia spp. e oocistos de Cryptosporidium spp. por diferentes processos de uma estação de tratamento de esgoto (ETE) em escala plena, composta basicamente por tratamento preliminar, reator UASB e flotador por ar dissolvido, e verificar a ocorrência desses protozoários no lodo do reator UASB e do flotador. Além disso, avaliou-se a remoção desses parasitos pelo processo de flotação por ar dissolvido em escala de bancada (equipamento Flotateste). Analisou-se a qualidade das amostras a partir de variáveis físicas e químicas, e pela detecção de microrganismos indicadores - E. coli, coliformes totais e Clostridium perfringens. Os métodos de detecção de protozoários se basearam nas etapas de concentração (tripla centrifugação ou filtração em membrana seguida de tripla centrifugação); purificação por separação imunomagnética (IMS); detecção por reação de imunofluorescência direta (RID). As recuperações de cistos variaram de 32,6 a 67,0 % dependendo do método adotado, já para os oocistos as recuperações estiveram na faixa de 5,6 a 12,0 %. Na ETE-Monjolinho foram detectadas significativas quantidades de cistos de Giardia spp. em 100% das amostras de esgoto analisadas, com concentração média de 1,89 x 104 e 2,35 x 102 cistos.L-1 no esgoto bruto e tratado, respectivamente. Já os oocistos de Cryptosporidium spp. foram detectados em 39,0 % das amostras de esgoto, com concentração média de 1,35 x 102 oocistos.L-1 no esgoto bruto e 5,87 oocistos.L-1 em esgoto tratado (após flotador). A remoção global da ETE para remoção de Giardia spp. foi em média 2,03 log. O lodo do reator UASB e lodo do flotador apresentaram altas quantidade de (oo)cistos, constatando-se a tendência desses sistemas em concentrar os (oo)cistos por seus processos físicos. Algumas correlações significativas foram encontradas, como correlação entre a concentração de cistos no lodo e a variável sólidos totais, a concentração de cistos no esgoto bruto e as variáveis cor aparente, DQO total e particulada, e a concentração de cistos no efluente UASB e o microrganismo Clostridium perfringens. Diferentemente do flotador em escala plena, o processo do flotação por ar dissolvido em escala de bancada alcançou elevadas remoções médias de cistos de Giardia spp., entre 2,5 e 2,7 log nas diferentes condições de floculação estudadas. / The aim of this study was to investigate and monitor the removal of Giardia spp. cysts and Cryptosporidium spp. oocysts through different processes of a sewage treatment plant (STP) in full scale, consisted of preliminary treatment, UASB reactor, dissolved air flotator, and to verify the occurrence of the protozoa in the sludge derived from UASB reactor and flotator. Besides that, it was evaluated the removal of these parasites through the dissolved air flotation process in bench scale. It was analyzed the quality of the samples through physical and chemical variables, and detection of indicator microorganisms – E. coli, total coliforms and Clostridium perfringens. The detection methods of protozoa were based on steps of concentration (triple concentration or membrane filtration followed by triple concentration); purification by immunomagnetic separation (IMS); immunofluorescence assay (IFA). The recovery of cysts ranged from 32,6 to 67,0 % according to the adopted method, while the recovery for the oocysts ranged from 5,6 to 12,0 %. It was detected significant quantities of Giardia spp. cysts in 100 % of the analyzed sewage samples at the STP-Monjolinho, with mean concentration of 1,89 x 104 e 2,35 x 102 cysts.L-1in raw sewage and treated sewage, respectively. The oocysts of Cryptosporidium spp. were detected in 39,0 % of the sewage samples, with mean concentration of 1,35 x 102 oocysts.L-1 in raw sewage and 5,87 oocysts.L-1 in treated sewage (after flotator). The overall removal for Giardia spp. was on average of 2,03 log. The sludge from UASB reactor and flotator presented high quantities of (oo)cysts, implying the tendency of these systems to concentrate (oo)cysts through its physical processes. Some correlations were obtained, such as correlation between the concentration of cysts in the sludge and total solids, the concentration of cysts in the raw sewage and apparent color, total and particulate COD (chemical oxygen demand), and the concentration of cysts in the UASB effluent and the microorganism Clostridium perfringens. Unlike the full flotator, the dissolved air flotation in bench scale reached significant mean removal of Giardia spp. cysts, between 2,5 and 2,7 log according to the different flocculation conditions.

Os sistemas combinados anaeróbio/aeróbio, para tratamento de água residuária, têm sido considerados alternativas viáveis do ponto de vista técnico-econômico em relação aos sistemas tradicionais. Este trabalho consiste no desenvolvimento de nova configuração para um sistema, com dois reatores operados seqüencialmente, composto por Reator Misto Radial de Leito Fixo para tratamento e nitrificação de esgoto sanitário e Reator Anóxico Horizontal de Leito Fixo para desnitrificação da água residuária. O RMRLF mostrou ser uma configuração promissora, promoveu a remoção de matéria orgânica, favoreceu a transferência de oxigênio dissolvido devido à distribuição das espumas em seções circuncêntricas, obteve boa nitrificação e possibilitou a desnitrificação simultânea com a nitrificação. O RAHLFa obteve baixa eficiência no processo de desnitrificação. O bom desempenho do sistema é decorrente, principalmente, da operação do RMRLF e apresentou eficiências de 88%, 86% e 95% na remoção de matéria orgânica em termos de demanda química de oxigênio, retenção de sólidos suspensos voláteis e nitrificação, respectivamente. O efluente final do sistema atingiu valores de demanda química de oxigênio, sólidos suspensos voláteis, nitrito e nitrato de 41 mg.l-1, 8 mg.l-1, 0,3 mg.l-1 e 16,7 mg.l-1, respectivamente. No efluente final não foi detectada a presença de nitrogênio amoniacal. / The combined, anaerobic/aerobic systems for wastewater treatment, are considered as possible alternatives from the technical-economical perspective, in relation to the traditional systems. The data obtained on the development and operation of a new system configuration of two reactor sequentially operated, composed of a Radial Flow Anaerobic/Aerobic Immobilized Biomass reactor (RFAAIB) for domestic sewage treatment and a Horizontal-flow Anoxic Immobilized Biomass (HAIBa) for wastewater denitrification are presented. The RFAAIB reactor was found to be a very promising configuration for promoting the organic matter removal, due to its round shape distribution of the foam matrix it favored the dissolved oxygen transfer, obtaining good nitrification and making possible to achieve simultaneous nitrification and denitrification. The HAIBa reactor obtained low efficiency in the denitrification process. The good system performance is mainly due to the RFAAIB reactor it achieved efficiency of 88%, 86% and 95% in the biochemical oxygen demand reduction process, volatile suspended solids retention and nitrification, respectively. The system final effluent achieved chemical oxygen demand, volatile suspended solids, nitrite and nitrate values of 41 mg.l-1, 8 mg.l-1, 0,3 mg.l-1 and 16,7 mg.l-1, respectively. In the final effluent no ammonium nitrogen was detected.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-04-03T16:15:47Z No. of bitstreams: 1 Mirela Miorim_.pdf: 846687 bytes, checksum: 14941a4020bedba06eadbccc896dd4d1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-03T16:15:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mirela Miorim_.pdf: 846687 bytes, checksum: 14941a4020bedba06eadbccc896dd4d1 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / Nenhuma / O tratamento combinado de lixiviado de aterro sanitário (LAS) e esgoto sanitário (ES) é uma solução promissora, uma vez que com a diluição do lixiviado ocorre a redução de elevadas concentrações de nitrogênio amoniacal e matéria orgânica. No entanto, é necessário que sejam determinadas as proporções de LAS:ES adequadas para este tipo de tratamento. A presente pesquisa objetiva estudar o tratamento combinado por processo anaeróbio através de um reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB), utilizando como substratos o esgoto sanitário e o lixiviado de aterro sanitário. A primeira etapa da pesquisa abordou os ensaios de bancada realizados, afim de caracterizar os substratos adotados e assim determinar o acréscimo de cargas orgânicas e de nutrientes, e alterações nos parâmetros físico-químicos (pH, alcalinidade e AGV) com a adição de 3 e 6% de lixiviado ao esgoto sanitário. A segunda etapa da pesquisa compreende ensaios em escala piloto, utilizando o reator UASB em regime contínuo, com 830L, operando com um TDH de 12 h,e temperatura ambiente a qual foi monitorada por um termômetro no corpo do reator. O reator UASB foi inoculado com lodo anaeróbio proveniente do reator UASB em escala plena da UNISINOS. Este lodo apresentou uma concentração de 515 mg ST/L, 265,4 mg SV/L e 250,2 mg SF/L. O reator UASB operou inicialmente apenas com esgoto sanitário por um período de 127 dias (Fase 1), em seguida operou por 49 dias com a adição de 3% de LAS (Fase 2) e a última fase por um período de 28 dias com a adição de 6% de LAS (Fase 3). Verificou-se que houve um equilíbrio no pH, alcalinidade e AGV na Fase 1, enquanto que nas Fases 2 e 3 estes parâmetros sofreram uma elevação no afluente, e um decréscimo na alcalinidade efluente devido a necessidade de se neutralizar os AGV. Foi verificada uma concentração média de alcalinidade afluente e efluente de 114,7 e 129,3 mgCaCO3/L (Fase 1), de 373,0 e 345,0 mgCaCO3/L (Fase 2) e 665,8 e 581,3 mgCaCO3/L (Fase 3), nesta ordem. O pH inicial do afluente operando somente com ES foi de 6,9, chegando a 8,8 na Fase 3 na mistura com 6% de LAS. Foi observado que o nitrogênio amoniacal afetou diretamente o processo anaeróbio, uma vez que o aumento da alcalinidade do afluente ao partir da entrada do LAS ao processo, este aumento foi atribuído a formação de hidróxido de amônia a partir do nitrogênio amoniacal presente no LAS. A concentração de nitrogênio amoniacal correspondeu a mais de 80% do nitrogênio total da mistura LAS:ES, e manteve-se nestes patamares durante todo o período experimental. As concentrações de nitrogênio amoniacal afluente e efluente, foram, respectivamente, 31,4 e 42,7 mg/L (Fase 1), 60,8 e 60,8 mg/L (Fase 2) e 91,9 e 89,4 mg/L (Fase 3). A remoção de DQO na Fase 1 variou entre 27,1 - 63,6%, de 33,7 - 54,7% na Fase 2 e de 22,9 - 32,3% na Fase 3. Para as condições estudas não verificou-se uma elevada eficiência de remoção de matéria orgânica no reator operando com a mistura LAS:ES. Quantitativamente observou-se teores de metano entre 63,2 e 74%. / The combined treatment of landfill leachate (LAS) and sanitary sewage (ES) is a promising solution, since with the dilution of the leachate the reduction of high concentrations of ammoniacal nitrogen and organic matter occurs. However, it is necessary to determine the proportions of LAS: ES suitable for this type of treatment. The present research aims to study the combined treatment by anaerobic process through an anaerobic sludge blanket and UASB reactor, using wastewater and landfill leachate as substrates. The first stage of the research was carried out in order to characterize the substrates and to determine the increase of organic loads and nutrients, as well as changes in physical and chemical parameters (pH, alkalinity and VFA) with the addition of 3 and 6% of leachate to wastewater. The second stage of the research involves pilot scale tests using the continuous UASB reactor with 830 L, operating with a HRT of 12 h, and ambient temperature which was monitored by a thermometer in the reactor. UASB reactor was inoculated with anaerobic sludge from the UASB reactor at full scale from UNISINOS, this sludge presented a concentration of 515 mg ST/L, 265.4 mg VS/L and 250.2 mg FS/L. UASB reactor initially operated only with wastewater for a period of 127 days (Phase 1), then operated for 49 days with the addition of 3% leachate (Phase 2) and the last phase for a period of 28 days with addition of 6% leachate (Stage 3). It was verified that there was a balance in pH, alkalinity and VFA in Phase 1, whereas in Phases 2 and 3 these parameters suffered an increase in the affluent, and a decrease in the alkalinity effluent due to the necessity to neutralize the VFA. A mean affluent alkalinity affluent and effluent concentration of 114.7 and 129.3 mgCaCO3/L (Phase 1), 373.0 and 345.0 mgCaCO3/L (Phase 2) and 665.8 and 581.3 mgCaCO3/L (Phase 3), in that order. The initial pH effluent operating with wastewater alone was 6.9, reaching 8.8 in Phase 3 in the mixture with 6% of leachate. It was observed that the ammonia nitrogen directly affected the anaerobic process, since the increase of the alkalinity of the affluent from the addition of the leachate to the process, this increase was attributed to the formation of ammonia hydroxide from the ammonia nitrogen present in the leachate. The concentration of ammonia nitrogen corresponded to more than 80% of the total nitrogen of the leachate/wastewater mixture, and remained at these levels throughout the experimental period. The concentrations of ammonia nitrogen affluent and effluent were respectively 31.4 and 42.7 mg/L (Phase 1), 60.8 and 60.8 mg/L (Phase 2) and 91.9 and 89.4 mg/L (Phase 3). Removal of COD in Phase 1 ranged from 27.1 - 63.6%, from 33.7 - 54.7% in Phase 2 and from 22.9 - 32.3% in Phase 3. In the conditions under study, a high removal efficiency of organic matter was not verified in the reactor operating with the leachate/wastewater mixture. Methane levels between 63.2 and 74% were quantitatively observed.

O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar a performance e a estabilidade operacional de uma nova configuração de um reator anaeróbio híbrido (RAH) que combina um filtro anaeróbio de fluxo descendente seguido de uma câmara de manta de lodo de fluxo ascendente comparativamente ao reator UASB nas mesmas condições operacionais aplicados ao tratamento de esgoto sanitário. A avaliação da eficiência de remoção de remoção da matéria orgânica e dos sólidos suspensos nos reatores piloto foi por meio de testes da DQO, DBO, sólidos em suspensão totais (SST) e dos sólidos em suspensão voláteis (SSV).Os reatores UASB e RAH foram operados por um período de 240 dias na fase 1 e 150 dias na fase 2 com vazão afluente de 1,6 m3/h e TDH de 11,8 h. O TDH médio na câmara de entrada do RAH foi de 2,7h e de 9,1h na câmara ascendente de manto de lodo. Os reatores piloto apresentaram capacidade de tratamento para suportar os choques de carga orgânica devido à variabilidade do esgoto bruto. A eficiência de remoção de matéria orgânica em termos de DQO foi de 66% e 59% para o UASB e RAH, a eficiência de remoção de SST atingiu valores de 65% e 63% respectivamente, aliás, o reator UASB apresentando valores superiores de desempenho operacional em quase todos os parâmetros de monitoramento dos processos de digestão anaeróbia os valores médios dos parâmetros DQO, DBO5, SST e SSV não tiveram diferenças estatisticamente significativas. O pH para os sistemas piloto esteve na faixa ideal para o desenvolvimento dos microorganismos anaeróbios (6,5 a 7,5) e a alcalinidade e os AGVs demonstraram estabilidade dos reatores, corroborados pela estabilidade do pH no interior de cada sistema. A velocidade ascensional na câmara de manta de lodo (0,45 m/h) não causou efeito adverso na qualidade do efluente em termos de SST, com valor médio de 39,8 mg/L, na mesma faixa observada no reator UASB (41,6 mg/L). Foi observada menor concentração de biomassa no reator RAH (distribuição vertical) comparativamente ao reator UASB segundo os perfis verticais de lodo, entretanto, este fato não comprometeu a sua eficiência de remoção de matéria orgânica e dos sólidos suspensos. A retirada do lodo de excesso dos sistemas piloto foi baseada na relação STV/ST para estimar a fração de biomassa, a freqüência do descarte foi de 1 vez por mês retirando o equivalente aos 10% do volume de lodo das tomadas que apresentaram uma fração de STV menor que 50%. É viável a implementação da turbidez como parâmetro de detenção de perdida de lodo no efluente dos reatores anaeróbios devido a que a turbidez e os SST apresentaram uma relação direta o que ajudaria a simplificar mecanismos de controle operacional para a toma de decisões nas estações de tratamento, sendo que a turbidez é um parâmetro de leitura rápida “in situ” e poderia advertir do excesso de lodo ao interior do reator. Foram empregados diferentes métodos titrimétricos para a determinação dos AGVs no efluente do RAH e UASB. Após análise dos resultados, recomenda-se o uso do método de KAPP e RIPLEY para a determinação dos AGVs pela simplicidade metodológica e pela rapidez na obtenção do resultado. / This study aimed to evaluate the performance and operational stability of a new configuration of a hybrid anaerobic reactor (RAH) combining an anaerobic filter downflow followed by a sludge blanket chamber upflow compared to UASB in same operating conditions applied to sewage treatment. The evaluation of organic matter removal and removal efficiency of suspended solids in the pilot reactor was by testing COD, BOD, total suspended solids (TSS) and volatile suspended solids (VSS). The RAH and UASB reactors were operated for a period of 240 days in the first phase and 150 days in phase 2 with the inlet flow of 1,6 m3/h and 11,8h TDH. The average TDH RAH in the inlet chamber was 2.7h and 9,1h in ascending chamber sludge blanket. Pilot reactors showed treatment capacity to support organic shock loads due to the variability of raw sewage. The organic matter removal efficiency in terms of COD was 66% and 59% for the UASB and RAH, the TSS removal efficiency reached values of 65% and 63% respectively, by the way, the UASB presenting performance values higher operational in almost all parameters of the monitoring anaerobic digestion processes mean values of the parameters COD, BOD5, TSS and VSS were not statistically significant differences. The pH for the pilot systems was in the ideal range for the development of anaerobic microorganisms (6,5 to 7,5) and alkalinity and Volatile Fatty Acids (VFA) demonstrated stability of reactors corroborated by the pH stability within each system. The upflow velocity in the sludge blanket chamber (0,45 m/h) caused no adverse effect on effluent quality in terms of TSS, with an average of 39,8 mg/L, in the same range observed in UASB (41,6 mg/L). It was observed lower concentration of biomass in the reactor RAH (vertical distribution) compared to UASB second vertical sludge profiles, however, this fact did not compromise its removal efficiency of organic matter and suspended solids. The withdrawal of the pilot systems excess sludge was based on TSV/TS ratio to estimate the biomass fraction, the frequency of disposal was 1 once a month by removing the equivalent of 10% of the outlets sludge volume that had a fraction of TSV less than 50%. The implementation of turbidity as sludge lost detention parameter is viable in the effluent of the anaerobic reactors due to turbidity and TSS showed a direct relationship which would help simplify operational control mechanisms for decision making in treatment plants, wherein the turbidity is a quick read parameter "in situ" and could warn of excess sludge inside the reactor. Different titrimetric methods were employed for the determination of VFA and the effluent from the UASB and RAH. After analyzing the results, we recommend the use of KAPP and RIPLEY method for the determination of VFA by methodological simplicity and speed in obtaining results.

A remoção de nitrogênio acoplada à oxidação de sulfeto pode ser uma opção adequada para o pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios, os quais contêm nitrogênio amoniacal, que deve ser nitrificado, e sulfeto, que poderia ser utilizado como doador de elétrons endógeno para a desnitrificação autotrófica. Com base nessa constatação, esta pesquisa propôs a aplicação da nitrificação e desnitrificação autotrófica acoplada à oxidação de sulfeto, em um único reator, para a remoção de nitrogênio de efluentes de reatores anaeróbios tratando esgoto sanitário. Visto que existem lacunas na literatura referente ao processo desnitrificante autotrófico citado, as bases teóricas para a determinação das condições operacionais partiram da caracterização cinética e de aspectos fundamentais da desnitrificação autotrófica com uso de sulfeto como doador de elétrons. Numa primeira etapa, avaliou-se o efeito da concentração de sulfeto na desnitrificação, com uso de nitrato e nitrito como receptores de elétrons, em reatores verticais de leito fixo. Os resultados revelaram que compostos intermediários de enxofre foram principalmente formados quando se aplicou excesso de sulfeto, fato que foi mais evidente com o uso de nitrato. Evidências visuais sugeriram que enxofre elementar foi o principal intermediário formado, o qual também estava sendo utilizado quando aplicadas concentrações estequiométricas de sulfeto relativas a nitrato/nitrito. De modo geral, a desnitrificação autotrófica não foi afetada pela desnitrificação heterotrófica residual via atividade endogênica. Numa segunda etapa, determinou-se a cinética intrínseca da desnitrificação autotrófica via nitrato e nitrito com uso de diferentes concentrações de sulfeto em reatores diferenciais de leito fixo. Este bioprocesso pôde ser descrito por modelo cinético de ordem ½ para biofilmes. As constantes cinéticas variaram entre 0,425-0,658 mg N1/2 / L1/2 h para desnitrificação via nitrito e entre 0,190-0,609 mg N1/2 / L1/2 h para desnitrificação via nitrato. Neste último, o menor valor foi devido ao uso de elétrons doados a partir de compostos intermediários de enxofre formados. Numa terceira etapa, utilizou-se um reator de leito fixo operado em batelada alimentada seqüencial, com ciclos de 8 horas, submetido à aeração intermitente e empregando a desnitrificação autotrófica com uso de sulfeto presente no efluente sanitário, pré-tratado anaerobiamente, como doador de elétrons. O prévio estabelecimento da nitrificação com posterior aplicação de baixas concentrações de sulfeto foi a melhor estratégia de partida do reator. A alimentação em batelada alimentada com aplicação de sulfeto em excesso apenas nos períodos anóxicos foi a melhor estratégia de alimentação, proporcionando eficiência média de 85,7% e 53,0% para nitrificação e desnitrificação, respectivamente. O acúmulo de nitrito foi observado após aplicação de carga de choque de sulfeto, que inibiu as bactérias oxidadoras de nitrito. No entanto, houve dificuldade em se estabelecer a desnitrificação via nitrito em função da toxicidade deste composto aos organismos desnitrificantes instalados no reator. A baixa eficiência global de remoção de nitrogênio e algumas restrições operacionais indicaram que a desnitrificação autotrófica usando sulfeto em um único reator operado em bateladas seqüenciais não foi adequada para a proposta desta pesquisa. / Nitrogen removal coupled with sulfide oxidation may be suitable for the post treatment of effluents from anaerobic reactors. These effluents contain ammonium, which must be nitrified, and sulfide, which could be used as an endogenous electron donor for autotrophic denitrification. Since there are gaps in literature regarding the mentioned autotrophic denitrifying process, the theoretical basis for determination of operating conditions came from the characterization of kinetics and fundamentals aspects of autotrophic denitrification using sulfide as electron donor. In a first step, the effect of sulfide concentration on this bioprocess using nitrate and nitrite as electron acceptors in vertical fixed-bed reactors was evaluated. The results showed that intermediary sulfur compounds were mainly produced when excess of electron donor was applied, which was more evident when nitrate was used. Visual evidences suggested that elemental sulfur was the intermediary compound produced. There was also evidence that the elemental sulfur previously formed was being used when sulfide was applied in stoichiometric concentration relative to nitrate/nitrite. For all conditions assayed, autotrophic denitrification was not affected by residual heterotrophic denitrification via endogenic activity, occurring as a minor additional nitrogen removal process. In a second step, the intrinsic kinetics of sulfide-oxidizing autotrophic denitrification via nitrate and nitrite in systems containing attached cells was determined. Differential reactors were fed with nitrified synthetic domestic sewage and different sulfide concentrations. This bioprocess could be described by a half-order kinetic model for biofilms. The half-order kinetic coefficients ranged from 0.425 to 0.658 mg N1/2 / L1/2 h for denitrification via nitrite and from 0.190 to 0.609 mg N1/2 / L1/2 h for denitrification via nitrate. In this latter, the lower value was due to the use of electrons donated from intermediary sulfur compounds formed. In a third step, a sequencing fed-batch biofilm reactor of 8-h cycles was operated under intermittent aeration, applying autotrophic denitrification using sulfide present in the sanitary effluent, anaerobically pre-treated, as electron donor. The effect of the start-up period and the feeding strategy were evaluated. The previous establishment of nitrification process with subsequent application of sulfide in low concentrations was the best start-up strategy. The fed-batch mode with sulfide application in excess only in the anoxic periods was the best feeding strategy, providing average efficiencies of 85.7% and 53.0% for nitrification and denitrification, respectively. Nitrite accumulation was observed after application of shock loading of sulfide, which inhibited nitrite-oxidizing bacteria. However, it was difficult to establish denitrification via nitrite due to the toxicity of this compound to denitrifying organisms developed inside the reactor. The low overall efficiency of nitrogen removal and some operational constraints indicated that autotrophic denitrification using sulfide in a single sequencing fed-batch reactor was not suitable for the purpose of this research.

Este trabalho fundamentou-se na concepção, desenvolvimento tecnológico, ampliação de escala e avaliação do comportamento de sistema combinado anaeróbio-aeróbio de leito fixo e fluxo ascendente, com recirculação da fase líquida, para tratamento de esgoto sanitário. O reator, em escala piloto, foi construído em formato cilíndrico e confeccionado em fibra de vidro com volume total de aproximadamente 2,5 \'M POT.3\', com intuito de desenvolver um sistema capaz de operar como única unidade de tratamento para remoção de matéria orgânica e nitrogênio, reduzindo a geração de lodo e o consumo de energia pela combinação dos processos anaeróbio e aeróbio, possibilitando o aproveitamento das vantagens de cada um e minimizando seus aspectos negativos. Os melhores resultados operacionais foram encontrados para a etapa com tempo de detenção hidráulica total (TDH) de 12 horas e razão de recirculação (r) igual a 3,0, apresentando eficiências médias de remoção de DQO, \'N\'-NTK e SST de 92 ± 3%; 68 ± 11% e 75 ± 7%, respectivamente, com valores médios efluentes de 54 ± 22 mgDQO/L, 14 ± 10 mg \'N\'-NTK/L e 70 ± 42 mgSST/L. Os valores médios de carga orgânica volumétrica (COV) e carga volumétrica de nitrogênio (CVN) removidas foram de 1,08 ± 0,04 kgDQO/\'M POT.3\'.dia e 0,06 ± 0,02 kgNTK/\'M POT.3\'.dia para esta etapa. A estabilidade operacional durante a etapa com TDH de 12 h, a alta remoção de matéria orgânica e nitrogênio, sem a necessidade de adição de fonte exógena de carbono, para promover o processo de desnitrificação, e de suplementação de alcalinidade consumida durante a nitrificação, e a reduzida necessidade de manutenção devido à tecnologia de fabricação adotada, comprovam a viabilidade técnica de utilização do reator combinado de leito fixo como unidade compacta para pequenas comunidades ou vazões afluentes, para tratamento de esgoto sanitário. / This work was based on design, technology development, scale up and performance evaluation of an up-flow combined anaerobic-aerobic fixed bed system, with recycle of the liquid phase, for treatment of domestic sewage. The pilot scale reactor was built in a fiberglass cylindrical shape with a total volume of approximately 2.5 \'M POT.3\', aiming at the development of a system capable of operate as a single treatment unit for organic matter and nitrogen removal, with low sludge production and energy consumption by the advantages of combination of anaerobic and aerobic processes. The improved operating results were found for the condition with overall hydraulic retention time (HRT) of 12 hours and recycle ratio (r) equal to 3.0, with average removal efficiencies of COD, TKN and TSS of 92 ± 3%, 68 ± 11% and 75 ± 7%, respectively, with average effluent values of 54 ± 22 mgCOD/L, 14 ± 10 mgTKN/L and 70 ± 42 mgTSS/L. The average values of removed organic loading rate (OLR) and nitrogen volumetric loading (NVL) reached 1.06 ± 0.04 kgCOD/\'M POT.3.d and 0.06 ± 0.02 kgTKN/\'\'M POT.3\'.d for this phase. The operational stability during the stage with HRT of 12 h, the high organic matter and nitrogen removal, without addition of exogenous carbon source (electron donor) to promote the denitrification process, with no supplementation of alkalinity consumed during nitrification, and the reduced maintenance due to manufacturing technology adopted, proved the technical feasibility of the combined fixed-bed reactor as a compact unit for small communities or low inflow rates, for treatment of domestic sewage.

O atual cenário de escassez hídrica enfrentada por certas regiões e o crescente grau de poluição dos recursos hídricos motivam pesquisas por alternativas para suprir esse déficit, uma vez que a água é um dos mais importantes recursos. Nesse cenário o reuso de água é uma importante e estratégica alternativa de instrumento de gestão de recursos hídricos, pois ao mesmo tempo em que reduz a pressão sob as fontes de água, também reduz significativamente os impactos gerados pelos lançamentos de esgotos em corpos receptores. Desse modo, o trabalho contemplou uma modalidade de reuso ainda não muito estudada, o reuso potável. Por ser uma modalidade que apresenta grandes riscos o trabalho se apoiou nos três aspectos principais associados: tecnologia, escassez e aceitação da população. O trabalho apresenta um estudo de caso para região metropolitana de Vitória, onde foi realizada uma projeção da demanda por recursos hídricos para curto (2015), médio (2020) e longo (2030) prazos, que quando comparada com a disponibilidade hídrica da região, concluiu que num futuro próximo (2015) a demanda será maior que a oferta. Para suprir esse déficit foi proposta uma alternativa de sistema de reuso potável indireto e feito uma avaliação da aceitação da população. / The current scenario of water scarcity faced by some regions and increasing degree of pollution of water resources motivate researches for alternatives to supply this deficit, since water is one of the most important resources. In this scenario, water reuse is an important and strategic alternative tool of water resources management, because while it reduces the pressure on water supplies, also significantly reduces the impacts caused by sewage discharge into receiving bodies of water. Thus, the work contemplated a form of reuse that is not so well studied, the potable reuse. Being a type that presents great risks, the work was supported in three main aspects associated with: technology, scarcity and public acceptance. The work presents a case study for the metropolitan region of Vitória, projected water demands for short (2015), medium (2020) and long (2030) terms, that when compared to water availability in the region, concluded that in the near future (2015) demand will be greater than the supply. To increase the disponibility of water was proposed an alternative system of indirect potable reuse and made an assessment of public acceptance.

Os reatores anaeróbios de tratamento de esgoto possibilitam elevada remoção de matéria orgânica, com menor custo em comparação com os processos aeróbios. Entretanto, esses reatores geralmente são pouco eficientes na remoção de nutrientes e seu efluente pode apresentar valores relativamente elevados de DQO e de sólidos suspensos. Por isso, investigou-se a aplicação de cloreto férrico e auxiliares de floculação no afluente de um reator anaeróbio de leito expandido em escala real (Volume = 32 m3; TDH = 3,2 h), no intuito de elevar as eficiências de remoção de DQO, turbidez, fósforo e sólidos. Foram realizados testes de Atividade Metanogênica para avaliar a toxicidade do cloreto férrico ao lodo do reator, mas nenhum efeito tóxico foi detectado para concentrações de até 500 mg FeCl3/l. Em seguida, foram realizados testes em reator de bancada (jar test), quando foi investigado o uso de cloreto férrico (dosagens entre 40 e 200 mg/l) em conjunto com um polímero catiônico, um polímero aniônico e amido natural de batata (dosagens entre 0,5 e 2,0 mg/l), sendo obtidos os melhores resultados com cloreto férrico e polímero aniônico. As eficiências médias diárias de remoção no reator de leito expandido foram elevadas de 64% para 71%, para DQO; de 47% para 59%, para turbidez; de 17% para 31%, para fósforo; e de 52% para 77%, para SST, quando aplicadas dosagens de 40 mg/l de cloreto férrico e 1,0 mg/l de polímero aniônico. / Anaerobic reactors for wastewater treatment have high capacity in removing organic matter and lower costs in comparison with aerobic processes. Nevertheless, anaerobic reactors generally are less efficient in nutrient removal and their effluents may present relatively high COD and total suspended solid (TSS) concentrations. Hence, the application of ferric chloride (FeCl3) and flocculant aids to a full-scale (Volume = 32 m3; HRT = 3,2 h) anaerobic expanded bed reactor influent was investigated to improve removal of COD, turbidity, phosphorous and solids. Methanogenic activity tests were conducted to evaluate toxicity of ferric chloride against methanogenic anaerobic reactor sludge. Tests showed that no toxic effect occurred before concentrations of FeCl3 reached 500 mg/l. Conventional bench-scale jar tests were conducted and ferric chloride was tested in combination with a cationic polymer, an anionic polymer and natural potato starch. Best results were obtained when ferric chloride was employed with anionic polymer. Average daily removal rates were increased from 64% to 71% for COD, from 47% to 59% for turbidity, from 17% to 31% for phosphorous and from 52% to 77% for TSS when dosages close to 40 mg/l of ferric chloride and 1,0 mg/l of anionic polymer were applied to anaerobic expanded bed reactor influent.

Este trabalho apresenta o desempenho de um sistema de reatores seqüenciais em batelada aeróbio/anaeróbio, na remoção de matéria carbonácea (DQO) e nitrogenada, no tratamento de esgoto sanitário sintético, simulando esgoto doméstico. O sistema era composto por dois reatores dispostos em série, um aeróbio (RSBAe), responsável pela remoção de matéria carbonácea e nitrificação e outro, anaeróbio (RSBAn), responsável pela desnitrificação. Os reatores foram construídos em acrílico transparente, com volume total de 16,5 L e volume útil de 13,5 L. A operação dos reatores foi realizada com ciclos de 12h e 24h, na fase de adaptação, e de 24h, nas fases subseqüentes. O RSBAn foi agitado intermitentemente recirculando-se o biogás produzido e o RSBAe foi aerado/misturado continuamente. Foram testadas, como fontes de carbono para a desnitrificação, seis diferentes substratos, sendo que eram compostos por combinações dos constituintes do substrato sintético (variações percentuais de proteínas, carboidratos e lipídeos em termos de DQO), e as outras duas, metanol e etanol. A eficiência atingida, na remoção de DQO, foi em média de 95%, e as eficiências alcançadas na nitrificação e desnitrificação foram em média de 99%, para qualquer uma das fontes de carbono utilizadas. / This work presents the performance of (aerobic/anaerobic) sequencing batch reactors in the removal of carbonaceous (COD) and nitrogen matter treating synthetic substrate, simulating domestic wastewater. The system was composed of two reactors in series, one aerobic (RSBAe), responsible for the carbonaceous and nitrogen removal and another, anaerobic (RSBAn), responsible for denitrification. The reactors were built in transparent Plexiglas with total volume of 16,5 L and useful volume of 13,5 L. The reactors operation was carried out with cycles of 12h and 24h, in the adaptation phase, and 24h, in the other phases. The RSBAn were agitated intermittently by recycling the produced biogas and the RSBAe were aerated/agitated continuously. Six different subtracts were tested as carbon sources for denitrification four of them were composed by synthetic substrate combinations (percent variations of protein, carboidrates and lipids as COD) and the other two, methanol and ethanol. The COD removaI efficiency, in the COD removal, was about 95%, and the achieved efficiency in the nitrification and denitrification were about 99%, for any of the carbon source assayed.