Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-11-21T18:44:22Z No. of bitstreams: 1 Ricardo_Oliveira_2017.pdf: 9262589 bytes, checksum: 3fb1bbeebfa29a7ba5d96ebca839b34d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-21T18:44:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ricardo_Oliveira_2017.pdf: 9262589 bytes, checksum: 3fb1bbeebfa29a7ba5d96ebca839b34d (MD5) Previous issue date: 2017-12-01 / Periodically several types of waste are produced and discarded in landfills. Among that waste there is the sewage sludge one of the biggest issues from environmental and financial perspective of sanitation companies. This study has as primary goal to evaluate the potencial production of sanitary sewage sludge briquettes and charcoal to be used as fuel, as well as to perform its physical and chemical characterization. The incorporation effect of the cooking residual oil by immersion method and in form of an additive incorporated directly into the briquette mixture composition was also evaluated. This fuel may be used in a combustion furnace boiler or biomass thermoelectric plants, which has same purpose as coal and wood. Fuel and mechanical characteristics of those briquettes as well as superior calorific value, ash content, volatile materials, fixed carbon, thermogravimetric analyzes and resistance to axial compression until the rupture were evaluated. There was experimental planning methodology known in the literature to verify the factors that interfere in the briquette production and its properties, as well as characterize briquette and raw materials. To investigate the best raw material proportions in the briquettes production and verify moisture effects and binder, a factorial experiment was performed under a randomized complete block design (DBC), maintaining a constant pressure (5 tons). This plan had as non-immersed briquettes blocks (1), and immersed ones (2) at 160 oC for a time of 100 seconds. After a negative effect on immersion process, due to low mechanical strength, a Plackett-Burman (PB) design was performed to evaluate moisture, binder, mixture, pressure effects as well as additive on mechanical briquettes resistance. This plan allowed to verify the variable effects in a reduced number of tests, PB (12) with a triple central point, totalizing a 15 tests matrix. Once the identification of most significant variables in the briquettes production, a larger number of trials and levels were planned, being central rotational compound (DCCR) design, applied on most significant variables of PB plan and additive, these plans showed best quantities and conditions required for briquettes production in terms of operations, transportation and storage as well as better energy efficiency. The best mixing condition that produced the briquette with the highest calorific value was 85% sewage sludge, 2.50% humidity, 7.50% additive and 8.75-ton pressure, besides a power 15.566 MJ.kg-1, capable of withstanding a pressure of 41.19 MPa (420 kgf cm-2) and a density of 1.311 g.cm-3, until rupture, thus the best briquette for transportation and handling. This work provides a suggested route to use sanitary sewage sludge in combination with charcoal fines to produce fuel in the form of briquettes. Besides these characteristics, morphological and compositional properties were studied by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersion Spectroscopy (EDS) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FITIR) with attenuated total reflectance (ATR) as well as mechanical properties, visual analysis, granulometry tests and mechanical resistance. In this study with briquettes, power and mechanical resistance were investigated. With the test results, it was verified that sanitary sewage sludge has similar calorific value to other materials used for briquettes manufacture, being an excellent raw material for energy power by combustion in the form proposed by this study. / Periodicamente são gerados diversos tipos de resíduos e descartados em aterros sanitários. Dentre estes, o lodo de esgoto sanitário que é um dos maiores problemas do ponto de vista ambiental e financeiro das empresas de saneamento. Neste contexto, este estudo tem como objetivo principal avaliar a potencialidade da produção de briquetes de lodo de esgoto sanitário e finos de carvão vegetal para o uso como combustível, bem como realizar sua caracterização física e química. Também foi avaliado o efeito da incorporação do óleo residual de cozinha pelo método da imersão e na forma de aditivo incorporado diretamente na mistura da composição do briquete. A aplicabilidade desse combustível poderá ser em forno de combustão de caldeiras ou termoelétricas de biomassa, tendo a mesma finalidade do carvão e da madeira. Para conhecer as características combustíveis e mecânicas dos briquetes, foram avaliados o poder calorífico superior, o teor de cinzas, os materiais voláteis, o carbono fixo, análises termogravimétricas e a resistência à compressão axial até a ruptura. Foi empregada a metodologia de planejamentos experimentais, conhecida na literatura, para verificar os fatores que interferem na produção do briquete e suas propriedades, além de realizar a caracterização do briquete e das matérias primas. Para investigar quais as melhores proporções de matéria prima na produção dos briquetes os efeitos da umidade e do aglutinante, realizou-se um experimento fatorial sob o delineamento em blocos casualizados (DBC), mantendo-se a pressão constante (5 toneladas). Este planejamento teve como blocos os briquetes não-imersos (1), e os imersos (2) a 160 oC por um tempo de 100 segundos. Após verificar um efeito negativo no processo de imersão, devido à baixa na resistência mecânica, um planejamento de Plackett-Burman (PB) foi realizado para avaliar os efeitos das variáveis umidade, aglutinante, mistura, pressão e o aditivo na resistência mecânica dos briquetes. Esse planejamento permitiu verificar os efeitos das variáveis por meio de um número reduzido de ensaios, PB (12) com uma triplicata no ponto central, totalizando uma matriz de 15 ensaios. Após a identificação das variáveis mais significativas na parte da produção dos briquetes, realizou-se um planejamento com um número maior de ensaios e níveis, sendo este o delineamento composto central rotacional (DCCR), aplicado as variáveis mais significativas do planejamento de PB e o aditivo. Esses planejamentos permitiram determinar quais as melhores quantidades e condições necessárias para produção de briquetes, em termos de operações, transporte e armazenagem, e do melhor poder energético. A melhor condição de mistura que proporcionou a produção do briquete com maior poder calorífico foi de 85% de lodo de esgoto sanitário, 2,50% de umidade, 7,50% de aditivo e 8,75 ton de pressão, além de um poder calorífico de 15,566 MJ kg-1, foi capaz de suportar, até a ruptura, uma pressão de 41,19 MPa (420 kgf cm-2) com uma densidade de 1,311 g cm-3. Sendo assim este o briquete mais indicado para o transporte e manipulação. Esse trabalho fornece a rota sugerida para a utilização do lodo de esgoto sanitário em combinação com finos de carvão vegetal para a produção de combustível em forma de briquetes. Além destas características, estudaram-se as propriedades morfológicas e composicional por meio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), da Espectroscopia de Dispersão de Energia (EDS) e da Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FITIR) com refletância total atenuada (ATR). Também as propriedades mecânicas, análises visuais, ensaios de granulometria e resistência mecânica. Neste estudo com briquetes, foram investigados em especial o poder energético e a resistência mecânica. Com os resultados dos ensaios, verificou-se que o lodo de esgoto sanitário possui poder calorífico similar ao de outros materiais utilizados para fabricação de briquetes, sendo uma excelente matéria prima para geração de energia por combustão na forma proposta neste estudo.

Este trabalho avaliou a técnica de dosagem variável de coagulante em função da variação da turbidez do esgoto afluente a sistema de pós-tratamento por flotação do efluente de reatores UASB, localizado em Campinas, SP. Utilizou-se equipamento do tipo Flotateste para a flotação em escala de laboratório, sendo fixados os parâmetros: Tmr = 15 s; Gmr = 800 \'S POT.-1\'; Tfloc = 20 min; Gfloc = 90 \'S POT.-1\'; Psat = 5,00 Bar. Foram estudadas quatro velocidades de flotação (Vf), entre 8 à 20 cm/min. Na fase 1 da pesquisa estudou-se os coagulantes \'AL IND.2\'(\'SO IND.4\')\'IND.3\', PAC e \'FE\'Cl IND.3\', sendo determinadas as melhores dosagens para o horário das 12:00 horas. Posteriormente, na segunda fase, foram fixadas as melhores dosagens de cada coagulante e associada dosagens variadas de polímeros catiônico, aniônico e não iônico. Em seguida, na fase 3, foi realizada avaliação temporal, com ensaios realizados em seis diferentes horários do dia, estabelecendo uma razão entre a variação da turbidez afluente com a dosagem de coagulante. Finalmente, na quarta fase, foram aplicados quatro cenários de dosagens em doze horários diferentes ao longo de 24 horas. Para fase 1, verificou-se remoção de SST, DQO e fósforo para as dosagens de \'AL IND.2\'(\'SO IND.4\')\'IND.3\' (11,77mg \'AL IND.2\'O IND.3\'/L), 76,5%; 67,6% e 63,9%; PAC (8,45 mg \'AL IND.2\'O IND.3\'/L), 62,5%; 75,0% e 82,7%; e \'FE\'CL IND.3\' (24,38 mg\'FE\'/L), 60,0%; 55,9% e 90,3%, respectivamente, para Vf = 16 cm/min. Na fase 2, determinou-se como melhor polímero, para ambos coagulantes, o polímero catiônico (PC), sendo associado às melhores dosagens definidas na fase1. Desta maneira na fase 2 verificou-se remoção de SST, DQO e fósforo para as dosagens associadas de \'AL IND.2\'(\'SO IND.4\')\'IND.3\' + PC (11,77 mg\'AL IND.2\'O IND.3\'/L + 1,00 mg PC/L), 94,4%, 88,6% e 70,4%; PAC + PC (8,45 mg\'AL IND.2\'O IND.3\'/L + 1,00 mg PC/L), 94,7%, 62,3% e 88,8%; e \'FE\'CL IND.3\' + PC (24,38 mg\'FE\'/L + 1,00 mg PC/L), 77,3%, 61,6% e 91,6%, respectivamente. O cloreto férrico foi escolhido para ser utilizado nas fases seguintes devido a capacidade de precipitação de sulfeto o qual atingiu concentrações de até 15 mg/L no efluente anaeróbio. Em adição, foram fixadas as dosagens de polímero catiônico em 1,00 mg/L. Assim, para fase 3, a aplicação de dosagem variada entre 12,07 a 25,51 mg\'FE\'/L, para seis diferentes horários resultou em DQO < 50 mg/L e Fósforo < 0,50 mg/L para Vf = 16 cm/min. A aplicação de razão entre a dosagem de \'FE POT.+3\' e a turbidez afluente (RDmT) de 0,463 mg\'FE POT.+3\'/L.UNT (para turbidez < 50 UNT) e 0,244 mg\'FE POT.+3\'/L.UNT (para turbidez >50 UNT) na fase 4, garantiu para todas as velocidades de flotação estudadas turbidez < 15 UNT em 100% dos ensaios. Em adição, ao se realizar correlação entre a concentração de SST no efluente da FAD e a turbidez, chegou-se a conclusão de que este cenário atingiu remoção de lodo próxima a dosagem de \'FE\'CL IND.3\' máxima definidas na fase 3 (74 mg\'FE\'CL IND.3\'/L), com economia de 27,8% no consumo do coagulante. / This study evaluated the variable coagulant dosage technique according to the variation in turbidity of the influent sewage of the post-treatment flotation system of the UASB reactor effluents, located in Campinas, SP. Laboratory scale flotation equipment was used, with fixed parameters: Tmr = 15 s; Gmr = 800 \'S POT.-1\'; Tfloc = 20 min; Gfloc = 90 \'S POT.-1\'; Psat = 5,00 Bar. Four flotation velocities (Vf), between 8 a 20 cm/min, were studied. Phase 1 of the research studied the coagulants \'AL IND.2\'(\'SO IND.4\')\'IND.3\', PAC e \'FE\'CL IND.3\', being determined the best dosages for 12:00 pm. In phase 2 the best dosages of each coagulant were fixed and the associated cationic, anionic and nonionic polymer dosages were varied. In phase 3 experiments were taken at six different periods of the day, establishing a ratio between the variation in influent turbidity and coagulant dosage. In the fourth phase, four different dosage scenarios were applied at twelve different periods during a 24 hour day, to verify the best dosage scenario. In phase 1, the removal of TSS, COD and phosphorus was verified to the dosages of \'AL IND.2\'(\'SO IND.4\')\'IND.3\' (11,77 mg\'AL IND.2\'O IND.3\'/L), 76,5%; 67,6% and 63,9%; PAC (8,45 mg\'AL IND.2\'O IND.3\'/L), 62,5%; 75,0% and 82,7%; and \'FE\'CL IND.3\' (24,38 mg\'FE POT.+3\'/L), 60,0%; 55,9% e 90,3%, respectively, for Vf = 16 cm/min. In phase 2 the cationic polymer (PC) was determined to be the best polymer for both coagulants, when applied to the best dosages determined in phase 1. This way, in phase 2 the removal of TSS, COD and phosphorus was verified to the associated dosages of \'AL IND.2\'(\'SO IND.4\')\'IND.3\' + PC (11,77 mg\'AL IND.2\'O IND.3\'/L + 1,00 mg PC/L), 94,4%, 88,6% and 70,4%; PAC + PC (8,45 mg\'AL IND.2\'O IND.3\'/L + 1,00 mg PC/L), 94,7%, 62,3% and 88,8%; and \'FE\'CL IND.3\' + PC (24,38 mg\'FE POT.+3\'/L + 1,00 mg PC/L), 77,3%, 61,6% e 91,6%, respectively. Ferric chloride was chosen in the following phases due to its sulfide precipitation ability, reaching concentrations of up to 15 mg/L in the anaerobic effluent. In addition, the cationic polymer dosages were fixed to 1,00 mg/L. Thus, in phase 3, the dosage, varying between 12,07 to 25,51 mg\'FE POT.+3\'/L, applied to six different periods resulted, to Vf = 16 cm/min, in COD < 50 mg/L and phosphorus < 0,50 mg/L. The ratio between the dosage of \'FE POT.+3\' and the influent turbidity (RDmT) of 0,463 mg\'FE POT.+3\'/L.UNT (for turbidities < 50 NTU) and 0,244 mg\'FE POT.+3\'/L.UNT (for turbidities \'< OU =\' 50 NTU) when applied in phase 4, ensured, in 100% of the experiments, turbidity < 15 NTU for the studied flotation velocities. In addition, when correlating the concentration of TSS in FAD effluents with the turbidity, the conclusion was that this scenario reached a sludge removal close to that obtained by the maximum \'FE\'CL IND.3\' dosage defined in phase 3 (74 mg\'FE\'CL IND.3\'/L), with an economy of 27,8% in coagulant consumption.

A remoção de nitrogênio é um aspecto importante do tratamento de águas residuárias, visto que este nutriente causa diversos inconvenientes, com consequentes danos à saúde humana e ao meio ambiente. A forma mais utilizada para a remoção biológica de nitrogênio de águas residuárias é a nitrificação autotrófica seguida de desnitrificação heterotrófica. Esta última etapa necessita de doadores de elétrons orgânicos, provenientes de fontes endógenas ou exógenas. Isto pode encarecer os sistemas de tratamento que utilizam reatores anaeróbios como primeira unidade de tratamento biológico, já que os efluentes destes não possuem matéria orgânica prontamente degradável, exigindo a adição de fontes exógenas de doadores de elétrons. Neste sentido, a desnitrificação autotrófica usando compostos reduzidos de enxofre como doadores de elétrons mostra-se interessante, já que sulfetos são comumente encontrados em efluentes anaeróbios. O objetivo deste projeto de pesquisa é a avaliação da desnitrificação autotrófica usando sulfeto como doador de elétrons para remoção de nitrogênio de efluentes de reatores anaeróbios tratando esgoto sanitário. Para atingir esse objetivo, foram realizados estudos exploratórios, de viabilidade e aplicabilidade do processo. Na primeira etapa, foram operados reatores em batelada para caracterização cinética, operacional e microbiológica do processo. Na segunda etapa, utilizou-se sistema de reatores contínuos em escala de bancada para remoção de nitrogênio de esgoto sanitário sintético. Por fim, na terceira etapa foi operado sistema piloto com nova configuração para tratamento secundário e terciário de esgoto sanitário real. A ocorrência da desnitrificação autotrófica foi detectada nas duas primeiras etapas, e houve indícios de sua presença na terceira etapa da pesquisa. Na primeira etapa, nitrato e nitrito foram aplicados com sucesso como receptores de elétrons, e o processo manteve-se estável apenas quando a relação \'NO IND.X\'POT.-\'/\'S POT.2-\' apresentou valores menores do que a estequiométrica. Modelos cinéticos de ordem zero foram os que melhor se ajustaram aos dados de consumo dos receptores de elétrons, e os parâmetro máximos obtidos foram 7,05 e 5,02 mg N/h.gSSV, para nitrato e nitrito respectivamente. Análises filogenéticas revelaram a presença de organismos semelhantes a Thiobacillus denitrificans, bactéria desnitrificante quimiolitotrófica usualmente associada ao processo. Na segunda e terceira etapas, foi possível a remoção global de nitrogênio de, em média, 40% apenas com doadores de elétrons endógenos, através da nitrificação de 40 a 60% da vazão total e posterior mistura com a fração não-nitrificada. A perda de sulfeto nos reservatórios intermediários do sistema de reatores da segunda etapa foi considerada um obstáculo ao processo, que foi solucionado com a nova configuração proposta na terceira etapa e aplicada em escala piloto. Embora a gama variada de processos possíveis em seu interior não tenha sido completamente elucidada, o sistema piloto promoveu tratamento secundário e terciário de esgoto sanitário, com remoção de nitrogênio e atendimento aos padrões de emissão deste parâmetro. Os resultados obtidos na pesquisa mostraram que o processo é versátil e pode coexistir com outros processos, apresentando viabilidade e potencial no tratamento de efluentes de reatores anaeróbios utilizados no tratamento de esgotos sanitários. / Nitrogen removal is an important aspect of wastewater treatment, for this nutrient causes several issues, with damages to human health and to the environment. The most used technique for biological nitrogen removal from wastewaters is autotrophic nitrification followed by heterotrophic denitrification. The latter needs organic electron donors from endogenous or exogenous sources, which can increase treatment costs for plants that rely on anaerobic reactors as their first biological unit, since their effluents do not have enough readily biodegradable organic matter, demanding the addition of exogenous sources of electron donors. In this way, autotrophic denitrification using reduced sulfur compounds as electron donors could be an interesting alternative, for sulfides are usually present in anaerobically pre-treated effluents. The aim of this research is to evaluate autotrophic denitrification using sulfide as electron donor for nitrogen removal from anaerobically pre-treated domestic sewage. For this, exploratory, viability and applicability studies of the process were performed. In the first part of the experiments, batch assays were conducted for kinetic, operational and microbiological characterization of the process. In the second part, a bench-scale system composed of three continuous reactors was used to remove nitrogen from synthetic domestic sewage. And, finally, in the third part a pilot-scale system presenting a new configuration was operated for secondary and tertiary treatment of real domestic sewage. Autotrophic denitrification was detected in the first two parts, and there were evidences of its presence in the third part of the research. In the first part, nitrate and nitrite were applied successfully as electron acceptors, and the process remained stable only when the \'NO IND.X\'POT.-\'/\'S POT.2-\' ratio was lower than the predicted by stoichiometry. Zero-order kinetic models were the ones that best adjusted to the electron acceptors consumption data, and the maximum obtained parameters were 7.05 and 5.02 mg N/h.gVSS, for nitrate and nitrite respectively. Phylogenetic analyses indicated the presence of organisms similar to Thiobacillus denitrificans, a chemolithotrophic denitrifying bacterium usually associated to the process. In the second and third parts, an average global nitrogen removal of 40% could be achieved using endogenous electron donors only, by nitrifying 40 to 60% of the total flow and later mixing it with the remaining non-nitrified fraction. Sulfide loss in the intermediary tanks of the reactors system operated in the second part was considered an obstacle to the process, which was solved with the new pilot-scale configuration proposed in the third part of the research. Although the wide range of possible processes in its interior was not fully understood, the pilot-scale system promoted secondary and tertiary treatment of domestic sewage, removing nitrogen and obeying the emission standards for this parameter. The results obtained in this research indicated that the process is versatile and can coexist with other processes, being thus viable and presenting potential in the treatment of anaerobically pre-treated domestic sewage.

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.

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 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 &#37; dependendo do método adotado, já para os oocistos as recuperações estiveram na faixa de 5,6 a 12,0 &#37;. 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 &#37; 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 &#8211; 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 &#37; according to the adopted method, while the recovery for the oocysts ranged from 5,6 to 12,0 &#37;. It was detected significant quantities of Giardia spp. cysts in 100 &#37; 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 &#37; 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.

Nesta tese foi estudada a utilização da serragem de couro do tipo wet blue como meio suporte de filtros percoladores no pós-tratamento de esgoto sanitário. O desenvolvimento deu-se em três fases: na primeira fase foram realizadas a classificação e caracterização da serragem, bem como a sua preparação através de peneiramento, lavagens e secagem. Foram realizados dois tipos de lavagens: uma em batelada com solução alcalina de pH em torno de 9,0 e outra contínua com água corrente com pH em torno de 7,0. Na segunda fase foram utilizados quatro filtros percoladores com volume aproximado de 10 litros; dois foram preenchidos com serragem de couro bruta peneirada e os outros dois com serragem de couro peneirada, lavada e seca ao ar livre. Esses filtros operaram em série com quatro filtros de volume aproximado de 30 litros, preenchidos da mesma forma. Os quatro primeiros filtros receberam o efluente de um reator anaeróbio compartimentado e os demais receberam os efluentes dos primeiros. A terceira fase consistiu do uso apenas dos filtros percoladores de maiores volumes, os quais operaram aerados e com o afluente alcalinizado. Os conjuntos de filtros que operaram em série na segunda fase apresentaram eficiências de remoção de coliformes totais e fecais que variaram em torno de 94 e 92%, respectivamente. A eficiência de remoção de DBO5 total foi cerca de 80%. Na terceira fase, os filtros apresentaram eficiências de remoção de coliformes totais e fecais de cerca de 98 e 99%, respectivamente. Com relação à eficiência de remoção de DBO5, o valor encontrado foi de aproximadamente 80%. Nesta terceira fase foram encontradas excelentes reduções de NTK e de nitrogênio amoniacal com eficiências médias de remoção, para os dois parâmetros, de 83% antes da alcalinização e de 100% após a alcalinização. / This thesis studied the use of leather sawing (wet blue type) as packed bed of trickling filters in the wastewater post-treatment. The thesis was divided into three stages: as first stage the classification and characterization of the leather sawings were accomplished, as well as its conditioning through sieving, washing and drying. Two washing techniques were accomplished: a batch one with alkaline solution of pH around 9,0 and a continuous one with water of pH around 7,0. In the second stage four trickling filters were used with an approximated volume of 10 L; two were filled with sifted raw leather sawing and the two others with sifted, washed and open-air dryed leather sawing. Those filters operated in series with four other filters with an approximated volume of 30 L, filled in the same way. The 10 L filters received the efluent of an anaerobic baffled reactor and the others received the efluents of the first ones. The third stage consisted on the 30 L trickling filters alone, which were aerated and feeded with alkalinized influent. The group of filters that operated in series in the second stage presented total and fecal coliform removal efficiencies that varied around 94 and 92%, respectively. The efficiency of total BOD5 removal was around 80%. In the third stage filters presented total and fecal coliformes removal efficiencies around 98 and 99%, respectively. About BOD5 removal efficiency, it was found a value of approximately 80%. In this stage it was achieved excellent KTN and ammoniacal nitrogen removals with average removal efficiencies of 83% before alkalinization and 100% after alkalinization.