Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Biodiesel is a mixture of fatty acid alkyl esters produced by the reaction between vegetable oils and short chain alcohols, like methanol and ethanol, using a catalyst that can be acid, basic or enzymatic. However, the high cost of the raw material when refined vegetable oil is used, have made biodiesel production economically unattractive. Therefore, research with waste oils has increased, showing the technical viability of the production of biodiesel using the residential and industrial residues as raw material. Another variable that has influenced this type of reaction is the type of alcohol. In Brazil, the use of ethanol is interesting because the country has become one of the top worldwide producers of ethanol from vegetables sources, a cheaper and less toxic product than methanol, decreasing our petroleum dependence. The type of catalyst also influences biodiesel production. Alkali is the catalysts that is more often used in industry, but when the vegetable oil has a high acid value, it can not be used because soap is produced, diminishing the esters yield. In this case an acid or an enzyme is used as a catalyst. Based on the previous explanation, the results of this work correspond to the study of enzymatic production of biodiesel using waste oil and ethanol. The immobilized Candida antarctica lipase (Novozym 435) behavior was studied in the oleic acid esterification, studying the effect of the variables that has influence in the process. The variables chosen were: temperature (30 â 50oC), molar ratio acid:alcohol (1:1 â 1:6) and water content (0 â 20%). The reaction were performed in closed reactors with a capacity of 250 mL containing 10 g of oil, a known amount content of alcohol, pre-determined by experimental design and enzyme content of 5% p/p, based on the oil mass. The reaction medium was kept under constant stirring, 200 rpm. Maximum conversion of 88,36% was achieved when high molar ration, the lower temperature and water content values were used. However, by the kinetic study, it can be concluded that it is not necessary to use an alcohol excess to achieve good conversions. After that, the behavior of Candida Antarctica lipase B immobilized in chitosan was studied in acid oleic esterification. A slower initial rate of reaction was observed in comparison to Novozym 435. The behavior of both lipases was also studied in the esterification of waste coconut oil, showing good stability and giving a conversion of about 80% in 60 minutes. Both biocatalyst could be reused 10 times, keeping the same activity. In order to compare the behavior of Novozym 435 in two different mediums, an experimental design was performed with waste cotton oil, which had a low acid value. The same negative influence of the temperature and molar ratio was observed, but with a high reaction time, getting a maximum conversion of 82,66% in 72 hours of reaction. To calculate the conversions, the decreasing of the acid value was used when the raw material had a high acid value, and when the raw material had a low acid value the glycerol production was used. / O biodiesel à uma mistura de Ãsteres alquÃlicos de Ãcidos graxos resultante da reaÃÃo entre Ãleos vegetais e Ãlcoois de cadeia curta, como metanol ou etanol, auxiliada por um catalisador, que pode ser Ãcido, bÃsico ou enzimÃtico. Entretanto, o alto custo da matÃria-prima quando se utiliza Ãleo vegetal de grau alimentÃcio tem inviabilizado economicamente a produÃÃo desse biocombustÃvel. Por isso, as pesquisas com Ãleo residual tem aumentado, mostrando a viabilidade tÃcnica da produÃÃo de biodiesel a partir de resÃduos residenciais e industriais. Outro fator que influencia a reaÃÃo de produÃÃo de biodiesel à o tipo de Ãlcool. No Brasil, o uso do etanol à interessante desde que o nosso paÃs se tornou um dos maiores produtores mundiais de etanol vegetal, um produto mais barato e menos tÃxico que o metanol, diminuindo assim a nossa dependÃncia do petrÃleo. O catalisador tambÃm exerce influÃncia nesse tipo de reaÃÃo. Os catalisadores mais usados industrialmente sÃo as bases, mas quando o Ãleo vegetal tem um alto teor de Ãcidos graxos livres, o que acontece, geralmente, com os Ãleos residuais, nÃo à possÃvel usar catalisador bÃsico por favorecer a formaÃÃo de sabÃo e diminuir o rendimento em Ãsteres. Nesse caso, usa-se um catalisador Ãcido ou enzimÃtico. Partindo dessa premissa, os resultados constantes nessa dissertaÃÃo correspondem ao estudo da produÃÃo enzimÃtica de biodiesel utilizando Ãleo residual e etanol. Avaliou-se o comportamento da lipase comercial imobilizada de CÃndida antarctica tipo B (Novozym 435) na esterificaÃÃo do Ãcido olÃico comercial, estudando as variÃveis que influenciam no processo. As variÃveis escolhidas foram: temperatura (30-50o C), razÃo molar Ãcido:Ãlcool (1:1-1:6) e a concentraÃÃo de Ãgua presente no meio (0-20%). As reaÃÃes foram conduzidas em erlenmeyers de 250 mL fechados contendo 10 g de Ãleo e a quantidade de Ãlcool prÃ-determinada pelo planejamento de experimentos, mantendo-se a agitaÃÃo fixa em 200rpm e a concentraÃÃo de enzima em 5% m/m baseada na massa de Ãleo medida, obtendo-se uma conversÃo mÃxima de 88,36% na condiÃÃo de maior razÃo molar, menor temperatura e menor concentraÃÃo de Ãgua. Entretanto, pelo estudo cinÃtico concluÃ-se que nÃo à necessÃrio um excesso de Ãlcool para conseguir boas conversÃes. Em seguida, avaliou-se o comportamento de uma lÃpase do tipo B de CÃndida antarctica imobilizada em quitosana na esterificaÃÃo do Ãcido olÃico, observando um comportamento semelhante ao da Novozym 435 mas com uma taxa inicial de reaÃÃo mais lenta. Avaliou-se tambÃm o comportamento das duas lÃpases na esterificaÃÃo do Ãleo de coco residual Ãcido, observando uma boa estabilidade para ambos os biocatalisadores que forneceram uma conversÃo acima de 80% com 60 minutos de reaÃÃo e puderam ser reutilizados por no mÃnimo 10 vezes consecutivas sem perda considerÃvel de atividade. Para comparar o comportamento da Novozym 435 em dois meios distintos, realizou-se um planejamento experimental fatorial com um Ãleo de algodÃo residual de baixa acidez livre, observando a mesma influÃncia negativa da temperatura e da razÃo molar entre reagentes, mas com um tempo de reaÃÃo maior, pois uma conversÃo mÃxima de 82,66% sà foi atingida com 72 horas de reaÃÃo. Para o cÃlculo da conversÃo, utilizou-se a reduÃÃo do Ãndice de acidez quando a matÃria-prima tinha um alto teor de Ãcidos graxos livres e o mÃtodo do periodato de sÃdio na determinaÃÃo da glicerina quando a matÃria-prima tinha uma baixa acidez livre.

O presente trabalho estudou o aumento de capacidade de tratamento de um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) por meio da adição de material suporte para adesão celular (Biobob®), avaliando-se as eficiências de remoção de matéria orgânica (expressa como DQO demanda química de oxigênio) e sólidos em suspensão (expressos como SST sólidos em suspensão totais). O reator híbrido, no qual a biomassa está presente em suspensão e imobilizada no material suporte, foi submetido a baixos tempos de detenção hidráulica (TDH) e altas velocidades ascensionais (vs). A operação do reator anaeróbio, de volume útil igual a 12,5 m³, foi conduzida em duas etapas. Na primeira o sistema foi operado como um reator de manta de lodo e escoamento ascendente (UASB), com TDH de 8,8 h e velocidade ascensional de 0,63 m.h-1. Na segunda etapa, introduziu-se 5,0 m³ de material suporte Biobob® no leito reacional do reator, transformando-o em reator anaeróbio híbrido (HAnR). Nessa condição, variou-se a vazão de alimentação, tendo o TDH variado entre 7,4 h (vs de 0,66 m.h-1) a 3,9 h (vs de 1,25 m.h-1). Para ambas as etapas o sistema foi alimentado com esgoto sanitário à temperatura ambiente, após tratamento preliminar (gradeamento e caixa de areia). Para condições de operação similares, o reator anaeróbio híbrido (HAnR) apresentou melhor desempenho na remoção de DQO e SST que o reator UASB, acrescendo em até 18% e 30% a eficiência de remoção, respectivamente. Para a velocidade ascensional de 1,25±0,02 m.h-1 e TDH de 3,9±0,1 h, o HAnR apresentou concentrações médias no efluente tratado de 205±46 mg DQOt.L-1 e 73±30 mg SST.L-1 e eficiências de remoção de 55±9% DQOt e 63±14% SST. / The increase of the treatability capacity of a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor by introducing an innovative packing material (Biobob®) in its reaction zone was evaluated. The hybrid anaerobic reactor (HAnR) containing suspended and immobilized biomass was evaluated regarding its efficiency of removing organic matter (expressed as COD chemical oxygen demand) and suspended solids (expressed as TSS total suspended solids) under lower hydraulic detention time (HDT) and higher upflow velocities (v s). The anaerobic reactor operation, with 12.5 m³ of working volume, was conducted in two phases. In the first phase, the system was operated as a conventional UASB reactor with HRT of 8.8 h and vs of 0.63 m.h -1 . In the second phase, 5.0 m³ of packing material Biobob® was introduced inside the reaction bed, changing the reactor configuration from suspended growth to hybrid growth. In this condition, the hybrid anaerobic reactor (HAnR) was subjected to decreasing flowrates with HDT ranging from 7.4 h (vs of 0.66 m.h-1) to 3.9 h (vs of 1.25 m.h-1). For both phases, the feed was domestic wastewater (after screens and grit chambers) at ambient temperature. Under similar operation conditions, the HAnR performed better than the UASB reactor increasing at 18% and 30% the COD and TSS removal efficiencies, respectively. For vs of 1.25±0.02 m.h-1 and HDT of 3.9±1.0 h, the HAnR produced a very high quality effluent, with average COD and TSS concentration of 205±46 mg DQOt.L-1 and 73±30 mg SST.L-1 and removal efficiencies of 55±9% and 63±14% for CODt and SST, respectively.

Este trabalho buscou avaliar o desempenho de um reator de leito fixo e escoamento ascendente, operado de modo contínuo, com argila expandida e espuma de poliuretano como suportes para imobilização da biomassa, no tratamento de água residuária proveniente de abatedouro de aves. Na primeira fase do trabalho, o reator foi operado em condição anaeróbia e anaeróbia-aeróbia, no tratamento da água residuária bruta proveniente do abatedouro. No entanto, sua eficiência na redução de matéria orgânica pode ser atribuída a processos de adsorção e não biodegradação, o que resultou em períodos de operação curtos devido à obstrução do leito reacional. Na segunda fase, o reator foi alimentado com água residuária coletada após o pré-tratamento por sistema de flotação por ar dissolvido (FAD), realizado no próprio abatedouro, com intuito de minimizar a carga lipídica e a concentração de sólidos na entrada do reator. Assim, a vida útil do reator foi prolongada, com eficiências médias de remoção de DQO e nitrogênio total de 90 \'+ OU -\' 4% e 44 \'+ OU -\' 10%, respectivamente, e eficiência de desnitrificação de 89 \'+ OU -\' 6%, para o reator anaeróbio-aeróbio com razão de recirculação do efluente líquido igual a 1,5. Assim, o reator demonstrou bom desempenho na remoção simultânea de matéria orgânica e nutrientes, desde que seja precedido por sistema de pré-tratamento para remoção parcial de sólidos e óleos e graxas. / This work aimed to evaluate the performance of an up-flow fixed bed reactor, operated in a continuous way, using expanded clay and polyurethane foam as supports for immobilization of the biomass, for treatment of poultry slaughterhouse wastewater. Initially, the reactor was operated under anaerobic and anaerobic-aerobic conditions for the treatment of poultry slaughterhouse wastewater. However, the COD removal efficiency was related to adsorption and not to biodegradation processes. In this way, the operational periods were short due to solids retention in the system. In the second part of this work, trying to reduce the lipids and solids concentration in the reactor\'s affluent, the wastewater was collected after a pre-treatment installed at the poultry slaughterhouse. This pre-treatment was constituted of a dissolved air flotation (DAF) system. As a result, the operational longevity of the reactor was increased and the COD and total nitrogen removal efficiencies were 90 \'+ OU -\' 4% and 44 \'+ OU -\' 10% respectively, and the denitrification efficiency was 89 \'+ OU -\' 6% under an anaerobic-aerobic condition with a recycle ratio of the liquid phase of 1,5. Therefore, the reactor showed a good performance in reducing the organic matter and removing nutrients simultaneously, since it is preceded by a pre-treatment for the partial removal of solids, oils and grease.

Este projeto estudou a influência do substrato na dinâmica do processo de formação do biofilme em espuma de poliuretano, em reatores anaeróbios horizontais de leito fixo diferenciais, alimentados com extrato de carne, glicose, amido, lipídeos e esgoto sanitário sintético. O estudo constitui em acompanhar a colonização das matrizes de espuma, ao longo do tempo, em relação a quantidade de biomassa aculumada, polímero extracelular produzido e características morfológicas das células presentes nos suportes retirados dos reatores diferenciais. O uso dessas técnicas permitiu o melhor entendimento do processo de aderência, além da verificação da composição morfológica e a estrutura do biofilme aderido ao suporte, possibilitando correlacionar a ocorrência de determinadas morfologias com cada etapa da colonização observada. A influência do substrato na dinâmica de aderência foi verificada devido aos diferentes padrões de colonização encontrados. Foi observada uma grande variabilidade morfológica em relação ao substrato utilizado. Todavia, uma grande ocorrência de organismos semelhantes a Methanosaeta sp foi verificada em todos os ciclos, principalmente em relação a Methanosarcina sp. O fenômeno de excreção de polímeros pareceu ser de fundamental importância no processo de colonização de matrizes de poliuretano, estando vinculado provavelmente à fixação das células aos suportes. A produção de polímeros, na etapa de aderência inicial, apresentou comportamento diferenciado para cada substrato utilizado. De acordo com os modelos propostos e as análises de microscopia eletrônica de varredura, verificou-se que os polímeros extracelulares podem estar ligados ao entupimento de reatores de leito fixo, permanecendo no interior dos suportes e nos interstícios do leito, causando problemas operacionais. As rápidas partidas observadas em trabalhos utilizando reatores de leito fixo e espuma de poliuretano como suporte podem estar vinculadas à rápida aderência dos organismos em todos os ciclos estudados. / This work focused on the influence of the type of substrate on the process of biofilm formation onto polyurethane foam matrices, in differential horizontal anaerobic immobilized sludge reactors, fed with meat extract (protein), glucose, starch, lipid and synthetic domestic wastewater. It consisted of accompanying the colonization of foam matrices with time, regarding to biomass amount, extracellular polymers produced and the morphological characteristics of the cells present on the supports packed in the differential reactors. These techniques permitted a better understanding of the adhesion process, besides a verification of the morphological composition and the structure of the biofilm attached to the support, making possible a correlation of the particular morphologies occurrences with each colonization step. The influence of the substrate was verified due to the different colonization patterns found. It was observed considerable morphological variety depending on the substrate utilized. However, the presence of Methanosaeta sp.- like organisms was often verified in all cycles, specially Methanosarcina sp. The excretion of polymers seemed to be crucial in the colonization process of the polyurethane matrices, being probably related to the cell fixation on the support. The polymeric production, in the inital adhesion step, showed a particular behavior for each substrate employed. According to the proposed models and the scanning electronic microscopy analysis, it was verified that the extracellular polymers can be related to the clogging of the fixed-bed reactors, as it keeps into the supports and the bed interstices, causing operational problems. The fast start-ups observed in works using fixed-bed reactors and polyurethane foam as support can be related to the fast cell adhesion during all cycles studied.

O projeto proposto teve como objetivo principal à avaliação do suporte no desempenho do reator anaeróbio operado em bateladas seqüenciais, com agitação, contendo biomassa imobilizada no tratamento de esgoto sanitário do Campus da USP em São Carlos. O estudo do desempenho global deste tipo de configuração de reator é extremamente vinculado com o suporte inerte o qual proporciona a aderência e crescimento da biomassa. Neste trabalho foram estudados três suportes inertes: espuma de poliuretano, carvão vegetal e polietileno de baixa densidade reciclado. A avaliação global foi realizada sob análise de três diferentes e dependentes variáveis locais: o desempenho do reator, a análise cinética e os exames microbiológicos. A espuma de poliuretano pôde ser considerada como sendo o material mais adequado para tal finalidade, apresentando maiores eficiências de redução da DQO de amostras brutas e filtradas de 61% e 71%, respectivamente, o melhor coeficiente cinético aparente de primeira ordem (k1T): 0,52 ± 0,04 h-1, e uma biomassa predominantemente caracterizada por arqueas metanogênicas e bactérias fototróficas. O carvão vegetal apresentou resultados intermediários, no entanto não satisfatórios, na redução de DQO e ainda uma biomassa não compatível com a esperada para um tratamento anaeróbio biológico. Ou seja, pode-se inferir que neste tipo de suporte houve seleção de biomassa inadequada para se tratar esgoto sanitário. Por fim, o polietileno apresentou os resultados menos expressivos, porém, dada sua caracterização microbiológica constatou-se ser um suporte com potencial para o tratamento de esgoto sanitário quando nele for aplicado um tratamento prévio, objetivando melhores características físico-químicos, como rugosidade, por exemplo. / The main objective of this study was the evaluation of bed materials on the performance of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor, with agitation, treating sewage wastewater of the Campus of University of São Paulo in São Carlos. The study of the global performance of this reactor configuration is extremely linked with the bed material which provides adhesive and growing conditions. In this work three different bed materials were investigated : polyurethane foam, vegetal carbon and recycled low-density polyethylene. The global evaluation was performed under analysis of three different and dependant local variables: the reactor performance, kinetic analyses and microbial exams. The polyurethane foam was considered the most suitable material. Using the polyurethane foam as a bed material were obtained the highest COD removal efficiencies, 61% and 71% corresponding to total and filtered samples, respectively. In Addition, the polyurethane foam showed the best modified first-order kinetic model (k1T) of 0,52 ± 0,04 h-1, and a biomass predominately characterized by microorganisms resembling to methanogenic archea and phototrophic bacteria . The vegetal carbon showed intermediate results, which were not satisfactory enough, in the COD removal. Also, the vegetal carbon showed an incompatible biomass in accordance with the expected anaerobic biomass. In others words, it can be inferred that, using this type of material, there was a selective biomass process in which an inappropriate biomass was selected. Finally, the recycled low-density polyethylene showed the less expressive results. However, because of its microbial characterization, it can be concluded that the polyethylene material has potential to be applied as a bed material in the sewage wastewater treatment. Nevertheless, a previous treatment physics-chemical must be applied in this kind of bed material to improve the physics-chemical properties such as porosity and surface area.

Dentro do escopo de estudo de aspectos fundamentais e tecnológicos, este trabalho foi direcionado à avaliação do comportamento da estabilidade e da eficiência de um reator anaeróbio contendo biomassa imobilizada em espuma de poliuretano para o tratamento de água residuária sintética com concentração de aproximadamente 500 mgDQO/L. O reator, de 6 litros de volume nominal, mantido à temperatura de 30 +/- 1ºC e sob a agitação mecânica de 500 rpm, foi operado em bateladas seqüenciais com a renovação de apenas parte do volume de água residuária tratada por ciclo, ou seja, a descarga do reator não foi completa, mas apenas parcial. Neste contexto, a principal característica operacional investigada foi a relação entre o volume de água residuária afluente, o qual era alimentado a cada novo ciclo de operação, e o volume de meio contido no reator, o qual não era descarregado no ciclo anterior, mantendo-se a mesma carga orgânica volumétrica. Desta forma, foi possível verificar a flexibilidade operacional do sistema com relação ao volume de água residuária tratada a cada ciclo e o tempo de duração do ciclo para uma mesma carga orgânica. Os resultados indicaram que o reator pôde operar com diferentes relações entre o volume alimentado e o volume de meio reacional sem diminuição significativa do seu desempenho, permitindo-se, assim, maior flexibilidade operacional. Para as condições em que o volume renovado foi maior ou igual a 50% do volume de meio do reator (ciclos de 4 a 8 horas), as eficiências de remoção de matéria orgânica filtrada e não filtrada mantiveram-se no patamar de 84 e 79%, respectivamente, enquanto que nas demais condições de maior diluição inicial do afluente (ciclos de 1 e 2 horas), essas eficiências foram ligeiramente menores, em torno de 80 e 74%, respectivamente. A alta velocidade de formação de material viscoso de aparência polimérica, nas condições de maior diluição inicial do afluente, dificultou a manutenção do volume de meio reacional do reator constante. / An assessment was performed on the stability and efficiency of an anaerobic reactor containing biomass immobilized on polyurethane foam for the treatment of synthetic wastewater with organic loading of approximately 500 mgCOD/L. The reactor had a total volume of 6 L. Batch operation took place at a temperature of 30 +/- 1ºC and an agitation rate of 500 rpm. During operation only part of the treated wastewater was renewed per cycle, i.e., reactor discharge was not complete, but partial. The main operation characteristic investigated was the ratio between influent wastewater volume, which was fed at each cycle, and the volume of medium contained in the reactor, which had not been discharged in the previous cycle, maintaining the same volumetric organic load. This way, it was possible to verify operation flexibility of the system regarding treated wastewater volume in each cycle as well as cycle time duration for the same volumetric organic loading. Results indicated that the reactor was able to operate at different ratios between feed and reaction medium volume without significant loss in performance, allowing, hence, greater operation flexibility. For conditions at which renewed volume was greater than or equal to 50% of the reactor medium (cycles from 4 to 8 hours), filtered and non-filtered organic matter removal efficiencies were about 84 and 79%, respectively, whereas at conditions of higher initial influent dilution (cycles from 1 to 2 hours) these efficiencies were slightly lower, about 80 and 74%, respectively. The high formation rate of viscous polymer-like material probably of microbiological origin, at the conditions of higher initial influent dilution hindered maintenance of constant reactor medium volume.

O projeto consistiu na concepção e avaliação do desempenho de um sistema anaeróbio-aeróbio para tratamento de esgoto sanitário. O leito do reator foi dividido em quatro compartimentos de igual volume. Foi usada espuma de poliuretano para imobilização da biomassa e, para facilitar a partida do reator, esse material suporte foi previamente inoculado. O projeto teve três fases distintas: na primeira etapa, foi observada a importância da concentração de biomassa anaeróbia no desempenho de reator anaeróbio a princípio operado com metade do leito reacional com espuma e, a seguir, com o leito todo preenchido com espuma. Na segunda etapa, foram testados diferentes tempos de detenção hidráulica no reator que operou apenas em condições anaeróbias. Na última etapa foi operado o reator combinado anaeróbio-aeróbio. Ficou constatada a importância da concentração de microrganismos no desempenho do reator anaeróbio, pois com o aumento da quantidade de espuma, o reator atingiu resultados melhores e maior estabilidade operacional. Foi comprovada a influência do tempo de detenção hidráulica (TDH) no desempenho do reator. Tempos de detenção muito altos acarretam problemas de transferência de massa líquido-sólido, e baixos TDH dificultam adequada ação dos microrganismos. O melhor resultado para o reator em operação exclusivamente anaeróbia foi para o TDH de 10 horas, no qual se conseguiu reduzir a DQO de amostra bruta de 389 +/- 70 mg/L para 137 +/- 16 mg/L, em média. Para o reator operado anaeróbio-aeróbio a DQO de amostra bruta decresceu de 259 +/- 69 mg/L para 93 +/- 31 mg/L, em média. A comparação de todos os resultados obtidos, evidenciou a importância do pós-tratamento aeróbio na remoção de parcela de matéria orgânica não removida em tratamento unicamente anaeróbio. / The project consisted in the design and performance evaluation of an anaerobic-aerobic system for wastewater treatment. Polyurethane foam was used for biomass immobilization and, to smooth the reactor start-up, this supporting material was previously inoculated. The project was divided in three distinct phases. In the first one, the importance of the anaerobic biomass concentration was observed in the performance of the anaerobic reactor in a way to operate the reactor primarily with half of the reaction bed filled with foam and subsequently operate it with the bed completely filled with foam. In the second phase, different times of hydraulic retention were tested with the reactor operating exclusively in anerobic conditions. In the third and last phase, an anaerobic-aerobic combined reactor was operated. It was possible to confirm the importance of microorganism concentration in the performance of the anaerobic reactor, since the increase in the amount of foam allowed the reactor to reach better results and greater operational stability. The influence of the hydraulic retention time in the reactor performance was also proved. Very high retention times cause problems in the liquid-solid mass transference, while low retention times do not allow an adequate action of microorganisms. The best result for the reactor with an exclusive anaerobic operation was the 10 hour retention time, when it was possible to reduce the COD of a 389 +/- 70 mg/L gross sample to a 137 +/- 16 mg/L in average. On the other hand, for the anaerobic-aerobic operating reactor, the COD of a gross sample dropped from 259 +/- 69 mg/ L to 93 +/- 31 mg/L in average. Finally, comparing all the obtained results, it was possible to verify the importance of the anaerobic post treatment in the removal of a part of the organic matter not removed in an exclusively anaerobic treatment.

Este trabalho apresenta e discute os resultados obtidos na operação de quatro reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais, projetados em escala piloto, para tratamento de 7,8 m3.dia-1 de esgotos sanitários, coletados da rede coletora que atravessa o Campus da USP de São Carlos. Cada sistema (1,2 m3) foi concebido para tratamento de 1,95 m3.dia-1 de esgoto sanitário, com concepções geométricas (relação L-altura/D-diâmetro), mecânicas (agitação mecânica ou recirculação de líquido) e tipo de retenção de biomassa diferentes. Três unidades eram do tipo ASBR (anaerobic sequencing batch reactor) e outro tipo ASBBR (anaerobic sequencing batch biofilm reactor) com leito fixo composto de matrizes cúbicas de espuma de poliuretano. Os ciclos operacionais tinham duração de oito horas perfazendo no total três ciclos por dia em cada sistema. O monitoramento dos reatores incluiu a determinação de DQO, pH, sólidos em suspensão totais (SST) e voláteis, ácidos voláteis totais, alcalinidade no afluente e efluente, bem como a concentração de metano no biogás. O ensaio experimental foi dividido em duas etapas distintas, sendo que na primeira (227 dias), os reatores não receberam inóculo e na segunda (66 dias) houve a inoculação prévia de lodo anaeróbio granular. Em ambas etapas, os dois reatores ASBR com mesmo tipo de agitação por recirculação de líquido, mas com diferente relação L/D não apresentaram desempenho satisfatório. Os valores médios de eficiência de remoção de DQO e de SST foram próximos de 40% e 60%, respectivamente. No efluente a concentração média foi de 300 mgDQO/L e de 100 mgSST/L. Nos reatores, ASBR com agitação mecânica e, ASBBR com biomassa imobilizada, os resultados médios obtidos foram melhores. O reator ASBBR atingiu eficiência média de 65% e 75% em remoção de DQO e SST, enquanto no ASBR com agitação mecânica chegou-se a 60% e 85%, respectivamente. A concentração média no efluente dos reator foi de 150 mgDQO/L e 60 mgSST/L no ASBBR e 220 mgDQO/L e 50 mgSST/L no ASBR com agitação mecânica. / This study reports and discuss several data obtained using four pilot scale anaerobic sequencing batch reactor, treating 7.8 m3.d-1 of domestic sewage from the Sao Paulo University sewer treatment system (Campus- São Carlos). Each reactor system (1.2 m3) was designed for the treatment of 1.95 m3.d-1 of domestic sewage with different geometric reactor characteristics (ratio L-length/D-diameter), mechanical (mechanical mixing or liquor re-circulation) and biomass retention type. Three reactors were a conventional ASBR (anaerobic sequencing batch reactor) with granular biomass and another one, an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (ASBBR), which was composed with cubic matrices of polyurethane foam. The reactors were operated within 8-h of a sequential batch cycle, which were attained in three cycles by day for each system. Chemical oxygen demand (COD), pH, total suspended solids (TSS), volatile fatty acids, bicarbonate alkalinity in both the influent and effluent were monitored in the different cycles. Methane concentration was also assessed in the same period using Gas Chromatography (GC). The experiments were divided in two different phases. In the first phase, which corresponded to 227 d, the reactors were not inoculated. In the second phase (66 d) the reactors were then inoculated with anaerobic granular sludge. It was observed that in both operational phases, the two ASBR reactors, with the same re-circulating process of the mixed liquor, but with different L/D ratio, showed non-satisfactory results. The average values of COD and TSS removal were close to 40 and 60%, respectively. In the effluent, the average values were of 300 mgDQO/L and 100 mgTSS/L. ASBR reactors with mechanical mixing and ASBBR reactor with immobilized biomass showed better results. The average removal efficiency observed was of 65 and 75% for COD and TSS, respectively. ASBR reactors with mechanical mixing reached the efficiency of 60 and 85% for COD and TSS removal. The average concentration in the effluent was of 150 mgDQO/L and 60 mgSST/l in the ASBBR reactor; and 220 mgCOD/L and 50 mgTSS/L in the ASBR reactor with mechanical mixing.

Nesse estudo, procurou-se investigar a influência do aumento de carga orgânica em um ASBR operado a 30ºC, agitado mecanicamente e contendo microrganismos imobilizados em suporte inerte. Para tal, foi aplicado um carregamento orgânico volumétrico variando de 1,5 a 6,0 g DQO/L.dia, alimentando-se um reator construído em acrílico (5,4 L) com 2 L de água residuária sintética com concentrações de 500 a 2000 mg DQO/L com fontes de carboidrato/proteína/lipídio, em bateladas de 8 a 12 h. O sistema apresentou eficiências de remoção de material orgânico entre 73% e 88% para as condições estudadas. Entretanto, quando o reator foi alimentado com uma concentração de 2000 mg DQO/L em bateladas de 8 h, verificou-se o acúmulo de ácidos voláteis totais, refletindo na redução da eficiência de remoção de material orgânico para 55%, para amostras filtradas. Os perfis dinâmicos ao longo da batelada permitiram concluir que, para a condição com o mesmo carregamento orgânico, porém com concentrações afluentes e tempos de ciclo diferentes, a produção inicial de ácidos voláteis totais foi mais acentuada para o caso de alimentação com maior concentração. Para condições com concentrações afluentes iguais, o tempo a mais para o ciclo foi fundamental para obter-se efluente de melhor qualidade em termos de remoção de matéria orgânica. / The current study investigated the effect of increasing organic load in an ASBR operated at 30ºC with mechanical stirring and containing immobilized on inert support. Accordingly, volumetric organic loading rates ranging from 1.5 to 6.0 g COD/L.day were used by feeding an acrylic reactor (5.4 L) with 2 L of influent at concentrations of 500 to 2000 mg COD/L from wastewater containing carbohydrates, proteins and lipids in 8 and 12 h batches. Organic matter removal efficiencies between 73% and 88% were observed under the conditions investigated. However, when the reactor was fed at a concentration of 2000 mg COD/L in 8 h batches, accumulation of total volatile acids was detected, leading to a reduction in organic matter removal efficiency as low as 55% for filtered samples. The dynamic batches profiles allowed to conclude that for the same organic loading rates and different concentration influent and cycle times, the initial production of total volatile acids showed to be more pronounced for better quality effluent in terms of organic matter removal.

Os reatores anaeróbios em batelada (ASBR) de leito fixo, em desenvolvimento no Instituto Mauá de Tecnologia e na Escola de Engenharia de São Carlos, têm apresentado desempenho satisfatório no tratamento de esgotos sanitários. A escolha do leito suporte é um dos importantes aspectos dessa etapa de desenvolvimento, além do aprofundamento do conhecimento dos aspectos fundamentais do processo e daqueles relacionados à operação do reator. Esta investigação estudou o comportamento de um ASBR de leito fixo, em escala de bancada, formado por matrizes de pedra pome, para suporte da biomassa, provido de agitador mecânico, no tratamento de esgotos sanitários coletados no Campus da USP, em São Carlos. O reator, com volume total de 7,2 L, foi operado em ciclos de 8 horas de duração, durante 86 dias, totalizando 216 ciclos. A DQO média afluente, no período, foi de 446 ± 169 mg/L, com valores médios, no efluente, respectivamente iguais a 233 ± 52, 64 ± 31, 32 ± 15 e 141 ± 32 mg/L para a DOQ total, fração particulada, coloidal e solúvel. Esses valores confirmam o bom desempenho do reator na remoção da fração particulada da matéria orgânica (eficiência de remoção de 84%). O modelo cinético para a velocidade de decaimento da DQO, que melhor se ajustou aos dados experimentais foi o de primeira ordem com residual (k1ap = 0,63 ± 0,06/h). Apesar do bom desempenho do reator, a presença, no efluente, de concentrações elevadas de sólidos solúveis fixos e valores anormais de alcalinidade e pH, alertaram para a necessidade de estudo mais aprofundado do leito, concluindo-se que a pedra pome sintética não apresenta a estabilidade química necessária para seu uso como material suporte nesse tipo de reator, pois ocorreu a perda contínua de cálcio do leito que resultou na perda da estabilidade estrutural das matrizes / The anaerobic sequencing batch reactors (ASBR) with immobilized biomass, that are under development at Mauá Institute of Technology and at São Carlos Engineering School, presented good performance in the wastewater treatment. Recent researches are trying to improve this reactor design and operation. The choice of the support material is one of the important aspects of this development stage, besides the knowledge enhancement of the fundamental process aspects and the ones related with the reactor operation and its influence in the performance. This work presents the results of the ASBR operation and their influence in its performance, in bench scale, filled with pumice stones matrices used as biomass support. The reactor was provided with a mechanical agitator to treat the sewage collected at USP-São Carlos. The reactor volume was 7,2 liters and was operated with 8 hours duration cycles, during 86 days, totalizing 216 cycles. The mean inflow COD was 446 ± 169 mg/L, obtaining mean values, in the effluent, respectively equal to a 233 ± 52, 64 ± 31, 32 ± 15 e 141 ± 32 mg/L for total COD, particulate fraction, colloidal fraction and soluble fraction. This data confirm the good reactor performance in the removal of the particulate fraction of the organic matter (removal efficiency of 84%). The kinetic model for the COD decay rate that best fit the experimental data was a first order model with residual (k1ap=0,63 ± 0,06 /h). Despite of the good reactor performance, the high fixed soluble solids concentration in the effluent, as the abnormal alkalinity and pH values, took the matrices study further. It was concluded that the synthetic pumice stones, does not present a chemical stability necessary for its use as support material in this kind of reactor, because the matrices continuously lost calcium, resulting in the lost of its structural stability