This thesis results from the collaborative projects between the LEQUIA-UdG group and Cespa (a company in charge of several landfill sites in Spain). The aim of the work was the development of a suitable alternative treatment for nitrogen removal from mature landfill leachates. The thesis presents the application of the anammox (anaerobic ammonium oxidation process) process to treat ammonium rich leachates as the second step of the PANAMMOX® process. The work deals with preliminary studies about the characteristics of the anammox process in a SBR, with special focus on the response of the biomass to nitrite exposure. The application of the anammox process with leachate was first studied in a lab-scale reactor, to test the effect of the leachate matrix on anammox biomass and its progressive adaptation. Finally, a start-up strategy is developed and applied for the successful start-up of a 400L anammox SBR in less than 6 months. / Aquesta tesi és fruit de la col•laboració entre el grup LEQUIA-UdG i Cespa. L'objectiu del treball va ser el desenvolupament d'un tractament alternatiu per a l'eliminació biològica de nitrogen dels lixiviats madurs d'abocador. La tesi presenta l'aplicació del procés anammox (anaerobic ammonium oxidation) per tractar elevades càrregues de nitrogen en el segon pas del procés PANAMMOX ®. El treball inclou estudis preliminars sobre les característiques del procés de anammox en un SBR, amb especial atenció a la resposta de la biomassa a l'exposició de nitrit. L'aplicació del procés anammox amb lixiviat es va estudiar inicialment en un reactor a escala de laboratori, per provar l'efecte de la matriu del lixiviat sobre la biomassa anammox i la seva adaptació progressiva. Finalment, es va desenvolupar una estratègia de posada en marxa que va ser aplicada amb èxit per a la posada en marxa d'un SBR anammox de 400L en menys de 6 mesos.

Esta tese foi dedicada à duas alternativas para tratamento dos lixiviados de aterros sanitários. A primeira delas, o tratamento consorciado do lixiviado com esgoto sanitário em sistemas aeróbios, teve como objetivo principal verificar se a remoção da matéria orgânica do lixiviado seria devida à biodegradação ou à simples diluição no esgoto sanitário. Para responder esse questionamento, propôs-se o método tentativo \"equivalente em ácido húmico\" (Eq.AH). Em ensaios com reatores de lodos ativados (10 L) operados em batelada, avaliaram-se as remoções de matéria orgânica e nitrogênio para diferentes misturas de lixiviado e esgoto sanitários brutos e pré-tratados, com proporções volumétricas de lixiviado de 0, 0,2, 2 e 5%. O tratamento foi mais eficiente para a mistura esgoto bruto e lixiviado pré-tratado por air stripping (para remoção da amônia) na proporção volumétrica de 2%. Essa condição foi avaliada em reatores piloto de lodos ativados (95 L) e biofiltro aerado submerso (178 L), alimentados continuamente com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 24 h. O reator piloto de lodos ativados removeu 59% do COD e a eficiência de nitrificação foi de 60%; enquanto que o biofiltro removeu 83% do COD e eficiência de nitrificação foi de 77%. Com o método tentativo Eq.AH, verificou-se que a remoção da matéria orgânica do lixiviado pré-tratado se deu por biodegradação parcial com o esgoto sanitário, resultado confirmado por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier. As remoções do COD Eq.AH nos reatores piloto de lodos ativados e biofiltro aerado submerso foram de, respectivamente, 47 e 71%. Adicionalmente, o monitoramento da remoção da matéria orgânica pôde ser realizado com eficácia pelo teste de coloração com nanquim, utilizando o método de classificação de tonalidades proposto nesta Tese. A segunda alternativa proposta nesta Tese consistiu no tratamento dos lixiviados bruto e pré-tratado com cal em reatores de lodos ativados. Os resultados, todavia, foram insatisfatórios: indicaram que essa alternativa se mostrou inviável: após 20 dias de aeração nos reatores de bancada alimentados em batelada, a remoção da matéria orgânica foi inferior a 40% e a remoção do nitrogênio foi devida à volatilização da amônia. / This thesis was dedicated to two alternatives for landfill leachate treatment. The first one, the aerobic co-treatment of leachate and domestic wastewater in aerobic systems, aimed to verify if the organic matter of leachate was removed by biodegradation or dilution with domestic wastewater. To answer this questioning, it was proposed the tentative method \"equivalent in humic acid\" (Eq.HA). In the experiments with bench-scale activated sludge reactors (10 L) operated in batch mode, it was evaluated the organic matter and nitrogen removal from mixtures containing raw and pre-treated leachate and domestic wastewater, at the volumetric ratios of 0, 0.2, 2 and 5%. The treatment was mostly efficient when it was used the mixture domestic wastewater and leachate pre-treated by air stripping (for ammonia removal), at a volumetric ratio of 2%. This condition was also evaluated in a pilot-scale activated sludge reactor (95 L) and a submerged aerobic biofilter (178 L), operated under continuous-flow regime with a 24-h hydraulic retention time. The pilot-scale activated sludge reactor removed 59% of DOC and nitrification efficiency was 60%; whereas the submerged aerobic biofilter removed 83% of DOC and nitrification efficiency was 77%. Using the Eq.HA approach, it was determined that pre-treated leachate organic matter removal was due to partial biodegradation with domestic wastewater, which was confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy. The removals of COD Eq.HA were 47% for the pilot-scale activated sludge reactor and 71% for the submerged aerobic biofilter. Aditionally, organic matter could be assessed with the India ink reverse stain test, using the proposed method for tonalities classification. The second alternative proposed by this Thesis consisted in the treatment of raw and pre-treated leachate by lime addition, using activated sludge reactors. The results did not indicate the feasibility of this alternative: after 20 days of aeration, the organic matter removal was lesser than 40%, and nitrogen was mostly removed by ammonia volatilization.

Esta tese foi dedicada à duas alternativas para tratamento dos lixiviados de aterros sanitários. A primeira delas, o tratamento consorciado do lixiviado com esgoto sanitário em sistemas aeróbios, teve como objetivo principal verificar se a remoção da matéria orgânica do lixiviado seria devida à biodegradação ou à simples diluição no esgoto sanitário. Para responder esse questionamento, propôs-se o método tentativo \"equivalente em ácido húmico\" (Eq.AH). Em ensaios com reatores de lodos ativados (10 L) operados em batelada, avaliaram-se as remoções de matéria orgânica e nitrogênio para diferentes misturas de lixiviado e esgoto sanitários brutos e pré-tratados, com proporções volumétricas de lixiviado de 0, 0,2, 2 e 5%. O tratamento foi mais eficiente para a mistura esgoto bruto e lixiviado pré-tratado por air stripping (para remoção da amônia) na proporção volumétrica de 2%. Essa condição foi avaliada em reatores piloto de lodos ativados (95 L) e biofiltro aerado submerso (178 L), alimentados continuamente com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 24 h. O reator piloto de lodos ativados removeu 59% do COD e a eficiência de nitrificação foi de 60%; enquanto que o biofiltro removeu 83% do COD e eficiência de nitrificação foi de 77%. Com o método tentativo Eq.AH, verificou-se que a remoção da matéria orgânica do lixiviado pré-tratado se deu por biodegradação parcial com o esgoto sanitário, resultado confirmado por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier. As remoções do COD Eq.AH nos reatores piloto de lodos ativados e biofiltro aerado submerso foram de, respectivamente, 47 e 71%. Adicionalmente, o monitoramento da remoção da matéria orgânica pôde ser realizado com eficácia pelo teste de coloração com nanquim, utilizando o método de classificação de tonalidades proposto nesta Tese. A segunda alternativa proposta nesta Tese consistiu no tratamento dos lixiviados bruto e pré-tratado com cal em reatores de lodos ativados. Os resultados, todavia, foram insatisfatórios: indicaram que essa alternativa se mostrou inviável: após 20 dias de aeração nos reatores de bancada alimentados em batelada, a remoção da matéria orgânica foi inferior a 40% e a remoção do nitrogênio foi devida à volatilização da amônia. / This thesis was dedicated to two alternatives for landfill leachate treatment. The first one, the aerobic co-treatment of leachate and domestic wastewater in aerobic systems, aimed to verify if the organic matter of leachate was removed by biodegradation or dilution with domestic wastewater. To answer this questioning, it was proposed the tentative method \"equivalent in humic acid\" (Eq.HA). In the experiments with bench-scale activated sludge reactors (10 L) operated in batch mode, it was evaluated the organic matter and nitrogen removal from mixtures containing raw and pre-treated leachate and domestic wastewater, at the volumetric ratios of 0, 0.2, 2 and 5%. The treatment was mostly efficient when it was used the mixture domestic wastewater and leachate pre-treated by air stripping (for ammonia removal), at a volumetric ratio of 2%. This condition was also evaluated in a pilot-scale activated sludge reactor (95 L) and a submerged aerobic biofilter (178 L), operated under continuous-flow regime with a 24-h hydraulic retention time. The pilot-scale activated sludge reactor removed 59% of DOC and nitrification efficiency was 60%; whereas the submerged aerobic biofilter removed 83% of DOC and nitrification efficiency was 77%. Using the Eq.HA approach, it was determined that pre-treated leachate organic matter removal was due to partial biodegradation with domestic wastewater, which was confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy. The removals of COD Eq.HA were 47% for the pilot-scale activated sludge reactor and 71% for the submerged aerobic biofilter. Aditionally, organic matter could be assessed with the India ink reverse stain test, using the proposed method for tonalities classification. The second alternative proposed by this Thesis consisted in the treatment of raw and pre-treated leachate by lime addition, using activated sludge reactors. The results did not indicate the feasibility of this alternative: after 20 days of aeration, the organic matter removal was lesser than 40%, and nitrogen was mostly removed by ammonia volatilization.

Este trabalho avaliou a tratabilidade dos lixiviados do aterro sanitário de São Carlos-SP, utilizando-se reatores biológicos. O experimento foi conduzido à temperatura ambiente, em uma unidade piloto construída no aterro sanitário de São Carlos-SP. Inicialmente foram testados e comparados dois tipos de reatores anaeróbios, cada um com volume total de 1.200 L e ambos providos de agitação mecânica, diferenciando-se pelo tipo de imobilização da biomassa, sendo o primeiro com biomassa auto-imobilizada (ASBR) e o segundo com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano (ASBBR). Um filtro biológico anaeróbio contínuo de fluxo ascendente de aproximadamente 120 L também foi avaliado. Além do pré-tratamento anaeróbio, foi avaliado também o pós-tratamento, que consistiu em um sistema de lodos ativados em batelada seqüencial de aproximadamente 180 L. O ASBR, inoculado com lodo granular de reator UASB, apresentou-se ineficiente, com problemas de desagregação e sedimentação da biomassa. O ASBBR, inoculado com lodo proveniente do fundo de uma lagoa de lixiviados, ao final de sua adaptação, apresentou eficiências superiores a 70%, em termos de remoção de DQO, utilizando-se lixiviado sem diluição, com DQO afluente da ordem de 11.000 mg/L, relação AVT/DQO aproximadamente igual a 0,6 e tempo de reação igual a 7 dias. Verificou-se que a biodegradabilidade anaeróbia dos lixiviados está diretamente relacionada à relação AVT/DQO, e que para relações AVT/DQO Total inferiores a 0,25, a biodegradabilidade é baixa, para relações entre 0,25 e 0,40 é média, e acima de 0,40 pode ser considerada elevada. Observou-se também que concentrações de N-amoniacal, da ordem de até 4.500 mg/L, não impedem o tratamento anaeróbio, desde que a biomassa esteja devidamente adaptada. Aos perfis temporais de concentração, realizados no ASBBR, foi ajustado um modelo de primeira ordem para consumo de substrato, na forma de DQO Total, obtendo valores de K1 variando entre 3,18 x \'10 POT.-5\' e 5,82 x \'10 POT.-5\' /(d.mgSTV/L). O pós-tratamento dos efluentes do ASBBR foi avaliado em um sistema de lodos ativados em batelada seqüencial, que obteve eficiência máxima da ordem de 30% em termos de remoção de DQO, com DQO afluente da ordem de 5.000 mg/L. Quanto ao filtro biológico anaeróbio de fluxo ascendente, obteve-se eficiências superiores a 70%, ao ser alimentado com uma mistura de lixiviado recalcitrante e etanol acidificado, com DQO afluente da ordem de 20.000 mg/L. / This work evaluated the tractability of landfill leachate from São Carlos-SP, utilizing biological reactors. The experiment was conducted at environmental temperature, in a pilot scale unity constructed into the São Carlos-SP landfill area. Initially, it was compared and tested two kinds of anaerobic reactors, each one with 1.200 L of total volume and both provided of mechanical agitation, differing by the kind of biomass immobilization, having the first (ASBR), self-immobilized biomass, and the second (ASBBR), immobilized biomass in polyurethane foam cubes. An approximately 120 L volume continuous up flow anaerobic biofilter was also evaluated. Additionally to the anaerobic treatment, it was also evaluated the post-treatment of landfill leachate in a sequence batch activated sludge system of 180 L. The ASBR, inoculated with a granular UASB sludge from a poultry wastewater treatment, was inefficient and presented sludge segregation and sedimentation problems. The ASBBR, inoculated using the sludge from the bottom of a landfill leachate reservoir, at the final of acclimation, presented efficiency over 70%, in terms of COD removal, utilizing landfill leachate without water dilution, with an inlet COD at the range of 11,000 mg/L, a TVA/COD ratio of approximately 0.6 and reaction time equal to 7 days. It was realized that the landfill leachate anaerobic biodegradability has a directly relationship to the TVA/COD ratio, and for TVA/COD Total ratio lower than 0.25, the biodegradability is low, for ratios between 0.25 and 0.40 is medium, and up to 0.40 may be considered high. It was also observed that \'NH IND.4\' POT.+\' concentrations at the range of 4,500 mg N/L has no significant interference in the anaerobic treatment, since the biomass has properly acclimated. At the temporal profiles of concentration performed in the ASBBR, it was adjusted a first order model for the substrate consumption, in terms of COD Total, obtaining K1 values ranging between 3.18 x \'10 POT.-5\' and 5.82 x \'10 POT.-5\' /(d.mgSTV/L). The post-treatment of the ASBBR effluents was evaluated in a sequence batch activated sludge system, which has obtained maximum efficiencies at the range of 30% in terms of COD removal, with an inlet COD at the range of 5,000 mg/L. As regards of the continuous up flow anaerobic biofilter, it has obtained efficiencies superiors to 70% when fed by a mixing of recovery landfill leachate and acidified ethanol, with an inlet COD at the range of 20,000 mg/L.

Este trabalho avaliou a tratabilidade dos lixiviados do aterro sanitário de São Carlos-SP, utilizando-se reatores biológicos. O experimento foi conduzido à temperatura ambiente, em uma unidade piloto construída no aterro sanitário de São Carlos-SP. Inicialmente foram testados e comparados dois tipos de reatores anaeróbios, cada um com volume total de 1.200 L e ambos providos de agitação mecânica, diferenciando-se pelo tipo de imobilização da biomassa, sendo o primeiro com biomassa auto-imobilizada (ASBR) e o segundo com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano (ASBBR). Um filtro biológico anaeróbio contínuo de fluxo ascendente de aproximadamente 120 L também foi avaliado. Além do pré-tratamento anaeróbio, foi avaliado também o pós-tratamento, que consistiu em um sistema de lodos ativados em batelada seqüencial de aproximadamente 180 L. O ASBR, inoculado com lodo granular de reator UASB, apresentou-se ineficiente, com problemas de desagregação e sedimentação da biomassa. O ASBBR, inoculado com lodo proveniente do fundo de uma lagoa de lixiviados, ao final de sua adaptação, apresentou eficiências superiores a 70%, em termos de remoção de DQO, utilizando-se lixiviado sem diluição, com DQO afluente da ordem de 11.000 mg/L, relação AVT/DQO aproximadamente igual a 0,6 e tempo de reação igual a 7 dias. Verificou-se que a biodegradabilidade anaeróbia dos lixiviados está diretamente relacionada à relação AVT/DQO, e que para relações AVT/DQO Total inferiores a 0,25, a biodegradabilidade é baixa, para relações entre 0,25 e 0,40 é média, e acima de 0,40 pode ser considerada elevada. Observou-se também que concentrações de N-amoniacal, da ordem de até 4.500 mg/L, não impedem o tratamento anaeróbio, desde que a biomassa esteja devidamente adaptada. Aos perfis temporais de concentração, realizados no ASBBR, foi ajustado um modelo de primeira ordem para consumo de substrato, na forma de DQO Total, obtendo valores de K1 variando entre 3,18 x \'10 POT.-5\' e 5,82 x \'10 POT.-5\' /(d.mgSTV/L). O pós-tratamento dos efluentes do ASBBR foi avaliado em um sistema de lodos ativados em batelada seqüencial, que obteve eficiência máxima da ordem de 30% em termos de remoção de DQO, com DQO afluente da ordem de 5.000 mg/L. Quanto ao filtro biológico anaeróbio de fluxo ascendente, obteve-se eficiências superiores a 70%, ao ser alimentado com uma mistura de lixiviado recalcitrante e etanol acidificado, com DQO afluente da ordem de 20.000 mg/L. / This work evaluated the tractability of landfill leachate from São Carlos-SP, utilizing biological reactors. The experiment was conducted at environmental temperature, in a pilot scale unity constructed into the São Carlos-SP landfill area. Initially, it was compared and tested two kinds of anaerobic reactors, each one with 1.200 L of total volume and both provided of mechanical agitation, differing by the kind of biomass immobilization, having the first (ASBR), self-immobilized biomass, and the second (ASBBR), immobilized biomass in polyurethane foam cubes. An approximately 120 L volume continuous up flow anaerobic biofilter was also evaluated. Additionally to the anaerobic treatment, it was also evaluated the post-treatment of landfill leachate in a sequence batch activated sludge system of 180 L. The ASBR, inoculated with a granular UASB sludge from a poultry wastewater treatment, was inefficient and presented sludge segregation and sedimentation problems. The ASBBR, inoculated using the sludge from the bottom of a landfill leachate reservoir, at the final of acclimation, presented efficiency over 70%, in terms of COD removal, utilizing landfill leachate without water dilution, with an inlet COD at the range of 11,000 mg/L, a TVA/COD ratio of approximately 0.6 and reaction time equal to 7 days. It was realized that the landfill leachate anaerobic biodegradability has a directly relationship to the TVA/COD ratio, and for TVA/COD Total ratio lower than 0.25, the biodegradability is low, for ratios between 0.25 and 0.40 is medium, and up to 0.40 may be considered high. It was also observed that \'NH IND.4\' POT.+\' concentrations at the range of 4,500 mg N/L has no significant interference in the anaerobic treatment, since the biomass has properly acclimated. At the temporal profiles of concentration performed in the ASBBR, it was adjusted a first order model for the substrate consumption, in terms of COD Total, obtaining K1 values ranging between 3.18 x \'10 POT.-5\' and 5.82 x \'10 POT.-5\' /(d.mgSTV/L). The post-treatment of the ASBBR effluents was evaluated in a sequence batch activated sludge system, which has obtained maximum efficiencies at the range of 30% in terms of COD removal, with an inlet COD at the range of 5,000 mg/L. As regards of the continuous up flow anaerobic biofilter, it has obtained efficiencies superiors to 70% when fed by a mixing of recovery landfill leachate and acidified ethanol, with an inlet COD at the range of 20,000 mg/L.