O presente trabalho teve como objetivo o estudo da potencialidade de aplicação da flotação por ar dissolvido (FAD) lamelar (de alta taxa) e convencional como parte final de sistema de tratamento sequencial de esgoto sanitário, constituído de reatores anaeróbios de manta de lodo (UASB) seguidos de tanque de aeração. O trabalho, desenvolvido na Estação de Tratamento de Esgotos Jardim das Flores da cidade de Rio Claro, foi dividido em três etapas. Na primeira etapa, realizada com equipamento Flotateste, foram investigados os valores mais adequados de dosagens de polímero sintético catiônico, amido de araruta, cloreto férrico e associações entre cloreto férrico e polímero ou amido de araruta, de razão ar/sólidos (A/S), bem como de tempo e gradiente de mistura rápida e de floculação. Nessa etapa, os melhores desempenhos da FAD foram obtidos com o emprego de polímero catiônico, tanto isoladamente quanto associado ao cloreto férrico, sendo esta última condição imprescindível para maior remoção de fósforo. A flotação de liquor misto utilizando apenas o cloreto férrico como coagulante, apresentou desempenho extremamente insatisfatório, com a formação de flocos com características ruins de flotabilidade. Além disso, observou-se que a flotação desse tipo de efluente requisitou condições mais amenas de mistura, sendo que, em muitos casos, os melhores resultados foram obtidos mediante a eliminação da mistura rápida ou da floculação. Nas segunda e terceira etapas, realizadas com unidades piloto de flotação lamelar de alta taxa (FADAT) e convencional, respectivamente, e empregando apenas polímero como auxiliar de floculação/flotação (dosagem em torno de 1 g de polímero/kg de SST), foram investigados os valores mais adequados de Taxa de Aplicação Superficial (TAS), Taxa de Aplicação de Sólidos (TS) e quantidade de ar fornecida à flotação, calculada através da razão A/S ou da dosagem de ar (Dar), em g de ar/'M POT.3' de esgoto afluente, dependendo da concentração de sólidos suspensos totais afluentes à flotação (SSTafl). Através dos resultados dos ensaios pôde-se observar que a razão A/S é mais adequada para o cálculo da quantidade de ar na flotação de suspensões concentradas (SSTafl acima de 1100 mg/L no presente estudo), ao passo que Dar é mais representativo no caso da flotação de suspensões diluídas. Empregando a unidade FADAT, alimentada com liquor misto de tanque de aeração em boas condições de biofloculação, foi possível obter resultados satisfatórios para TAS de até 350 'M POT.3'/'M POT.2'.dia e TS entre 120 e 250 kg de SST/'M POT.2'.dia, desde que fornecida quantidade adequada de ar ao processo (Dar na faixa de 15,0 a 18,0 g de ar/'M POT.3' de afluente), para SSTafl entre 800 e 1100 mg/L. Na flotação lamelar de alta taxa, constatou-se que o bom desempenho esteve diretamente relacionado a baixos valores de SSTafl. As recomendações para a flotação com unidade de FAD convencional tiveram que ser mais conservadoras, devido às condições ruins de biofloculação apresentadas pelo liquor misto do tanque de aeração durante a realização da terceira etapa do trabalho. Nesses ensaios, os resultados mais satisfatórios foram obtidos com o emprego de TAS em torno de 200 'M POT.3'/'M POT.2'.dia, TS menor que 200 kg de SST/'M POT.2'.dia e A/S em torno de 0,020 (Dar de 21,0 g de ar/'M POT.3' de afluente), para SSTafl em torno de 1400 mg/L / The aim of this research was the study of the lamella design (high rate) and conventional dissolved air flotation (DAF) process potentiality of application as the final part of a domestic sewage sequential treatment system made up anaerobic reactors (UASB) followed by aeration tank. The work, developed at the Jardim das Flores WWTP of Rio Claro city, was separated in three phases. In the first phase, using the flotatest apparatus, the most suitable values of chemical (synthetic cationic polymer, arrow-root starch, ferric chloride and ferric chloride combined with polymer or arrow-root starch) dosages, air to solids ratio (A/S), as well as rapid mix and flocculation time and mean velocity gradient values, were investigated. In this phase, the best DAF performances were obtained with the application of cationic polymer, alone and associated to ferric chloride. The use of ferric chloride was essential to obtain better phosphorus removal results. The mixed liquor flotation using ferric chloride alone as primary coagulant presented extremely unsatisfactory performance, with the formation of flocks showing bad characteristics of flotability. Moreover, it was observed that flotation of this kind of effluent had requested gentler mixture conditions. In many cases, the best results were obtained by means of rapid mix or flocculation step elimination. In the second and third phases, using the lamella design and conventional flotation units respectively and cationic polymer as the only flocculation/flotation aid (dosage around 1 g of polymer/kg TSS), the most suitable values of Overflow Rate (OR), Solids Application Rate (SAR) and amount of air supplied to the flotation process, expressed as the A/S ratio or air dosage (AD, in g of air/'M POT.3' of influent) depending on influent total suspended solids concentration (TSSinfl), were investigated. The flotation essays results showed that the A/S ratio is more suitable for the air supply estimation in flotation of concentrated suspensions (TSSinfl above 1100 mg/L in this study). Contrarily, the parameter AD is more representative in cases of flotation of diluted suspensions. Using the lamella design unit, fed with aeration tank mixed liquor presenting good bio-flocculation conditions, it was possible to obtain adequate results applying OR as high as 350 'M POT.3'/('M POT.2'.day) combined with SAR values between 120 and 250 kg of TSS/('M POT.2'.day), since the adequate amount of air has been provided for the process (AD values between 15,0 and 18,0 g of air/'M POT.3' of influent), for TSSinfl between 800 and 1100 mg/L. For the lamella flotation, it was noticed that the best performance has been directly associated to lower values of TSSinfl. The recommendations for flotation using the conventional DAF unit had to be more conservative, taking into account the poor bio-flocculation conditions presented by the mixed liquor during the third phase of work. In theses essays, the more adequate results were obtained by applying OR around 200 'M POT.3'/('M POT.2'.day), SAR under 200 kg of TSS/('M POT.2'.day) and A/S ratio around 0,020 (AD of 21,0 g of air/'M POT.3' of influent), for TSSinfl around 1400 mg/L

The UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor, developed by Prof. Gatze Lettinga and his colleagues in the Netherlands more than thirty years ago, is successfully employed in many sewage treatment plants in countries with tropical and subtropical climate. However, are still reported serious operational issues related to the three-phase separators and problematic aspects involving the complexity of its influent distribution system. The focus of this research was to simplify the introduction and dispersion of the sewage in the reactor as well as enhancing the sludge retention, by replacing the characteristic piping system for a mechanical mixing apparatus and substituting the (conventional) three-phase separators by a high-rate settler, respectively. In essence, it was proposed a system partitioned into two distinct regions: one for reaction (i.e. anaerobic digestion of organic matter), in which the sludge blanket was mechanically mixed through the action of a rotating impeller, and another for the removal of suspended solids by the use of a lamella plate clarifier; a sludge recirculation system was also implanted, to pump the settled biomass back to the digestion compartment. The research was subdivided into three main phases: in the first two phases, bench-scale experiments were performed in order to obtain basic data for the design of the mechanical mixing and sedimentation devices, while the third phase consisted of the application of these technologies in a pilot-scale system with total volume of 20.8 m3 (comprised of a 17.0 m3 digestion chamber and a 3.8 m3 compartment for solids removal), as well as its performance assessment. During the development of the research, domestic sewage was applied to feed the experimental system, which was located at the School of Engineering of São Carlos (Campus I) in São Carlos (São Paulo State, Brazil). Throughout the period of effective operation, which lasted 130 days, four distinct operating modes were tested (characterized by intermittent mixing and varying hydraulic loading rates, ranging between 27.6 and 66.5 m3.d-1) and the system reached maximum removal efficiencies of BOD, COD and TSS at rates of 82%, 72% and 83%, respectively. The high-rate settler presented an impressive efficiency removing suspended solids (rates up to 98%). The research showed that the new \"Anaerobic Activated Sludge Blanket\" system (A2SB) can provide satisfactory performance even operating without the three-phase separator and influent distribution system. / O reator UASB, desenvolvido pelo Prof. Gatze Lettinga e colaboradores na Holanda há mais de trinta anos, é utilizado com sucesso em muitas estações de tratamento de esgoto sanitário em países de clima tropical e subtropical. Entretanto, ainda são relatadas sérias questões operacionais relacionadas aos separadores trifásicos e aspectos problemáticos envolvendo a complexidade de seu sistema de distribuição do esgoto afluente. O foco da presente pesquisa foi o de simplificar a distribuição e dispersão do esgoto no reator, assim como aprimorar a retenção de lodo, mediante substituição do sistema convencional de tubos por misturador mecânico e do (tradicional) separador trifásico por decantador de alta taxa, respectivamente. Em essência, propôs-se reator dividido em duas regiões distintas: uma para reação (i.e. digestão anaeróbia da matéria orgânica), na qual a manta de lodo foi agitada mecanicamente através do movimento rotacional de um impelidor, e outra, para remoção de sólidos suspensos mediante uso de decantador com placas paralelas; um sistema de recirculação do lodo também foi implantado, para bombear a biomassa sedimentada até o compartimento de digestão. A pesquisa foi subdividida em três fases: nas duas primeiras, experimentos em escala de bancada foram realizados visando obtenção de dados básicos para dimensionamento dos sistemas de agitação e de decantação, enquanto que a terceira fase consistiu na aplicação dessas tecnologias em sistema de tratamento, em escala piloto, com volume útil total de 20,8 m3 (composto por uma câmara de digestão de 17,0 m3 e um compartimento de 3,8 m3 para remoção de sólidos), assim como na análise de seu desempenho. Durante a pesquisa, esgoto sanitário foi utilizado para alimentar o sistema experimental, instalado na Escola de Engenharia de São Carlos. Ao longo do período de operação, que durou 130 dias, quatro condições operacionais foram testadas (caracterizadas pela agitação intermitente e diferentes taxas de carregamento hidráulico, que variaram entre 27,6 e 66,5 m3.d-1) e o sistema alcançou eficiências de remoção máxima para DBO, DQO e SST de 82%, 72% e 83%, respectivamente. O decantador de alta taxa apresentou surpreendente eficiência de remoção de sólidos suspensos (taxas de até 98%). A pesquisa demonstrou que o novo sistema A2SB (Anaerobic Activated Sludge Blanket) pode apresentar desempenhos satisfatórios, mesmo operando sem separador trifásico e sistema de distribuição do esgoto afluente.

Orientador: Basilio Ernesto de Almeida Milani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:32:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VargasLara_JoseMaria_D.pdf: 1539805 bytes, checksum: cb3f1db3ea06ddceb5dac7d0f33c587c (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho trata da síntese de um controlador preditivo adaptativo, baseado em modelos reduzidos obtidos mediante identificação orientada para controle preditivo. A metodologia proposta envolve duas áreas importantes para o sucesso do experimento de identificação. Na primeira, projeto de sinais de excitação, é mostrado como sinais de excitação pseudo-aleatórios multi-níveis podem ser projetados para atender com eficácia requisitos que sinais de excitação relevantes para controle devem satisfazer. Na segunda, modelagem de preditores, é abordada a modelagem por identificação de preditores de horizonte estendido. O objetivo central da metodologia proposta é o controle da remoção de matéria nitrogenada de uma planta de tratamento de esgotos por lodos ativados com pré-desnitrificação. A metodologia é aplicada para controlar a concentração de amônia mediante o controle do set-point de oxigênio dissolvido. A metodologia também é aplicada para o controle da concentração de nitrato no reator desnitrificante. Os controladores são avaliados em um estudo de simulação, mostrando a eficácia da metodologia proposta para o controle das concentrações de amônia e nitrato / Abstract: This work deals with the synthesis of an adaptive predictive controller, based on reduced models obtained via identification oriented to predictive control. The methodology proposed involves two important areas for the success of the identification experiment. In the first one, excitation signal design, it is shown how pseudo-random multilevel signals can be designed to effectively satisfy the requirements that excitation signals relevant for control should satisfy. In the second, predictor modelling, the identification of long-range horizon predictors is approached. The main objective of the proposed methodology is the control of the nitrogen removal in an predenitrifying activated sludge wastewater treatment plant. This methodology is applied to control the ammonium concentration in the denitrifying reactor. The controllers are evaluated in a simulation study, showing the effectiveness of the proposed methodology to control ammonium and nitrate concentrations / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Ricardo de Lima Isaac / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-08-04T08:46:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Porto_LuizCarlosdaSilva_M.pdf: 5854701 bytes, checksum: 8b8c1f5f9c94a0d763536c68fc82d3de (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O tratamento do efluente de indústrias têxteis é complexo, devido a sua variabilidade e à presença de substâncias tóxicas e lentamente biodegradáveis.Consequentemente, as regulamentações ambientais mais rigorosas e as pressões da sociedade e do mercado trazem um grande desafio às indústrias têxteis, principalmente às pequenas e médias. O objetivo deste trabalho foi avaliar o emprego do sistema de lodos ativados em batelada com adição de carvão ativado em pó (LAB/CAP), tema incipiente no Brasil, para o tratamento do efluente de uma indústria de beneficiamento têxtil, comparando-o com o sistema convencional (LAB). O efluente bruto estudado apresentou concentração média de carbono orgânico dissolvido (COD) de 177,21 :t 50,24 mg/L e valor médio de cor de 190 :t 94 unidades ADMI. Na Fase 1 realizaram-se ensaios de adsorção com o efluente industrial, a fim de escolher o melhor carvão ativado em pó (CAP) para o emprego no sistema biológico. Na Fase 2 foram operados seis reatores de quatro litros cada, com ciclos de 24 horas, um funcionando como controle e cinco com concentrações variando de 250 a 2.000 mg CAP/L. Na Fase 3 foram operados dois reatores, com três ciclos diários, um sem CAP e o outro com 1.000 mg CAP/L. Na Fase 4, adicionou-se CAP ao sistema LAB de uma indústria têxtil. Os resultados obtidos demonstraram que, em comparação com o sistema LAB, o sistema LAB/CAP apresentou maior eficiência de remoção de COD (diferença de até 6,56%) e de cor (diferença de até 46,63% no efluente tratado), maior nitrificação do efluente industrial (diferença de 43,14%), maior concentração de biomassa no reator (diferença de até 43,11 %) e maior estabilidade frente a variações de carga orgânica afluente. O custo de operação do sistema estudado, referente apenas à adição de CAP, foi de 0,03 US$/m3 tratado (valor de julho de 2001). O sistema LAB/CAP é, portanto, uma alternativa para aprimorar o tratamento biológico de efluentes têxteis, inclusive nas pequenas e médias empresas / Abstract: The treatment of textile wastewater is complex because it is highly variable and has xenobiotic compounds. Consequently, not only stringent environmental regulations but also society and market pressures result in an enormous challenge to textile industries, mainly small and middle-sized ones. The aim of this research was to investigate the use of sequencing batch reactor with addition of powdered activated carbon (SBR/P AC), which is an incipient subject in Brazil, to treatment of wastewater from a textile dyeing and finishing company, making a comparison with the conventional system (SBR). Raw industrial effluent had average DOC = 177,21 :t 50,24 mg/L and average color = 190 :t 94 ADMI units. At Phase 1 the best P AC for addition to biological system was found by adsorption tests. At Phase 2 six reactors with four liters each were operated with 24 hours of total cycle, one working as control and five working with concentration varying from 250 to 2.000 mg P AC/L. At Phase 3 two reactors were operated, at three cycle daily, one without PAC and another with 1.000 mg PAC/L. At Phase 4 PAC was additioned to the SBR plant of a textile mill. The results showed that, compared to the SBR, SBR/P AC presented higher DOC removal (difference up to 6,56%), higher color removal (difference up to 46,63% at treated wastewater), higher nitrification of waste water (difference of 43,14%), higher biomass concentration in reactor (difference up to 43,11 %) and higher stability to influent organic load variation. SBR/P AC operation cost , refered only to P AC addition, was 0,03 US$/m3 treated (as Ju1y 2001). Therefore, SBR/PAC is an alternative to improve biological treatment of textile wastewater, even in small and middle-sized companies / Mestrado / Saneamento e Ambiente / Mestre em Engenharia Civil

Made available in DSpace on 2017-06-01T18:20:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 robson_souza_vasconcelos.pdf: 2328772 bytes, checksum: 33965c207f7afa9baa550e0bb0bdff79 (MD5) Previous issue date: 2015-12-01 / The implantation costs of dissolved air flotation (DAF) pilot units require special strategies due to the lack of correlations between laboratory and industrial scale, as novel flotation methods have been considered strictly from an economic standpoint. In this sense, significant efforts have been made to describe and model a scale-up to the process of FAD, being necessary to design and validate a scale-up forecasting model to promote a change in the required scale. In this study a scale-up correlation for a pilot unit project was determined based on the analysis of dynamic similarity correlations involving the predominant phenomena of a dissolved air flotation (DAF) chamber used in separating and recovering oily water. With the aid of computational fluid dynamics and videos of microbubble and floc flow, inertia and gravity were identified as the predominant phenomena in a DAF chamber by the discrepancy between the average speeds of rise of microbubbles and flakes of 8.73 10-7 m/s and 1.17510-5 m/s, respectively. The simulations were performed using ANSYS software and measurements were made with the aid of a camera. The strategy described herein is simple and reduces the likelihood of future risks in scale-up investments. / Os custos com a implantação de unidades piloto de flotação por ar dissolvido (FAD) requerem estratégias especiais em função da falta de correlações entre a escala laboratorial e a industrial, uma vez que os projetos de FAD têm sido concebidos apenas sob o ponto de vista econômico. Nesse sentido, tem-se realizado esforços significativos para descrever e modelar um scale-up para o processo de FAD, sendo necessário elaborar e validar um modelo de previsão de scale-up para promover a mudança de escala necessária. No presente trabalho foi obtida uma correlação de scale-up como base para o projeto de uma unidade piloto, a partir de um modelo físico em escala de laboratório por meio da análise de correlações de semelhança dinâmica envolvendo grandezas predominantes em uma câmara de FAD usada na separação e recuperação de águas oleosas. Com auxílio da fluidodinâmica computacional e de vídeos dos fluxos de microbolhas e flocos, as forças de inércia e de gravidade foram identificadas como as grandezas predominantes em uma câmara de FAD pela discrepância entre as velocidades médias de ascensão de microbolhas e flocos, de 8,7310-7 m/s e 1,17510-5 m/s, respectivamente. As simulações foram realizadas por meio do software ANSYS e as medidas foram efetuadas com o auxílio de uma câmera fotográfica. A metodologia de trabalho empregada permitiu o desenvolvimento de uma técnica simples e de baixo custo, diminuindo a probabilidade de riscos futuros em um investimento de scale-up.

O tratamento de águas residuárias industriais, submetido constantemente a cargas de choque, é pouco estudado no Brasil, sendo limitado o grau de conhecimento que se tem no mundo sobre os mecanismos de remoção de disruptores endócrinos nos sistemas de tratamento físico-químicos e biológicos. O presente trabalho traz um estudo de caso, envolvendo uma indústria com uma composição de produtos muito diversificada, com despejos líquidos de unidades isoladas de qualidades diversas e que tem como uma das principais matérias-primas, nonil fenóis, conhecidos disruptores endócrinos. Os mecanismos de remoção de carga orgânica e a avaliação da toxicidade da água residuária ao processo biológico de tratamento foram estudados em escala de laboratório, enquanto que a sua tratabilidade por coagulação, floculação, flotação com ar dissolvido seguido de sistema de lodos ativados, em escala piloto. Avaliou-se, também, a aplicabilidade do tratamento biológico com carvão ativado em pó. A grande variação qualitativa e quantitativa da água residuária bruta requer uma unidade de equalização com tempo de detenção de pelo menos 30 horas. O maior responsável por esta variação de qualidade é o processo da unidade química, cujo efluente é proveniente de lavagens de tanques e reatores. Apesar da reduzida eficiência de remoção de DQO obtida com a coagulação, floculação e flotação com ar dissolvido (20 a 30%), constatou-se que este tratamento é essencial para a redução da toxicidade ao processo biológico. A dosagem de coagulante e o pH ótimos variam conforme a característica do despejo e devem ser determinadas diariamente. No sistema biológico, observou-se uma remoção significativa da DQO do efluente bruto gerado na indústria, não apenas por biodegradação, mas também por volatilização e adsorção. Os testes de bancada evidenciaram remoções de DQO por arraste com ar de 47 a 77 % e por adsorção no lodo biológico, de 42%. Apesar dos constantes choques de carga orgânica e de poluentes tóxicos, conseguiu-se atingir o estado estacionário com variações máximas da concentração de sólidos em suspensão voláteis no tanque de aeração entre 20 e 30%. Neste período, a idade do lodo situou-se em torno de 25 a 30 dias e o tempo de detenção hidráulico foi de 3,8 dias. A eficiência média de remoção de DQO neste período foi de 86%. Os testes com a unidade piloto demonstraram que a utilização de carvão ativado em pó (CAP) produz resultados satisfatórios, comprovando a redução de poluentes tóxicos da água residuária e refletindo em uma significativa melhora na biodegradabilidade do efluente, com aumento da concentração de sólidos em suspensão voláteis no tanque de aeração (de 1380 mg/L para 3820 mg/L) e redução da amplitude de variação da DQO do efluente tratado que passou de 600 a 3200 mgO2/L para o sistema sem CAP para 300 a 600 mgO2/L para o sistema com CAP. Notou-se, também, com a adição de CAP, melhoria na sedimentação do lodo. Pode-se concluir também que o sistema de tratamento atendeu a legislação atual do Estado de São Paulo, com uma remoção média de 80% da DBO5. / Wastewater treatment systems continuously receiving shock loads and the behavior of contaminants under unsteady state conditions are not very well documented in our country, with limited degree of knowledge in the world on the removal of specific pollutants like endocrine disrupting chemicals (EDC) in physical chemical and biological wastewater treatment systems. The present work brings a case study regarding an industry which wastewaters were generated from plants with multiproducts and campaign production with variable composition, and with nonylphenols as one of their raw materials which is known as an endocrine disrupting chemical. The organic load and toxicity removal mechanisms of the wastewater to the biological treatment were studied in bench scale whilst their treatability was evaluated through coagulation, flocculation, dissolved air flotation followed by activated sludge, in pilot scale. The feasibility of the addition of powdered activated carbon to the biological system was also studied. The large qualitative and quantitative variability of the wastewater requires an equalization time of at least 30 hours. The main responsible for this variability in quality is the chemical unit process which wastewaters are originated from reactors and tanks cleanings. Although the low efficiency in COD removal obtained with coagulation, flocculation and dissolved air flotation (20 to 30%), it was found that this process is essential to the toxicity reduction for the biological process. Optimum pH and coagulant dose vary with the wastewater characteristics, and must be determined on a daily basis. On the biological system, it was observed important raw wastewater COD elimination not only through biodegradation, but also through volatilization and adsorption. Bench tests revealed COD elimination of 47 to 77% by air stripping and 42% by adsorption onto the biological sludge. Despite of constant organic and toxic shock loads, it had been possible to reach the steady state during which the maximum variation on the volatile suspended solids concentration was 20 to 30%. During this period, sludge age was around 25 to 30 days, and the hydraulic detention time was 3,8 days. Average efficiency on COD removal in this period was 86%. Tests results with PAC dosage on the pilot plant showed satisfactory, proving the reduction of toxic compounds from the wastewater and resulting in biodegradability improvement. The increase of volatile suspended solids in the aeration tank was from 1380 mg/L to 3820 mg/L, and reduction in the range of variation of remaining treated water COD from 600 to 3200 mgO2/L (system without CAP) down to 300 to 600 mgO2/L (system with CAP). The improvement on the sludge sedimentation with PAC addition was also remarkable. One can also conclude the treatment system attained the current legislation of the State of São Paulo, with 80% BOD5 removal.

CAPES; CNPq / In the activated sludge process, problems of foaming and filamentous bulking can occur due to overgrowth of certain filamentous bacteria. Nowadays, these microorganisms are typically monitored by means of light microscopy combined with staining techniques. As drawbacks, these methods are susceptible to human errors, subjectivity and limited by the use of discontinuous microscopy. The present project aims the application of an in situ microscope (ISM) for continuous monitoring of filamentous bacteria, providing real-time examination, automated analysis and elimination of sampling, preparation and transport of samples. The ISM previously developed at the Hochschule Mannheim required adaptations for use within wastewater environment, specially in terms of impermeability and development of a cleaning mechanism. With a new objective lens design, the system was simplified to a single tubus and an externally activated cleaning system based on magnetism was created. A proper image processing algorithm was designed for automated recognition and measurement of filamentous objects, allowing real-time evaluation of images without any staining, phase-contrast or dilution techniques. Three main operations are performed: preprocessing and binarization; recognition of filaments using distance-maps and shape descriptors; measurement and display of total extended filament length. A 3D-printed prototype was used for experiments with respect to the new ISM’s design, providing images with resolution very close to the ones acquired with the previous microscope. The designed cleaning system has shown to be effective, removing dirt settled above the lens during tests. For evaluation of the image processing algorithm, samples from an industrial activated sludge plant were collected weekly for a period of twelve months and imaged without any prior conditioning, replicating real environment conditions. Experiments have shown that the developed algorithm correctly identifies trends of filament growth rate, which is the most important parameter for decision making. For reference images whose filaments were marked by specialists, the algorithm correctly recognized 72% of the filaments pixels, with a false positive rate of at most 14%. An average execution time of 0.7 second per image was achieved, demonstrating the algorithm suitability for real-time monitoring. / Em processos de lodo ativado, problemas de foaming e filamentous bulking podem ocorrer devido ao crescimento exagerado de bactérias filamentosas. Atualmente, o monitoramento de tais micro-organismos é feito por meio de métodos baseados em microscopia ótica combinada com técnicas de marcadores, os quais apresentam limitações intrínsecas da microscopia descontínua, são subjetivos e suscetíveis a erro humano. O presente projeto visa a aplicação de um microscópio in situ (ISM) para monitoramento contínuo de bactérias filamentosas, de forma a possibilitar análise instantânea, computadorizada, sem necessidades de recolher, preparar e transportar amostras. O ISM previamente desenvolvido na Hochschule Mannheim teve que ser adaptado para análise de águas residuais, especialmente em termos de impermeabilidade e a criação de um mecanismo de limpeza. Com a utilização de uma nova objetiva, o novo ISM foi simplificado para um tubo único e um sistema de limpeza ativado externamente baseado em magnetismo foi criado. Um algoritmo de processamento de imagens foi elaborado para reconhecimento e medição de comprimento de estruturas filamentosas, permitindo avaliação em tempo real de imagens sem qualquer técnica de marcadores, contraste de fase ou diluição. O mesmo consiste em três operações principais: pré-processamento e binarização; reconhecimento de filamentos por meio de mapeamento de dis- tâncias e descritores de forma; e, finalmente, medição e visualização do comprimento de cada filamento. Um protótipo construído via impressão 3D foi utilizado para avaliação o novo design do microscópio, fornecendo imagens com resolução bastante próxima das adquiridas com a versão anterior do sistema. O mecanismo de limpeza desenvolvido mostrou-se efetivo, capaz de remover partículas sedimentadas acima das lentes durante os testes. Para avaliação do algoritmo de processamento de imagens, amostras de uma planta industrial de lodo ativado foram coletadas semanalmente por um período de doze meses e imageadas sem qualquer condicionamento prévio, replicando condições reais de ambiente. Experimentos demonstraram que o algoritmo desenvolvido identifica corretamente tendências de aumento/decréscimo da concentração de filamentos, o que constitui o principal parâmetro para tomadas de decisão. Para imagens de referência cujos filamentos foram marcados por especialistas, o algoritmo reconheceu corretamente 80% dos pixels atribuídos a filamentos, com uma taxa de falso positivos de até 24%. Um tempo de execução médio de 0,7 segundo por imagem foi obtido, provando sua aptidão para formar uma ferramenta de monitoramento em tempo real.

Made available in DSpace on 2015-03-26T12:26:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2077124 bytes, checksum: 59f01201db0c813515df97522a0e48f4 (MD5) Previous issue date: 2008-02-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Paper mill industrial processes consume large quantities of water consequently leading to large mill effluent volumes. One way to reduce water consumption is by increasing water reuse in the paper mill. Direct water reuse is not always possible because of poor effluent quality and effluent treatment may be necessary to permit reuse. Membrane bioreactors are a new treatment technology that are little used, mainly due to the lack of scientific and technical knowledge of their implementation. The present study examined the technical viability of thermophilic treatment of paper machine effluents in a membrane bioreactor. The studied was divided into three experiments. The main objective of the first experiment was to compare performance of laboratory-scale conventional activated sludge (CAS) and a membrane bioreactor (MBR) with 0,02µm porosity membranes in treating printing and writing paper machine white water at 35, 45 and 55°C. Results showed that the BRM was more efficient that the CAS in removing part of the effluent contaminant load. Average percent removals of chemistry oxygen demand (COD) in the CAS were 70.0, 78.1 and 76.7% and in the MBR 81.4, 81.9 and 78.7% at temperatures of 35, 45 and 55°C, respectively. Treated effluent total suspend solids (TSS) values in the CAS were 39, 54 and 88 mg.L-1 at of 35, 45 and 55°C. No TSS were detected in the MBR treated effluent. Turbidities of effluents treated in the CAS were 16, 35 and 165 NTU at temperatures 35, 45 and 55°C. MBR treated effluent presented no turbidity. Alkalinity and hardness of effluent treated by CAS were lower than for effluent treated by the MBR. The main objective of Experiment II was to compare performance of MBR effluent treatment under mesophilic (35°C), thermotolerant (45°C) and thermophilic (55°C) conditions. In Experiment II an MBR system composed of three reactors operating in parallel at the three different temperatures were used. This experiment was divided into three stages, with different COD loads in each: Stage 1 2.57 Kg.m-3.d-1; Stage II 4.75 Kg.m-3.d-1 and Stage III 9.43 Kg.m-3.d-1. The results showed that the increase in temperature led to reduction in COD removal efficiencies. Removals of COD in Stage I were 95.5, 94.2 and 91.9%, at temperatures of 35, 45 e 55°C, respectively. In Stage II, removal efficiencies were 97.4, 95.6 and 95.0% at 35, 45 and 55°C, respectively. In Stage II, removal efficiencies were 95.6, 93.3 and 89.7% at 35, 45 and 55°C, respectively. No TSS were detected in any of the treated effluents. Treated effluent turbidity increased with increased treatment temperature. Average turbidity of treated effluents were 0.11, 0.24 and 1.13 NTU in Stage I, 0.10, 0.16 and 1.01 NTU in Stage II and 0.87, 2.00 and 4.34 NTU in Stage III for treatment at 35, 45 e 55°C, respectively. Average conductivities of treated effluents were 1812, 1937 and 2927 µS.cm-1 for Stages I, II and III, respectively. Treated effluent color was greater for treatment at 55°C. Average color was 23, 23 and 102 mg.L-1 Pt in Stage I, 31, 36 and 127 mg.L-1 Pt in Stage II and 46, 58 and 163 mg. L-1 Pt in Stage III for temperatures of 35, 45 and 55°C, respectively. Average hardness values in treated effluents were 258, 203 and 160 mg.L-1 in Stage I, 439, 350 and 292 mg.L-1 in Stage II and 639, 565 and 495 mg.L-1 in Stage III, for treatments at 35, 45 and 55°C. No filamentous bacteria were found at 55°C and flocculation was deficient. The main objective of Experiment III was to evaluate sludge microbial diversity in aerobic MBRs operating under mesophilic and thermophilic conditions. It was found that increased temperature reduced reactor sludge microbial diversity and richness. A new microbial community was established above 45°C that differed structurally from the community present in the MBR operated at 35°C. / Fábricas de papel consomem elevadas quantidades de água nos seus processos industriais gerando, conseqüentemente, grande volume de efluentes. Aumentar o reuso de água é uma forma que as empresas encontram para reduzir o consumo de água nas fábricas de papel. A reutilização da água nem sempre é possível devido a sua qualidade, o que requer um tratamento prévio. Biorreatores a membranas constituem uma nova tecnologia de tratamento, ainda pouco utilizada em decorrência do desconhecimento técnico e científico para sua implementação. O presente estudo verificou a viabilidade técnica de utilização de biorreatores a membranas para o tratamento termofílico de efluentes de máquinas de papel. O estudo foi dividido em três experimentos. O objetivo principal do primeiro experimento foi comparar o desempenho de um sistema de tratamento de efluentes por Lodos Ativados Convencional (LAC) e um sistema de tratamento de efluentes por Biorreator a Membranas (BRM), cuja porosidade das membranas era de 0,02µm, para remover os contaminantes orgânicos e inorgânicos presentes na água branca de uma máquina de papel para imprimir e escrever em três diferentes temperaturas: 35, 45 e 55 °C. Neste experimento foram utilizados dois sistemas laboratoriais de tratamento de efluentes composto de um LAC e um BRM. No experimento I, os estudos mostraram que o BRM foi mais eficiente do que o LAC para remover parte dos contaminantes presentes no efluente. As percentagens médias de remoção de DQO para o LAC foram 70, 78,1 e 76,7% e para o BRM foram 81,4, 81,9 e 78,7%, para as temperaturas de 35, 45 e 55°C, respectivamente. As concentrações de SST no efluente tratado no sistema LAC foram 39, 54 e 88 mg.L-1 para as temperaturas de 35, 45 e 55°C. No BRM não foi detectado SST no efluente tratado. A turbidez do efluente tratado pelo LAC foi 16, 35 e 165 UNT para as temperaturas de 35, 45 e 55°C. No BRM não houve turbidez no efluente tratado. As concentrações de alcalinidade e de dureza no efluente tratado para o LAC foram inferiores às taxas obtidas pelo BRM. O objetivo principal do Experimento II foi comparar os desempenhos dos sistemas de tratamentos de efluentes por BRM em condições mesofílica (35°C), termotolerante (45°C) e termofílica (55°C). No Experimento II foi utilizado um sistema de BRM composto de três reatores, operando em paralelo, em três temperaturas diferentes. Este Experimento foi dividido em três etapas, sendo que, cada etapa foi utilizada uma carga diferente de DQO: Etapa I 2,57 Kg.m-3.d-1; Etapa II 4,75 Kg.m-3.d-1 e Etapa III 9,43 Kg.m-3.d-1. Os resultados demonstraram que o aumento da temperatura ocasionou uma redução nas eficiências de remoção de DQO. As taxas de remoções de DQO na Etapa I, para as temperaturas de 35, 45 e 55°C, foram 95,5, 94,2 e 91,9%, respectivamente. Para a Etapa II, as taxas foram 97,4, 95,6 e 95,0% para as temperaturas de 35, 45 e 55°C, respectivamente. Para a Etapa III, as taxas de remoções de DQO foram 95,6, 93,3 e 89,7% para as temperaturas de 35, 45 e 55°C, respectivamente. Em nenhum tratamento foi detectada concentrações de SST no efluente tratado. A turbidez nos efluentes tratados aumentou à medida que aumentou a temperatura dos tratamentos. As médias de turbidez dos efluentes tratados, para a Etapa I, foram 0,11, 0,24 e 1,13 UNT; na Etapa II foram 0,10, 0,16 e 1,01 UNT e na Etapa III foram 0,87, 2,00 e 4,34 UNT para as temperatura de 35, 45 e 55°C, respectivamente. A média das condutividades dos efluentes tratados foram 1812, 1937 e 2927µS.cm-1 para as Etapas I, II e III, respectivamente. A cor nos efluentes tratados foi maior para os tratamentos realizados à temperatura de 55°C. As médias das concentrações de cor, para a Etapa I, foram 23, 23 e 102 mg.L-1 Pt; na Etapa II foram 31, 36 e 127 e na Etapa III foram 46, 58 e 163 mg. L-1 Pt, para as temperaturas de 35, 45 e 55°C, respectivamente. Quanto à concentração de dureza nos efluentes tratados, na Etapa I as médias foram 258, 203 e 160 mg.L-1. Na Etapa II, as médias foram 439, 350 e 292 mg.L-1 e na Etapa III, as médias foram 639, 565 e 495 mg.L-1, para as temperaturas de 35, 45 e 55°C. Não foram encontradas bactérias filamentosas na temperatura de 55°C e a floculação foi deficiente. O Experimento III teve como principal objetivo avaliar a diversidade biológica dos microrganismos em dois BRMs aeróbios, nas condições mesofílica e termofílica. Este experimento verificou que o aumento da temperatura reduziu a diversidade e a riqueza dos microrganismos presentes no lodo. A partir de 45°C estabeleceu-se uma nova comunidade microbiana, diferente das comunidades presentes nos reatores à temperatura de 35°C.

O tratamento de águas residuárias industriais, submetido constantemente a cargas de choque, é pouco estudado no Brasil, sendo limitado o grau de conhecimento que se tem no mundo sobre os mecanismos de remoção de disruptores endócrinos nos sistemas de tratamento físico-químicos e biológicos. O presente trabalho traz um estudo de caso, envolvendo uma indústria com uma composição de produtos muito diversificada, com despejos líquidos de unidades isoladas de qualidades diversas e que tem como uma das principais matérias-primas, nonil fenóis, conhecidos disruptores endócrinos. Os mecanismos de remoção de carga orgânica e a avaliação da toxicidade da água residuária ao processo biológico de tratamento foram estudados em escala de laboratório, enquanto que a sua tratabilidade por coagulação, floculação, flotação com ar dissolvido seguido de sistema de lodos ativados, em escala piloto. Avaliou-se, também, a aplicabilidade do tratamento biológico com carvão ativado em pó. A grande variação qualitativa e quantitativa da água residuária bruta requer uma unidade de equalização com tempo de detenção de pelo menos 30 horas. O maior responsável por esta variação de qualidade é o processo da unidade química, cujo efluente é proveniente de lavagens de tanques e reatores. Apesar da reduzida eficiência de remoção de DQO obtida com a coagulação, floculação e flotação com ar dissolvido (20 a 30%), constatou-se que este tratamento é essencial para a redução da toxicidade ao processo biológico. A dosagem de coagulante e o pH ótimos variam conforme a característica do despejo e devem ser determinadas diariamente. No sistema biológico, observou-se uma remoção significativa da DQO do efluente bruto gerado na indústria, não apenas por biodegradação, mas também por volatilização e adsorção. Os testes de bancada evidenciaram remoções de DQO por arraste com ar de 47 a 77 % e por adsorção no lodo biológico, de 42%. Apesar dos constantes choques de carga orgânica e de poluentes tóxicos, conseguiu-se atingir o estado estacionário com variações máximas da concentração de sólidos em suspensão voláteis no tanque de aeração entre 20 e 30%. Neste período, a idade do lodo situou-se em torno de 25 a 30 dias e o tempo de detenção hidráulico foi de 3,8 dias. A eficiência média de remoção de DQO neste período foi de 86%. Os testes com a unidade piloto demonstraram que a utilização de carvão ativado em pó (CAP) produz resultados satisfatórios, comprovando a redução de poluentes tóxicos da água residuária e refletindo em uma significativa melhora na biodegradabilidade do efluente, com aumento da concentração de sólidos em suspensão voláteis no tanque de aeração (de 1380 mg/L para 3820 mg/L) e redução da amplitude de variação da DQO do efluente tratado que passou de 600 a 3200 mgO2/L para o sistema sem CAP para 300 a 600 mgO2/L para o sistema com CAP. Notou-se, também, com a adição de CAP, melhoria na sedimentação do lodo. Pode-se concluir também que o sistema de tratamento atendeu a legislação atual do Estado de São Paulo, com uma remoção média de 80% da DBO5. / Wastewater treatment systems continuously receiving shock loads and the behavior of contaminants under unsteady state conditions are not very well documented in our country, with limited degree of knowledge in the world on the removal of specific pollutants like endocrine disrupting chemicals (EDC) in physical chemical and biological wastewater treatment systems. The present work brings a case study regarding an industry which wastewaters were generated from plants with multiproducts and campaign production with variable composition, and with nonylphenols as one of their raw materials which is known as an endocrine disrupting chemical. The organic load and toxicity removal mechanisms of the wastewater to the biological treatment were studied in bench scale whilst their treatability was evaluated through coagulation, flocculation, dissolved air flotation followed by activated sludge, in pilot scale. The feasibility of the addition of powdered activated carbon to the biological system was also studied. The large qualitative and quantitative variability of the wastewater requires an equalization time of at least 30 hours. The main responsible for this variability in quality is the chemical unit process which wastewaters are originated from reactors and tanks cleanings. Although the low efficiency in COD removal obtained with coagulation, flocculation and dissolved air flotation (20 to 30%), it was found that this process is essential to the toxicity reduction for the biological process. Optimum pH and coagulant dose vary with the wastewater characteristics, and must be determined on a daily basis. On the biological system, it was observed important raw wastewater COD elimination not only through biodegradation, but also through volatilization and adsorption. Bench tests revealed COD elimination of 47 to 77% by air stripping and 42% by adsorption onto the biological sludge. Despite of constant organic and toxic shock loads, it had been possible to reach the steady state during which the maximum variation on the volatile suspended solids concentration was 20 to 30%. During this period, sludge age was around 25 to 30 days, and the hydraulic detention time was 3,8 days. Average efficiency on COD removal in this period was 86%. Tests results with PAC dosage on the pilot plant showed satisfactory, proving the reduction of toxic compounds from the wastewater and resulting in biodegradability improvement. The increase of volatile suspended solids in the aeration tank was from 1380 mg/L to 3820 mg/L, and reduction in the range of variation of remaining treated water COD from 600 to 3200 mgO2/L (system without CAP) down to 300 to 600 mgO2/L (system with CAP). The improvement on the sludge sedimentation with PAC addition was also remarkable. One can also conclude the treatment system attained the current legislation of the State of São Paulo, with 80% BOD5 removal.

Orientador: Carlos Gomes da Nave Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-07T08:45:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Higa_MarciaFernanda_M.pdf: 694032 bytes, checksum: 6aeb2dc109b978afe0fa9cd54037a168 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo principal a investigação do potencial de utilização de reatores de lodos ativados intermitentes para o tratamento conjunto de diversos tipos de águas residuárias geradas na indústria de catalisadores químicos Degussa, localizada no município de Americana - SP, incluindo-se os esgotos sanitários. Foram utilizados reatores de bancada e estudadas duas idades de lodo, simulando-se a aeração convencional e aeração prolongada. Foram investigados também quatro cenários possíveis, ou seja, quatro amostras compostas distintas de efluentes, de serem implantados em escala real. Os resultados obtidos mostraram que o sistema de aeração prolongada foi preferível em todas as situações estudadas, e que três dos cenários foram adequados ao tratamento biológico de lodos ativados por batelada, uma vez que apresentaram eficiências de redução dos valores de DQO superiores à 80%. No caso do tratamento conjunto de todas as águas residuárias da indústria, essa eficiência foi de 85,7 e 92,1% para as idades de lodo de 7 e 20 dias, respectivamente, indicando que o uso de reatores biológicos de lodos ativados por batelada constituiu-se em alternativa viável para a Degussa / Abstract: The present work had as main objective the investigation of the utilization potential of activated sludge sequencing batch reactors on the combined treatment of several kinds of wastewaters originated in the chemical catalyst industry Degussa, located in Americana - SP, including the domestic sewage. Workbench reactors were used and two sludge ages were studied, simulating the conventional and the prolonged aerations. Four possible sceneries, or four different effluent compound samples, possible of being full-scale introduced, were also investigated. The results showed that the system of prolonged aeration was preferable in alI the studied situations, and that three of the sceneries were suitable for the biological treatment by activated sludge using sequencing batch reactors, once they achieved efficiencies of reduction in the COD values greater than 80%. In the treatment inc1uding the total reunion of the industry effluents, this efficiency was 85,7 and 92,1%, to the sludge age of 7 and 20 days, respectively, indicating that the use of activated sludge sequencing batch biological reactors is a feasible alternative for Degussa / Mestrado / Saneamento e Ambiente / Mestre em Engenharia Civil