Este trabalho buscou avaliar a influência da relação C/N e da fonte de carbono no processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas em reator de fluxo contínuo e leito fixo estruturado. Foi utilizado um reator vertical de acrílico, com volume total de 11,0 L e volume útil de 5,5 L, com hastes cilíndricas verticais de espuma de poliuretano como suporte para a biomassa. O sistema foi operado com TDH de 11,2±0,6 horas, aeração intermitente (2 horas com aeração e 1 hora sem aeração) e razão de recirculação de efluente igual a 5. A carga carbonácea afluente foi mantida constante (1,07 kg DQO.m-3.dia-1), ao longo de todo o período experimental, sendo as relações C/N testadas (9,7±1; 7,6±1; 2,9±1 e 2,9±0,4) obtidas a partir da variação na carga nitrogenada aplicada. Duas fontes orgânicas foram avaliadas: sacarose e peptona de carne. A eficiência média de remoção de DQO manteve-se acima de 90%. A eficiência máxima de remoção de N-total (84,6±10,1%) foi obtida para relação C/N de 2,9±1, com concentrações efluentes médias de NTK e N-NH4 de 5,9 e 4,3 mg.L-1, respectivamente. A análise estatística da eficiência de remoção de N-total confirmou que a fonte de carbono não exerceu influência sobre os processos de remoção. A obtenção de eficiências de desnitrificação superiores às calculadas estequiometricamente, em função da fonte de carbono, indicou a ocorrência de possíveis vias complementares para remoção de nitrogênio, como o processo anammox. As velocidades de nitrificação e desnitrificação obtidas nos ensaios cinéticos foram similares para as duas fontes de carbono e para as relações C/N estudadas e da mesma ordem de grandeza das apresentadas na literatura, reforçando a ideia de que a configuração de reator utilizada, aliada às adequadas condições operacionais, permitiu a remoção concomitante de matéria carbonácea e nitrogenada. / This study aimed to evaluate the influence of COD/N ratio and organic source on the simultaneous nitrification and denitrification (SND) in an up-flow structured-bed reactor. The reactor was made of acrylic with a total volume of 11 L and a working volume of 5.5 L and filled with cylinders of polyurethane foam as support for biomass growth. The system was continuously operated with an HRT of 11.2±0.6 h, intermittent aeration (2h with aeration and 1h without aerationd) and a liquid recycle ratio equal to 5. The organic load rate was constant (1.07 kg COD.m-3d-1) during the entire experiment. The COD/N ratios (9.7±1; 7.6±1; 2.9±1 and 2.9±0,4) were obtained from the variation of nitrogen load rate. Two organic sources were evaluated: sucrose and meat peptone. The average COD removal efficiency was above 90%. The maximum total nitrogen removal efficiency was 84.6±10.1%, with average TKN and NH4+-N effluent concentrations of 5.9 and 4.3 mg.L-1, respectively. Statistical analysis of total nitrogen removal efficiency confirmed that the carbon source did not influence over the removal processes. The denitrification efficiencies higher than the stoichiometrically calculated in function of the carbon source, indicated the occurrence of possible paths for nitrogen removal of nitrogen as anammox process. The nitrification and denitrification rates obtained in kinetic experiments were similar for the two sources of carbon and all C/N ratio studied at the same order of magnitude in relation to those reported in the literature, enhancing that the reactor configuration tested combined with the proper operational conditions allowed the organic matter and nitrogen removal simultaneously.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carla Limberger _Lopes (Tese revisada) 2016.pdf: 2793834 bytes, checksum: bd8e57da9e9986df4f212107c57ca249 (MD5) Previous issue date: 2016-02-17 / The aim of this study was to evaluate a combined anaerobic-aerobic upflow fixed-bed reactor with recirculation of the liquid phase for the removal of nitrogen and organic matter from poultry slaughterhouse wastewater. The reactor was made of an acrylic tube of internal diameter of 93 mm and the length of 1000 mm with a useful volume of 5.6 L being 3.5 L corresponding to the anaerobic compartments and 2.1 L to the aerobic one. The bed for immobilization of the biomass was formed by expanded clay and polyurethane foam. For discussing the results, this study was divided into three articles. In the first article, was evaluated the reactor performance with respect to the elimination of nitrogen (≈65 mg.NT.L-1) and organic matter (≈600 mg.DQO.L-1) due to the recirculation rate (R = 0.5, 1 and 2) and the hydraulic retention time (HRT) of 11 h (6.8 h in anaerobic condition and 4.2 h in aerobic condition) over the time. The best operating condition was obtained at the recirculating rate of 2. In this condition, the total nitrogen removal was 65% with the effluent concentration of 6 mg.NH4+.L-1 e 12 mg.NO3-.L-1. For all condition, the organic matter removal was greater than to 95% with the effluent concentration of approximately 20 mg.COD.L-1. Thus, the increasing of the recirculation rate influenced positively in the reactor performance. In the second article, the hydraulic detention time was evaluated (HDT) at 14 h, 11 h and 8 h with the recirculation rate (R) of 0.5 (Step I), R = 1 (Step II) and R 2 = (Step III). The affluent average concentrations were 65 mg.NT.L-1, 580 mg.COD.L-1, 77 mg L-1 of total alkalinity and pH of 6.4. The samples were collected inlet and output of each compartment along the reactor height. In the Step I, the nitrification efficiencies were 76%, 70% and 41% respectively for 14 h, 8 h and 11 h, showing the effect of HRT. In all steps, the alkalinity has been regarded as the limiting factor of the process and its deficit was 10 to 30%. It was attributed to this factor the low efficiency of total nitrogen removal of about 45%. Throughout the experiment the removal efficiency of organic matter in terms of chemical oxygen demand (COD) was over 90% and made to fit the first order kinetic model for degradation of the substrate. In the third article, was evaluated the hydrodynamic behavior of this system, through stimulus response tests using eosin Y dye as tracer. It has been evaluated the hydraulic retention time of 8 h with three recirculation rates, of .0.5, 1 and 2 times. Under these conditions, the removal of organic matter was greater than 90% and nitrogen conversion was favored by applying lower loads of (0.18 Kg.N.m-3.d-1). It was found that the hydrodynamic evaluation showed the continuous-stirred reactors behavior with 2 to 2.5 reactors in series (N-CSTR). / O objetivo desse trabalho foi avaliar um reator combinado anaeróbio-aeróbio de leito fixo e fluxo ascendente com recirculação da fase líquida, para a remoção de nitrogênio e matéria orgânica proveniente de água residuária de abatedouro de aves. O reator foi confeccionado em um tubo de acrílico de diâmetro interno de 93 mm e comprimento de 1000 mm, com volume útil de 5,6 L, sendo 3,5 L correspondentes aos compartimentos anaeróbios e 2,1 L correspondentes ao compartimento aeróbio. O leito para a imobilização da biomassa foi formado por argila expandida e espuma de poliuretano. A apresentação desse trabalho foi dividida em três artigos. No primeiro artigo, avaliou-se o desempenho do reator em relação à remoção de nitrogênio (≈65 mg.N.L-1) e de matéria orgânica (≈600 mg.DQO.L-1) em função da taxa de recirculação (R=0,5; 1 e 2) e do tempo de detenção hidráulica (TDH) de 11 horas (6,8 horas na condição anaeróbia e 4,2 horas na condição aeróbia), ao longo do tempo. A melhor condição operacional foi obtida com taxa de recirculação de 2. Nessa condição, a eficiência de remoção de nitrogênio total foi de 65% com concentrações efluentes de 6 mg.NH4+.L-1 e 12 mg.NO3-.L-1. Para todas as condições testadas, a eficiência de remoção de matéria orgânica apresentou-se superior a 95%, com concentração efluente de aproximadamente 20 mg.DQO.L-1. Assim, o aumento da taxa de recirculação influenciou positivamente no desempenho do reator. No segundo artigo, avaliaram-se os tempos de detenção hidráulica (TDH) de 14 horas, 11 horas e 8 horas com taxa de recirculação (R) de 0,5 (Ensaio I), R=1 (Ensaio II) e R=2 (Ensaio III). As concentrações médias afluentes foram 65 mg.NT.L-1, 580 mg.DQO.L-1, 77 mg.L-1 de alcalinidade total e pH de 6,4. As amostras foram coletadas na entrada e saída de cada compartimento, ao longo da altura do reator. Na Etapa I, e as eficiências de nitrificação foram de 76%, 70% e 41%, respectivamente para 14 horas, 11 horas e 8 horas, evidenciando o efeito do TDH. Em todas as etapas, a alcalinidade foi considerada o fator limitante do processo e o seu déficit variou de 10% a 30%. Atribuiu-se a esse fator a baixa eficiência na eliminação de nitrogênio total de aproximadamente 45%. Durante todo o experimento, a eficiência de remoção de matéria orgânica em termos de demanda química de oxigênio (DQO) foi superior a 90% e apresentou ajuste ao modelo cinético de primeira ordem para a degradação do substrato. No terceiro artigo, avaliou-se o comportamento hidrodinâmico desse sistema, a partir de ensaios de estímulo resposta utilizando o traçador Eosina Y. Avaliou-se o tempo de detenção hidráulica de 8 horas com as três taxas de recirculação, de 0,5, 1 e 2 vezes. Nessas condições, a remoção de matéria orgânica foi superior a 90% e a conversão de nitrogênio foi beneficiada com a aplicação de cargas menores (0,18 Kg.N.m-3.d-1). Na avaliação hidrodinâmica verificou-se que o reator apresentou comportamento de reator de mistura completa com 2 a 2,5 reatores em série (N-CSTR).

Submitted by Neusa Fagundes (neusa.fagundes@unioeste.br) on 2017-09-06T13:24:19Z No. of bitstreams: 1 Adelcio_Giongo2016.pdf: 1383735 bytes, checksum: ddf849e35c040eb04a0c84af1eeb643f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-06T13:24:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adelcio_Giongo2016.pdf: 1383735 bytes, checksum: ddf849e35c040eb04a0c84af1eeb643f (MD5) Previous issue date: 2017-07-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The swine industry has shown strong development and, thus, has produced large volumes of effluents that must be correctly managed. Therefore, when such effluent cannot be released into soil, a treatment must be carried out to avoid environmental impacts of swine wastewater. Nitrogen is one of the elements that takes part in swine waste and it must be under constant evaluation, but, in some cases, it must be removed. Nitrification/denitrification (NDF) process is a frequent applied technology. However, when the effluent presents low C/N ratio, such as effluents after anaerobic processes, there is some decrease on denitrification efficiency and the total nitrogen removal can be affected. In this case, Nitritation/denitritation (NDT) process can be used to improve the system performance as well as save energy cost with aeration and external source of carbon due to the lower C/N requirement. Thus, this study aimed at evaluating swine wastewater based on NDF and NDT processes at different C/N ratios in order to obtain a system with efficient nitrogen removal and low oxygen and carbon consumption. Four phases were carried out during this experiment: Phase I) DO from 2.0-3.0 mgO2L-1 to 1.5 C/N; Phase II) DO from 0.6-0.7 mgO2L-1 to 1.5 C/N; Phase III) DO from 0.6 to 0.7 mgO2L-1, different C/N ratios (1.5, 0.9, 0.75 and 0.6); Phase IV) DO from 2.0 to 3.0 mgO2L-1, different C/N ratios (1.5, 0.9, 0.75, and 0.6). The best operational condition was obtained at nitritation/denitritation process, whose C/N ratio was 0.9, and the optimum N removal was 86.3%. Under this condition, the system saved almost 36.8% of total organic carbon consumption and nearly 74% of dissolved oxygen consumed when compared to the conventional process for N-removal. This strategy can be very useful for nitrogen removal with low carbon rates, as the digestate from anaerobic processes. / A atividade suinocultura tem apresentado forte crescimento, e assim vem produzindo grandes volumes de efluentes que devem ser corretamente administrados. Portanto, quando não é possível a aplicação deste tipo de efluente no solo, o tratamento deve ser aplicado para que se evitem impactos ambientais. O nitrogênio é um dos elementos presentes nos dejetos de suínos que deve estar sob constante avaliação, e em alguns casos deve ser removido. O processo de nitrificação/desnitrificação (NDF) é uma tecnologia frequentemente aplicada, porém, quando o efluente apresenta baixa relação C/N, como efluentes pós-processos anaeróbios, a eficiência da desnitrificação é reduzida e a remoção de nitrogênio total pode ser afetada. Neste caso, o processo de nitritação/desnitritação (NDT) pode ser utilizado para melhorar o desempenho do sistema e economizar energia com aeração e com fonte externa de carbono, devido ao requisito de baixa relação C/N. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a água residuária de suinocultura utilizando nitrificação/desnitrificação e nitritação/desnitritação em diferentes relações C/N, a fim de se obter um sistema com eficiente remoção de nitrogênio e baixo consumo de oxigênio e carbono. Quatro fases foram realizadas durante o experimento: Fase I) OD entre 2,0-3,0 mgO2 L-1 (nitrificação) e C/N 1,5; Fase II) OD entre 0,6-0,7 mgO2 L-1 (nitritação), e C/N 1,5; Fase III) OD entre 0,6-0,7 mgO2 L-1, diferentes relações C/N (1,5, 0,9, 0,75 e 0,6); Fase IV) OD entre 2,0-3,0 mgO2 L-1, diferentes relações de C/N (1,5, 0,9, 0,75 e 0,6). A melhor condição operacional foi encontrada no processo nitritação/desnitritação, com relação C/N de 0,9, cuja remoção de N considerada ótima foi de 86,3%. Nesta condição, a economia do sistema foi de 36,8% do consumo total de carbono orgânico e de cerca de 74% do consumo de oxigênio dissolvido, quando comparado com o processo convencional de remoção de N. Esta estratégia pode ser muito útil para a remoção do nitrogênio de efluentes de baixo teor de carbono, como os provenientes de processos anaeróbios.

Este trabalho buscou avaliar a influência da relação C/N e da fonte de carbono no processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas em reator de fluxo contínuo e leito fixo estruturado. Foi utilizado um reator vertical de acrílico, com volume total de 11,0 L e volume útil de 5,5 L, com hastes cilíndricas verticais de espuma de poliuretano como suporte para a biomassa. O sistema foi operado com TDH de 11,2±0,6 horas, aeração intermitente (2 horas com aeração e 1 hora sem aeração) e razão de recirculação de efluente igual a 5. A carga carbonácea afluente foi mantida constante (1,07 kg DQO.m-3.dia-1), ao longo de todo o período experimental, sendo as relações C/N testadas (9,7±1; 7,6±1; 2,9±1 e 2,9±0,4) obtidas a partir da variação na carga nitrogenada aplicada. Duas fontes orgânicas foram avaliadas: sacarose e peptona de carne. A eficiência média de remoção de DQO manteve-se acima de 90%. A eficiência máxima de remoção de N-total (84,6±10,1%) foi obtida para relação C/N de 2,9±1, com concentrações efluentes médias de NTK e N-NH4 de 5,9 e 4,3 mg.L-1, respectivamente. A análise estatística da eficiência de remoção de N-total confirmou que a fonte de carbono não exerceu influência sobre os processos de remoção. A obtenção de eficiências de desnitrificação superiores às calculadas estequiometricamente, em função da fonte de carbono, indicou a ocorrência de possíveis vias complementares para remoção de nitrogênio, como o processo anammox. As velocidades de nitrificação e desnitrificação obtidas nos ensaios cinéticos foram similares para as duas fontes de carbono e para as relações C/N estudadas e da mesma ordem de grandeza das apresentadas na literatura, reforçando a ideia de que a configuração de reator utilizada, aliada às adequadas condições operacionais, permitiu a remoção concomitante de matéria carbonácea e nitrogenada. / This study aimed to evaluate the influence of COD/N ratio and organic source on the simultaneous nitrification and denitrification (SND) in an up-flow structured-bed reactor. The reactor was made of acrylic with a total volume of 11 L and a working volume of 5.5 L and filled with cylinders of polyurethane foam as support for biomass growth. The system was continuously operated with an HRT of 11.2±0.6 h, intermittent aeration (2h with aeration and 1h without aerationd) and a liquid recycle ratio equal to 5. The organic load rate was constant (1.07 kg COD.m-3d-1) during the entire experiment. The COD/N ratios (9.7±1; 7.6±1; 2.9±1 and 2.9±0,4) were obtained from the variation of nitrogen load rate. Two organic sources were evaluated: sucrose and meat peptone. The average COD removal efficiency was above 90%. The maximum total nitrogen removal efficiency was 84.6±10.1%, with average TKN and NH4+-N effluent concentrations of 5.9 and 4.3 mg.L-1, respectively. Statistical analysis of total nitrogen removal efficiency confirmed that the carbon source did not influence over the removal processes. The denitrification efficiencies higher than the stoichiometrically calculated in function of the carbon source, indicated the occurrence of possible paths for nitrogen removal of nitrogen as anammox process. The nitrification and denitrification rates obtained in kinetic experiments were similar for the two sources of carbon and all C/N ratio studied at the same order of magnitude in relation to those reported in the literature, enhancing that the reactor configuration tested combined with the proper operational conditions allowed the organic matter and nitrogen removal simultaneously.