Orientador: Roberto Alves de Oliveira / Banca: Eugênio Foresti / Banca: Maria Bernadete Amâncio Varesche / Banca: Manoel Victor Franco Lemos / Banca: Edson Aparecido Abdul Nour / Resumo: Avaliou-se o desempenho de um reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB) seguido de um filtro anaeróbio de fluxo ascendente, instalados em série, com volume total de 300 L e 190 L, respectivamente, no tratamento de águas residuárias de suinocultura. As cargas orgânicas volumétricas aplicadas no reator UASB foram de 9,2 a 26,7 g DQOtotal (L d)-1. Para o pós-tratamento do efluente do sistema de tratamento anaeróbio utilizou-se um filtro biológico percolador (FBP) com volume total de 250 L. O meio suporte utilizado no filtro anaeróbio e no FBP foi composto por anéis de bambu e anéis de eletroduto plástico corrugado. As cargas hidráulicas superficiais (Qs) aplicadas no FBP variaram de 3,5 a 21,1 m3 (m2 d)-1. Os tempos de detenção hidráulica (TDH) aplicados no sistema de tratamento anaeróbio e pós-tratamento foram de 23,3 a 66,6 h. As produções volumétricas de metano no sistema de tratamento anaeróbio variaram de 0,16 a 0,68 L CH4 (L reator d)-1. Foram observadas eficiências médias de remoção de até 97% para a demanda química de oxigênio total, de 98% para os sólidos suspensos totais, de 78% para o nitrogênio total, de 79% para o fósforo total, de 99,9% para o cobre, de 99,9% para o zinco e de 99,99% para os coliformes termotolerantes, no sistema de tratamento anaeróbio e póstratamento. Com a utilização de diferentes fontes de substrato no ensaio de atividade da microbiota, observou-se o crescimento equilibrado das populações hidrolíticas, acidogênicas, acetogênicas e metanogênicas acetoclásticas e hidrogenotróficas no lodo dos reatores anaeróbios. Com a aplicação da técnica de biologia molecular (metagenômica) foram identificadas no lodo do reator UASB e do filtro anaeróbio de fluxo ascendente arquéias metanogênicas das famílias Methanomicrobiaceae, Methanobacteriacea, Methanosaetaceae e Methanosarcinaceae. / Abstract: The performance of an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) followed of the anaerobic filter, installed in series, were evaluated for the treatment of swine wastewater. The total volume of UASB and anaerobic filter were of 300 L and 190 L, respectively. The organic load rate applied on the reactor UASB were of 9.2 to 26.7 g total COD (L d)-1, in the start and assays 1, 2, 3 and 4. For the post-treatment of effluent the anaerobic system was used a trickling filter, with total volume of 250 L. The supports used in the anaerobic filter and trickling filter were composed by bamboo rings in the start up and assays 1 to 2 and plastics rings in the assays 3 to 4. The hydraulic load applied on the trickling filter were of 3.5 to 21.1 m3 (m2 d)-1. The hydraulic detetion time (HDT) applied of system anaerobic and post treatment were 23.3 at 66.6 h. The volumetric methane productions ranged from 0.16 a 0.68 L CH4 (L reactor d)-1. The efficiencies of removal the chemical oxygen demand, total solids suspended, copper, zinc and fecal coliforms were of up to 97, 98, 78, 79, 99.9, 99.9 e 99.99%, respectively, for the anaerobic and post-treatment. With the use of different substratum sources in the assays of specific methanogenic activity, it was observed the balanced growth of the populations of microorganisms in the sludge of anaerobic reactor. The archaeas of the families Methanomicrobiaceae, Methanobacteriaceae; Methanosaetaceae and Methanosarcinaceae were identified in the sludge of the reactor UASB and of the anaerobic filter. / Doutor

Esse trabalho avaliou a aplicação do reator anaeróbio operado em batelada e batelada alimentada sequenciais com agitação mecânica e biomassa imobilizada (AnSBBR) à produção de biometano pelo tratamento de vinhaça. As variáveis de interesse foram a carga orgânica volumétrica aplicada, a estratégia de alimentação e a temperatura. O volume de meio líquido do reator foi de 3 L e o volume tratado de 1 L por ciclo, com residual de 2 L. O tempo de ciclo foi de 8 h, com tempos de enchimento de 10 min para batelada e 240 min para batelada alimentada. Após a Condição Preliminar, realizaram-se as Condições 01 a 08 em batelada (30°C), a Condição 09 em batelada alimentada (30°C) e a Condição 10 em batelada (45°C). Para o aumento da carga orgânica de 1,0 até 10,0 gDQO.L-1.d-1 houve aumento na produtividade de metano, sendo o máximo valor molar atingido de 123,4 molCH4.m-3.d-1 e volumétrico de 2767 mL-CNTPCH4.L-1.d-1. Quanto ao rendimento entre metano produzido e matéria orgânica consumida, o valor máximo foi de 13,8 mmolCH4.gDQO-1 (88% do teórico), com carga orgânica de 7,50 gDQO.L-1.d-1. Para batelada alimentada, o rendimento e a produtividade foram menores (PrM = 102,5 molCH4.m-3.d-1, PrV = 2296,9 mL-CNTPCH4.L-1.d-1 e YM-CH4/DQO = 11,8 mmolCH4.gDQO-1, 76% do rendimento teórico), como também a 45°C (PrM = 35 molCH4.m-3.d-1 e YM-CH4/DQO = 7,1 mmolCH4.gDQO-1). Os parâmetros do modelo cinético de primeira ordem, de modo geral, apresentaram tendência de aumento com a carga e, para batelada alimentada, os valores foram próximos à batelada. A distribuição de ácidos voláteis nas condições em batelada e batelada alimentada foi principalmente entre ácidos acético, propiônico e butírico e a 45°C predominou o ácido propiônico. A vinhaça mostrou potencial de aproveitamento energético até a carga de 10,0 gDQO.L-1.d-1 e concentração de 10000 mgDQO.L-1, valor próximo de um terço da concentração in natura. / This study assessed the feasibility of an anaerobic sequencing batch and fed-batch biofilm reactor (AnSBBR) with agitation treating vinasse for biomethane production. Applied volumetric organic load, feed strategy and temperature were the variables of interest. The liquid medium in the reactor was 3 L, and the treated volume was 1 L per cicle, with a residual of 2 L. Time cycle length was 8 h, with feeding time of 10 min for batch and 240 min for fed-batch. After the Preliminary Condition, Conditions 01 to 08 in batch (30°C), Condition 09 in fed-batch (30°C) and Condition 10 in batch (45°C) were carried. For the increase of organic load from 1,0 to 10,0 gCOD.L-1.d-1 a rise in methane productivity was observed. Maximum reached molar productivity was 123,4 molCH4.m-3.d-1, being 2767 mL-STPCH4.L-1.d-1 in volume. In regard to the yield of produced methane by consumed organic matter, the maximum was 13,8 mmolCH4.gCOD-1 (88% of the theoretical value), with applied volumetric organic load of 7,50 gCOD.L-1.d-1. Methane yield and productivity were lower in fed-batch than in batch operation (MPr = 102,5 molCH4.m-3.d-1, VPr = 2296,9 mL-STPCH4.L-1.d-1 and YM-CH4/DQO = 11,8 mmolCH4.gCOD-1, 76% of the theoretical), as well as for 45°C (MPr = 35 molCH4.m-3.d-1 and YM-CH4/DQO = 7,1 mmolCH4.gCOD-1). In general, parameters of the kinetic first-order model presented a tendency of increase with organic load and, for the fed-batch operation, values were similar to batch. The volatile acids distribution in batch and fed-batch conditions were mainly of acetic, propionic and butiric acids and for the temperature of 45°C propionic acid prevail. Vinasse showed to have an energy profit potential for applied organic loads until 10,0 gDQO.L-1.d-1 and concentration until 10000 mgCOD.L-1, which is approximately one third of the in natura concentration.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-11-23T16:43:21Z No. of bitstreams: 1 Andre_Souza_2018.pdf: 3532438 bytes, checksum: 75b2d4c04117567967dd3496b7c4c303 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-23T16:43:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre_Souza_2018.pdf: 3532438 bytes, checksum: 75b2d4c04117567967dd3496b7c4c303 (MD5) Previous issue date: 2018-09-28 / The development of societies, has always been interconnected energy sources, this way the H2 appears as a possible source. Nowadays, the biological pathway, the bacterial fermentation, has been highlighted, as it presents good productivity and low cost. The present work proposes to evaluate the potential of microbial consortia, which are easily accessible in the production of BioH2, by fermentation using the whey as a culture medium. This was done by productive complexes called PUBC (Pure Bacterial Complex), PIBC ( Pig Bacterial Complex), LACB (Land Bacterial Complex) and OXBC (Ox Bacterial Complex), where the fermentative medium was formed with 1ml of each complex and 6ml of culture medium, kept in a greenhouse with a temperature of 33ºC for a period of 07 days, where the concentration and production of the organic acids and gases were verified, resulting in 35% PUBC and 700 mLBioH2 / L (substrate) and with higher productivity of acetic acid, PIBC 36% and 1594 mLBioH2 / L, with higher concentration of butyric acid,LACB 37% and 1691 mLBioH2 / L, with higher productivity of succinic acid and OXBC 51% and 4371 mLBioH2 / L, with the productivity of organic acids divided into butyric and succinic. The results obtained showed a productive capacity of BioH2 and of organic acids, which in the case of OXBC obtained higher productive yield than works found in the current literature, making possible a new research and analysis to be done later. / O desenvolvimento das sociedades, sempre esteve interligadas as fontes energéticas, desta forma o H2 aparece como possível fonte. Atualmente a via biológica, a fermentação bacteriana, vem apresentando destaque, por apresentar boa produtividade e baixo custo. O presente trabalho propõem-se a avaliar o potencial de consórcios microbianos, de fácil acesso na produção de BioH2, por via fermentativa, utilizando o soro de leite como meio de cultivo. Esta foi realizada por complexos produtivos denominados de CBPU (Complexo Bacteriano Puro), CBPO (Complexo Bacteriano Porco), CBTE (Complexo Bacteriano Terra) e CBBO (Complexo Bacteriano Boi), onde o meio fermentativo foi formado com um 1ml de cada complexos e 6ml de meio de cultivo, mantidos em uma estufa com a temperatura em 33ºC, por um período de 07 dias, onde foi verificado a concentração e produção dos gases e ácidos orgânicos, tendo como resultado no CBPU 35% e 700 mLBioH2/L(substrato) e com maior produtividade de ácido acético, o CBPO 36% e 1594 mLBioH2/L, com maior concentração de ácido butírico, o CBTE 37% e 1691 mLBioH2/L, com maior produtividade de ácido succínico e o CBBO 51% e 4371 mLBioH2/L, com a produtividade de ácidos orgânicos dividida em butírico e succínico. Os resultados obtidos demonstraram ter capacidade produtiva de BioH2 e de ácidos orgânicos, que no caso do CBBO obteve rendimento produtivo maior que trabalhos encontrados na literatura atual, possibilitando um direcionamento para novas pesquisas e análises a serem feitas posteriormente.

For enhancing anaerobic sludge digestion and biogas recovery, an increase in organic load rate (OLR) from 1.0 to 3.0kgVS/(m3·day) was imposed upon a new anaerobic digestion process combined with a sludge recirculation. The new setup requires a traditional mesophilic anaerobic digester coupled with a centrifuge for maintaining relatively high solid content within the digester. The hypothesis of this study was that increasing continuously OLR from 1.0 to 3.0kgVS/(m3·day) in a pilot-scale anaerobic digester with recycled sludge would not badly influence the digester stability, based on which biogas production would be enhanced. To test this hypothesis, a continuous 73-day study with laboratory experiment was conducted. Due to scarcity of original feeding sludge and its deteriorating quality, OLR had to be increased relied on introduction of extra sludge followed by measurement of total solid (TS) and volatile solid (VS) contents in both feeding sludge and digester sludge, for calculating OLR and examining its variations. To assess the relationship between biogas production and OLR, a measurement of gas yield and methane content was a necessity, performed by applying a biogas flow meter and MSA AUER EX-METER II (P). Moreover, temperature, pH value, volatile fatty acid (VFA) and alkalinity must be tested frequently, for the purpose of preventing system failure. The results demonstrate that the digester succeeded in withstanding an OLR up to 3.15kgVS/(m3·day). Furthermore, an enhancement in biogas yield and methane content were observed after increasing the OLR by introducing extra sludge. Biogas production measurement performed during this study indicated that biogas yield was enhanced by 73%, with a maximum production of 14.5m3/day, when OLR was increased from 2.05 to 3.15kgVS/(m3·day). However, methane content was merely promoted by 10.5%, to the highest value of 63%, with the same increase in OLR. Specific gas production (SGP), as another means of evaluating the relationship between biogas production and OLR, was observed to be 0.65Nm3/kg VSin averagely.

The presence of postharvest sanitizers has shown to be an effective approach to reducing microbial cross contamination in agricultural washing operations. However, choosing an appropriate sanitizer can be challenging due to produce commodity, processing conditions and interference with organic load. Current research shows a wide variety of methods to mimic the organic load of vegetable processing conditions, with paddle mixing and blender as the most commonly used. Controlling and understanding the physiochemical properties of wash water is key in maintaining sanitizer efficacy. The effects of simulated wash water preparation method on the physiochemical properties were tested at 0 and 50 COD(mg/L) and no significant difference was observed. However, at high levels of organic load results showed a significant difference between turbidity values at 1,500 COD. Free residual chlorine titration methods were compared, using DPD-titrimetric and Iodometric method. Results showed a significant difference between titration methods in organic load heavy environments. Commercially available chlorine based sanitizers, Pure Bright™ Germicidal Bleach and Clorox® Germicidal Bleach, were compared to a concentrated solution of sodium hypochlorite. Pure Bright™ Germicidal Bleach showed to perform the best by reducing 7 log CFU/ml of E. coli O157:H7 after 30 seconds in no organic load environments, whereas Clorox Germicidal bleach was able to reduce 7 log CFU/ml of E. coli O157:H7 after 30 minutes. These studies aim to provide best management practices for small in medium growers in the implementation of antimicrobial solutions for the maintenance of water quality in postharvest washing solutions.

Em um reator de fundo redondo e volume útil de 5 L tratando esgoto sintético com carga orgânica de 800 mgDQO.'L POT.-1' com biomassa granulada a influência do tipo de escoamento e velocidade rotacional foi investigada com o uso de cinco impelidores sendo eles turbina e pá de seis pás planas verticais, turbina e pá de seis pás planas inclinadas 45 graus e hélice, comumente aplicados em processos biológicos. Foi também investigada a viabilidade de implementação de tubo de tiragem ao reator em conjunto com os impelidores tipo hélice e tipo pá de pás planas inclinadas alternadamente, com vistas a melhorar a mistura e conseqüente transferência de massa no meio reacional. Os resultados mostram que a alteração do tipo de impelidor e as variações da velocidade rotacional não exerceram influência significativa sobre a estabilidade e desempenho dos sistemas estudados. Entretanto a análise das constantes do modelo cinético de primeira ordem mostrou que a alteração na velocidade rotacional exerceu influência de aumento dos valores das constantes, demonstrando com isto que o aumento da velocidade rotacional melhora a transferência de massa sólido-líquido no meio reacional. A análise das constantes cinéticas também demonstrou que a promoção de escoamento axial em reatores agitados mecanicamente é preferível ao escoamento radial quando comparados os impelidores tipo pá de pás planas verticais e de pás planas inclinadas. A presença do tubo de tiragem demonstrou incrementar significativamente a transferência de massa, através do aumento dos valores numéricos das constantes utilizadas no ajuste do modelo cinético de primeira ordem aos valores experimentais. A potência consumida foi inferior a 1,6.'10 POT.-3' HP/'M POT.3' com rotações abaixo de 200 rpm e os impelidores axiais consumiram 75% a menos de potência do que os radiais / The effect of flow type and rotor speed were investigated in a round-bottom reactor with 5 L useful volume containing granular biomass and treating synthetic wastewater with organic load of 800 mgCOD.'L POT.-1'. Five impellers have been used to this end, namely: turbine and paddle with six-vertical-flat blade, turbine and paddle with six-45 degrees-inclined-flat-blade and helix, commonly used in biological processes. Utilization of a draft tube together with the helix and six-alternately-inclined-flat-blade impellers was also assessed as a means to improve mixing and consequently mass transfer in the reaction medium. Results showed that altering impeller type and variation in rotor speed did not exert significant effect on the stability and performance of the investigated systems. However, analysis of the first order kinetic model constants showed that alteration in rotor speed resulted in increase in the values of the constants, demonstrating that increase in rotor speed improves solid-liquid mass transfer in the reaction medium. Analysis of the kinetic constants also showed that axial flow in mechanically stirred reactors is preferable over radial flow when the vertical flat blade impeller is compared to the inclined flat blade impeller. The presence of the draft tube showed significant improvement in mass transfer, which could be seen by the increase in the values of the constants used in the fit of the first order kinetic model to the experimental values. The power consumed was less than 1.6.'10 POT.-3' HP/'M POT.3' at rotor frequency below 200 rpm and the axial impellers consumed 75% less power than the radial ones

Avaliou-se a influência da carga orgânica volumétrica (COV) aplicada e do tempo de enchimento sobre a estabilidade e a eficiência do ASBR com biomassa granulada, operado em batelada e batelada alimentada seqüenciais, tratando soro de queijo diluído. Os ensaios foram realizados a 30 'graus' C com volume total de meio de 5,0 litros e tempo de ciclo de 8 horas. Na primeira etapa realizou-se a operação em batelada com tempo de enchimento ('T IND.alim') de 10 min e freqüência de agitação de 150 rpm. A cada ciclo foram alimentados 2,0 litros de meio com concentração afluente ('C IND.AF') de 1000, 2000, 4000 e 6000 mg/L, em termos de DQO. A suplementação de alcalinidade foi gradualmente otimizada partindo-se da proporção de 1 a 0,25 da razão 'NA'H'CO IND.3'/DQO. Nestas condições foi possível operar o reator com estabilidade a COV aplicada de 4,8 g/L.d , com suplementação de alcalinidade de 25% e eficiência em remoção de matéria orgânica de 96,0% e 98,4% em termos de DQO filtrada e total, respectivamente. Na segunda etapa devido a problemas operacionais desenvolveram-se dispositivos para assegurar a retenção da biomassa a fim de viabilizar a operação em batelada alimentada. Os dispositivos testados foram ASBR híbrido, sistema de agitação com 2 impelidores, hélice e pá-inclinada (a) e hélice e turbina inclinada (b). A solução utilizada foi hélice e turbina inclinada. Para essa configuração, diminuiu-se a freqüência de agitação para 75 rpm e reduziu-se o volume de biomassa para 1,0 L. Dessa forma foi possível avaliar a influência das estratégias de alimentação ('T IND.alim') de 360, 180 e 10 minutos a COV aplicada constante de 2,4 g/L.d, para 'C IND.AF' de 4000 mg/L e 'V IND.alim' de 1,0 L e para 'C IND.AF' de 8000 mg/L e 'V IND.alim' de 0,5 L. Para a 'C IND.AF' de 4000 mg/L o aumento de 'T IND.alim' resultou em diminuição da eficiência, em termos de DQO solúvel, sendo de 97,8 , 96,7 e 94,5% para os 'T IND.alim' de 10, 180 e 360 minutos, respectivamente. Para a 'C IND.AF' de 8000 mg/L o aumento do 'T IND.alim' resultou em menores valores de DQO total no efluente / The effect of volumetric organic load (VOL) and fill time on the stability and efficiency of an ASBR was assessed. The ASBR containing granular biomass was operated in batch and fed-batch mode and treated diluted cheese whey. Assays were performed at 30 'degrees' C with total medium volume of 5.0 liters and 8-h cycle lengths. In a first stage the reactor was operated batch-wise with fill time ('T IND.feed') of 10 min and agitation frequency of 150 rpm. At each cycle 2.0 liters of medium were fed at influent concentration ('C IND.infl') of 1000, 2000, 4000 and 6000 mg/L, in terms of COD. Alkalinity supplementation was gradually optimized from 100% to 25% of 'NA'H'CO IND.3'/COD ratio. At these conditions the reactor attained stability at applied VOL of 4.8 g/L.d, alkalinity supplementation of 25% and organic matter removal efficiency of 96.0% and 98.4% in terms of soluble and total COD, respectively. In a second stage due to operational problems devices were developed to assure biomass retention and hence make fed-batch operation feasible. The tested devices included hybrid ASBR, agitation system with two impellers: helix and inclined blade impeller (a) and helix and inclined turbine impeller (b). The system chosen was the helix and inclined turbine. With this configuration agitation frequency and biomass volume were reduced to 75 rpm and 1.0 L, respectively. This way, it was possible to assess feed strategies ('T IND.feed') of 360, 180 and 10 minutes at constant applied VOL of 2.4 g/L.d, for 'C IND.infl' of 4000 mg/L at 'V IND.feed' of 1.0 L and for 'C IND.infl' of 8000 mg/L at 'V IND.feed' of 0.5 L. At 'C IND.infl' of 4000 mg/L increase in 'T IND.feed' resulted in decrease in efficiency in terms of soluble COD, which amounted to 97.8, 96.7 and 94.5% for 'T IND.feed' of 10, 180 and 360 minutes, respectively. At 'C IND.infl' of 8000 mg/L the increase in 'T IND.feed' resulted in lower values for COD effluent

Um sistema de áreas alagadas construídas para o tratamento de esgoto, situado na cidade de Piracicaba e pertencente ao SEMAE (Serviço Municipal de Água e Esgoto), foi investigado. Esse sistema, composto por três estágios de tratamento: fossa séptica; canteiros plantados com arroz (substrato solo e fluxo de efluente sub-superficial vertical) e canal com aguapés (fluxo de efluente horizontal superficial), operou com uma taxa de aplicação de 414 L.m-2.dia-1 de esgoto doméstico. Este trabalho teve por finalidade avaliar parâmetros biogeoquímicos, verificar a eficiência do sistema quanto à remoção de poluentes e apresentar o seu balanço de massa de nutrientes. Para tanto, os seguintes parâmetros biogeoquímicos no efluente foram monitorados durante um ano hidrológico: temperatura, pH, condutividade, oxigênio dissolvido (OD), material particulado (MP), demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), demanda química de oxigênio (DQO) e frações dissolvidas, particuladas e totais de carbono (C), nitrogênio (N) e fósforo (P). Nas plantas e no solo foram monitorados os acúmulos de C, N e P. O sistema apresentou como desempenho no tratamento do esgoto as seguintes taxas anuais de remoção de carga orgânica e nutrientes: 81% para MP, 89% para DBO5, 86% para DQO, 76% para CT, 70% para NID+NPT e 80% para PT. Quanto a qualidade do efluente final, ou seja, as alterações propiciadas pelo sistema nas concentrações finais de carga orgânica e de nutrientes, encontramos os seguintes decréscimos medianos anuais: 60% para MP, 77% para DBO5, 76% para DQO, de 51% para CT, 45% para NID+NPT e 60% para PT. No balanço de massa de C, a eficiência do sistema em remover cargas de C foi de 84%. A fossa séptica reteve 16% e o substrato dos canteiros e canal retiveram 48% desse total. A diferença de 18% encontrada no balanço de massa pode ser atribuída principalmente às perdas gasosas e ao acúmulo de C no substrato, abaixo dos 20 cm amostrados. No balanço de massa de N, a eficiência do sistema em remover cargas de N foi de 75%. A fossa séptica reteve 4%, o substrato dos canteiros e canal retiveram 25% e as plantas (arroz e aguapé) exportaram ou imobilizaram 11% desse total. A diferença de 35% encontrada no balanço de massa pode ser atribuída às perdas gasosas, ao acúmulos de N em sub superfície e acréscimos de NOD no sistema. No balanço de massa de P, a eficiência do sistema em remover cargas de P foi de 86%. A fossa séptica reteve 5%, o substrato dos canteiros e canal retiveram 54% e as plantas exportaram ou imobilizaram 7% desse total. A diferença de 20% encontrada no balanço de massa, pode ser atribuída ao acúmulo de P em forma de compostos orgânicos refratários ou adsorvido ao substrato. Contudo, mesmo diante dos resultados de despoluição favoráveis, concluiu-se que a capacidade do sistema em tratar o esgoto a longo prazo passará a ser limitada pela deficiência na oxigenação do efluente e do substrato e pela colmatação do substrato. / It was investigated a constructed wetlands system for the treatment of sewage, placed in the city of Piracicaba, which is serviced by SEMAE (Municipal Service of Water and Sewage). The system, composed of three treatment phases: septic tank; rice beds (soil substratum and flow of vertical sub-superficial effluent) and channel with water hyacinth (flow of superficial horizontal effluent), operated with a load of 414 L.m-2.day-1 of domestic sewage. The aim of this work was to evaluate biogeochemical parameters in order to verify the efficiency of the system to remove pollutants and to present its mass budgets of nutrients. For so much, the following biogeochemical parameters in the effluent were monitored for one hydrological year: temperature, pH, conductivity, dissolved oxygen (DO), particulate material (PM), biochemical demands of oxygen (BOD5), chemical demands of oxygen (COD) and dissolved fractions, particulate fractions and total of carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P). In the plants and in the soil the accumulations of C, N, and P were monitored. The performance of the system presented the following annual rates of organic load and nutrient removal in the treatment of sewage: 81% for PM, 89% for BOD5, 86% for COD, 76% for TC (total carbon), 70% for DIN+TPN (dissolved inorganic nitrogen plus total particulate nitrogen), and 80% for TP (total phosphorus). The quality of the final effluent, meaning the alterations propitiated by the system in the final concentrations of organic load and of nutrients, the following annual median decrease was found: 60% for PM, 77% for BOD5, 76% for COD, 51% for TC, 45% for DIN+TPN and 60% for TP. In the mass budget of C, the efficiency of the system in removing loads of C was 84%. The septic tank retained 16% and the substratum of the rice beds and channel retained 48% of that total. The difference of 18% found in the mass budget can be attributed mainly to the gaseous losses and the accumulation of C in the substratum, below the 20 cm sampled. In the mass budget of N, the efficiency of the system in removing loads of N was of 75%. The septic tank retained 4%, the substratum of the rice beds and channel retained 25%, and the plants (rice and water hyacinth) exported or immobilized 11% of that total. The difference of 35% found in the mass budget can be attributed to the gaseous losses, to the accumulations of N in sub surface and increments of NOD in the system. In the mass budget of P, the efficiency of the system in removing loads of P was of 86%. The septic tank retained 5%, the substratum of the rice beds and channel retained 54% and the plants exported or immobilized 7% of that total. The difference of 20% found in the mass budget can be attributed to the accumulation of P in the form of refractory organic compositions or sorbed to the substratum. However, even before the results of favorable depuration, it is concluded that the capacity of the system in treating sewage in the long term will become limited by the deficiency in the aeration of both the effluent and the substratum and for the clogging the substratum.

Avaliou-se o desempenho do reator anaeróbio em batelada seqüencial com biomassa imobilizada (ASBBR) no tratamento de soro de queijo quanto submetido a diferentes estratégias de alimentação e cargas orgânicas volumétricas (COV). O reator operou com agitação mecânica através de impelidor do tipo hélice na rotação de 500 rpm. Um volume de 2 litros foi alimentado por ciclo com 1 litro de volume residual, totalizando 3 litros. O substrato utilizado foi soro de queijo desidratado reconstituído. Suplementou-se o sistema com NaHCO3 na razão de 50% NaHCO3/DQO. Foram testadas as seguintes COVs: 2, 4, 8 e 12 gDQO/l.d. Para ciclos de 8 horas e em cada COV, três estratégias de alimentação foram testadas: (a) operação em batelada com ciclo de 8 horas, (b) batelada alimentada de 2 horas (c) batelada alimentada de 4 horas. Na COV de 2 gDQO/l.d, a conversão de matéria orgânica como DQO em amostras filtradas foi de 92, 96 e 91% para as estratégias de alimentação (a), (b) e (c), respectivamente. Para a COV de 4 gDQO/l.d, o desempenho foi de 94, 97 e 93%, respectivamente. Para a COV de 8 gDQO/l.d houve redução nas eficiências de conversão a 83, 85 e 86%, respectivamente. O aumento da COV para 12 gDQO/l.d, resultou na redução em eficiências de 72, 73 e 81%, respectivamente. Os perfis durante os ciclos da concentração de ácidos voláteis totais mostraram que, apesar do aumento gradual com o tempo de enchimento aumentando, nenhuma diferença significativa foi detectada em termos dos seus valores máximos. Foi observada a redução de ácido propiônico como conseqüência do aumento do tempo de enchimento. Assim, para COV de 2 e 4 gDQO/l.d, a estratégia de alimentação (b) proporcionou maiores eficiências de conversão e estabilidade operacional, enquanto que este comportamento foi observado na estratégia de alimentação (c) para os valores de COV de 8 e 12 gDQO/l.d. / The performance of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor (ASBBR) treating cheese whey was evaluated when subjected to different feeding strategies and volumetric organic loads (VOL). The reactor operated under mechanical stirring provided by helix impellers at rotor speed of 500 rpm. A volume of 2 l was fed per cycle with 1 l of residual volume, totalizing 3 l. Reconstituted dehydrated cheese whey was used as substrate. NaHCO3 was supplemented at a ratio of 50% NaHCO3/COD. The following VOLs were tested: 2, 4, 8 and 12 gCOD/l.d. For 8-h cycles and each value of VOL three feed strategies were tested: (a) batch operation with 8-h cycle; (b) 2-h fed-batch operation; and (c) 4-h fed-batch. In the VOL of 2 gCOD/l.d, organic matter conversions as COD were 92, 96 and 91%, for feeding strategies (a), (b) and (c), respectively. For the VOL of 4 gCOD/l.d, performance values were 94, 97 and 93%, respectively. For the VOL of 8 gCOD/l.d there was a reduction in conversion efficiency to 84, 85 and 86%, respectively. The increase of VOL to 12 gCOD/l.d resulted in the reduction in efficiency of 78, 73 and 81%, respectively. The profiles of total volatile acids concentration obtained during the cycles showed that despite its gradual increase with the increasingly filling time, no significant differences were detected in terms of maximum values. Reduction in proprionic acid concentration along the cycle were observed as consequence of the increase of the filling time. Thus, for VOL of 2 and 4 gCOD/l.d feeding strategy (b) provided higher conversion efficiency and operation stability. This behavior was similar to that observed for the feeding strategy (c) at the VOL of 8 and 12 gCOD/l.d.

O reator anaeróbio de leito fixo tem demonstrado viabilidade para produzir hidrogênio a partir de águas residuárias. No entanto, a liberação do biogás não tem sido contínua devido à diminuição constante da carga orgânica volumétrica específica (COVe) causada pelo acúmulo de biomassa no leito ao longo do tempo. A redução da COVe junto com o envelhecimento da biomassa tem sugerido o estabelecimento de microorganismos consumidores dos constituintes do biogás (H2/CO2) responsáveis por cessar a produção de hidrogênio. Neste trabalho, cinco estratégias foram propostas visando a produção de hidrogênio por longo prazo operacional e com estabilidade, mediante a fixação da COVe, as quais incluíram a alteração da estruturação do leito, inverter o escoamento, realizar descartes periódicos de biomassa e variar a carga orgânica volumétrica aplicada (COV) por meio da variação do tempo de detenção hidráulica (TDH) e da concentração do substrato. Os resultados demonstraram que a manutenção da COVe em um valor adequado permite a produção contínua de hidrogênio. A ordenação do leito, utilizando polietileno de baixa densidade e espuma, e o escoamento descendente favoreceram a diminuição do acúmulo de biomassa e junto com os descartes de biomassa foi possível manter a COVe em um valor estável próximo de 5 g sacarose g-1 SSV d-1. A produção volumétrica de hidrogênio (PVH) foi contínua com valor médio de 0,6 L H2 L-1 d-1 e rendimento (YH2) próximo a 0,5 mol H2 mol-1 sc. Por outro lado, o escoamento ascendente e os descartes de biomassa em reator de leito empacotado e ordenado atingiram uma PVH média de 2,2 ± 0,2 e 3,13 ± 0,07 L H2 L-1 d-1 quando a COVe foi mantida em 2,6 e 4,4 g sacarose g-1 SSV d-1, respectivamente. Por último a variação da COV permitiu manter a COVe entre 3,8 e 6,2 g sacarose g-1 SSV d-1, atingindo um YH2 médio de 2 mol H2 mol-1 sc e um incremento da PHV de 2,4 a 8,9 L H2 L-1 d-1 durante 60 dias consecutivos. Ainda que com resultados satisfatórios referentes à manutenção por longo período operacional e estabilidade na produção de hidrogênio, a supersaturação deste gás no meio líquido, devido a limitações de transferência de massa, foi a principal causa de perdas de hidrogênio neste tipo de reator. / Fixed-bed, anaerobic reactor has been shown to be feasible for hydrogen production from wastewater. However, biogas release has not been continuous due to the continuous specific organic load (SOL) decrease, which in turn is caused by biomass accumulation in the bed, through the time. SOL reduction and biomass ageing have indicated the establishment of the microorganisms that consumes the biogas constituents (H2/CO2) as the main cause for ceasing hydrogen production. In this work, five strategies were proposed aiming at obtaining longterm, stable hydrogen production by using SOL maintenance, modifications of the bed structure, flow inversion, periodic biomass discards and diverse organic load rates (OLR), as a function of the hydraulic retention time (HRT) and of the substrate concentration. Results demonstrated that by maintaining the SOL at proper values, continuous hydrogen production can be accomplished. On one hand, structuring the bed by using low-density polyethylene and foam, together with a down-flow and biomass discards were shown to diminish biomass accumulation, which led to keep a stable SOL value close to 5 g sucrose g-1 VSS d-1. Volumetric hydrogen production (VHP) was continuous with an average value of 0.6 L H2 L-1 d-1 and a yield (YH2) close to 0.5 mol H2 mol-1 sc. On the other hand, up-flow with biomass discharges, when implemented structured-bed and packed-bed reactors reached average VHP values of 2.2 ± 0.2 and 3.13 ± 0.07 L H2 L-1 d-1 as SOL was maintained between 2.6 and 4.4 g sucrose g-1 VSS d-1, respectively. Eventually, SOL was kept between 3.8 e 6.2 g sucrose g-1 VSS d-1 by varying the OLR, thus reaching an average YH2 value of 2 mol H2 mol-1 sc and a VHP increase from 2.4 to 8.9 L H2 L-1 d-1, along sixty consecutive days. As a consequence of mass-transfer limitations, oversaturation of hydrogen at the liquid medium was found as the main factor that causes hydrogen losses concerning fixed-bed reactors, even though the proposed strategies did indeed demonstrate long-term and stable hydrogen production.