FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Os sistemas de lagoas de estabilizaÃÃo, bastante presentes em aterros sanitÃrios normalmente nÃo sÃo suficientes para o atendimento aos padrÃes ambientais de descarte de lixiviado tratado em Ãguas superficiais. Este trabalho avaliou o emprego das tecnologias aerÃbias do tipo reator aerado submerso (RAS) e reator em batelada seqÃencial (RBS) como opÃÃes de pÃs-tratamento para lixiviado antigo prÃ-tratado em lagoas de estabilizaÃÃo. A coleta do lixiviado se deu na saÃda da Ãltima lagoa de estabilizaÃÃo do sistema de tratamento de lixiviado (duas anaerÃbias em sÃrie, seguidas de uma facultativa) localizadas no Aterro SanitÃrio Metropolitano Oeste (ASMOC), municÃpio de Caucaia, RegiÃo Metropolitana de Fortaleza, estado do CearÃ. Inicialmente foi realizada uma caracterizaÃÃo fÃsico-quÃmica do lixiviado efluente e verificaÃÃo do atendimento aos padrÃes de descarte. O RAS foi operado em cinco fases, sendo divididas entre esgoto sintÃtico e lixiviado, este Ãltimo testado com e sem diluiÃÃo. Avaliou-se o efeito da adiÃÃo de fonte externa de carbono, etanol, para a fase em que o reator era alimentado com lixiviado sem diluiÃÃo. O RBS foi confeccionado em acrÃlico, em formato cilÃndrico, com um volume Ãtil de 5,0L, sendo inicialmente estudado o tempo de operaÃÃo de cada ciclo de 24 horas. Posteriormente, foram avaliados no RBS os tempos totais de ciclo de 12 e 48 horas, alÃm do efeito da adiÃÃo de etanol no desempenho do reator. Os reatores foram instalados no LaboratÃrio de Saneamento (Labosan) do Departamento de Engenharia HidrÃulica e Ambiental (DEHA) da Universidade Federal do Cearà (UFC). Eles foram operados na faixa mesofÃlica, com temperatura ambiente prÃxima de 27ÂC. Em relaÃÃo ao lixiviado tratado, os valores encontrados na caracterizaÃÃo fÃsico-quÃmica confirmam a recalcitrÃncia e complexidade do lixiviado, indicando que apenas as lagoas de estabilizaÃÃo, nÃo atendem plenamente os padrÃes de descarte. A presenÃa de compostos recalcitrantes e tÃxicos no lixiviado afluente ao RAS durante um dos perÃodos de investigaÃÃo causou diminuiÃÃo na remoÃÃo de DQO, mostrando efeito inibitÃrio nos microrganismos presentes no inÃculo. Entretanto, em outra fase de investigaÃÃo, tanto o RAS quanto o RBS se mostraram eficientes e estÃveis na remoÃÃo de DQO e nitrogÃnio amoniacal, mesmo tratando lixiviado sem diluiÃÃo. A adiÃÃo de etanol como fonte externa de carbono foi benÃfica para suprir as necessidades metabÃlicas microbianas, fazendo aumentar tanto a eficiÃncia global do RAS e RBS em termos de remoÃÃo de matÃria orgÃnica (DQO), assim como na estabilidade operacional dos mesmos. O RAS e o RBS foram tambÃm bastante eficientes no processo de nitrificaÃÃo. O estudo no RBS com os tempos de ciclo de 12, 24 e 48 h revelaram que nÃo houve diferenÃa entre os tempos em relaÃÃo à remoÃÃo dos constituintes analisados, fazendo com que se considerasse 12 h como tempo Ãtimo de ciclo, de forma a minimizar os custos com volume do reator e tempo de aeraÃÃo. Como conclusÃo geral do experimento pode-se dizer que o tratamento biolÃgico aerÃbio, tanto utilizando reatores aerados submerso (RAS) quanto reatores em batelada seqÃencial (RBS), pode ser considerado uma boa alternativa para o pÃs-tratamento de lixiviado antigos provenientes de sistemas de lagoas de estabilizaÃÃo, mas ainda requer adequaÃÃes operacionais ou associaÃÃes com processos fÃsico-quÃmicos ou de oxidaÃÃo avanÃados para o enquadramento de todos os constituintes. / The system of stabilization ponds, which is often present in landfills, is usually not efficient to meet environmental standards for disposal of treated leachate on surface waters. This study evaluated the use of submerged aerated reactor (SAR) and sequencing batch reactor (SBR) as post-treatment options for old leachate pre-treated in waste stabilization ponds. The leachate collection took place at the outflow of the last stabilization pond of the treatment system (two anaerobic em series, followed by a facultative pond) located in West Metropolitan Landfill (ASMOC), Caucaia municipality, metropolitan region of Fortaleza, Cearà state. A physical-chemical characterization of the leachate effluent was performed to verify the compliance to reach disposal standards. The SAR was operated in five phases, being divided between synthetic wastewater and leachate, the latter tested with and without dilution. We evaluated the effect of adding an external carbon source, ethanol, for the phase in which the reactor was fed with leachate without dilution. SBR was made of acrylic, in a cylindrical shape with a working volume of 5.0 L and the total time cycle of 24 hours was initially studied. The total time cycles of 12 and 48 hours were also evaluated in the SBR performance, as well as the effect of adding ethanol as carbon source. The reactors were installed at the Laboratory of Sanitation (Labosan) of the Department of Hydraulic and Environmental Engineering (DEHA), Federal University of Cearà (UFC). They were operated in the mesophilic range, with temperature near 27  C. Regarding the treated leachate, the physical-chemical characterization confirmed its recalcitrance and complexity, indicating that only the stabilization ponds did not fully meet the standards of disposal. The presence of recalcitrant and toxic compounds in the leachate influent to the SAR during the investigation period decreased COD removal, showing an inhibitory effect on the microorganisms present in the inoculum. However, in another research phase, both the SAR and SBR were stable and efficient on COD and ammonia removals, even when undiluted leachate was used. The addition of ethanol as external carbon source was beneficial to meet the microbial metabolic needs, increasing both the overall efficiency of SAR and SBR in terms of organic matter removal (COD) and operational stability. The SAR and SBR were also quite efficient in the nitrification process. The study with SBR with cycle times of 12, 24 and 48 h showed no considerable difference amongst the constituent removals, so that 12 h was considered as optimal time cycle in order to minimize the costs with reactor volume and aeration time. As a general conclusion of the experiment we can say that the aerobic biological treatment, using either submerged aerated reactor (SAR) or sequencing batch reactors (SBR), can be considered a good alternative for post-treatment of old leachate pre-treated in stabilization ponds, but still requires operational adjustments and associations with physical-chemical or advanced oxidation processes for accomplish all discharge standards.

O reator anaeróbio em batelada seqüencial é constituído por um frasco de vidro cilíndrico de volume total de cinco litros, envolvido por uma camisa de vidro, por onde escoa a água aquecida, permitindo a operação em temperatura controlada. A biomassa encontra-se imobilizada em partículas cúbicas de espuma de poliuretano (densidade aparente de 23 kg/\'M POT.3\', as quais estão colocadas em um cesto adaptado dentro do frasco cilíndrico. A mistura é promovida por três impelidores de 3,0 cm de diâmetro, distanciados 4,0 cm um do outro, situados ao longo do eixo vertical no centro do reator. O desempenho dessa nova configuração de reator anaeróbio foi avaliado sob diferentes condições os efeitos de transferência de massa nas fases sólida e líquida. Todos os ensaios foram efetuados à temperatura de 30 ± 1 grau Celsius. Cada batelada compreende três etapas: alimentação, reação e descarga. Para avaliar os efeitos da transferência de massa na fase sólida foram feitos quatro ensaios utilizando-se partículas cúbicas de espumas de poliuretano com tamanhos de 0,5 cm; 1,0 cm; 2,0 cm e 3,0 cm de lado, com impelidor tipo hélice e intensidade de agitação de 500 rpm, determinada através de um ensaio preliminar. Para avaliar os efeitos da transferência de massa nas fases sólida e líquida foram feitos experimentos com quatro tipos de impelidores: hélice, turbina plana, turbina inclinada e turbina curva, com intensidades de agitação na faixa de 100 rpm a 1100 rpm. Também foram realizados ensaios hidrodinâmicos para verificar o tempo de mistura e ensaio para verificar a condição de anaerobiose no sistema. A água residuária utilizada em todos os ensaios foi sintética com concentração de 530 ± 37 mg DQO/L. Em todas as condições estudadas o reator apresentou boa eficiência de remoção da matéria orgânica, em torno de 87%. A concentração efluente de ácidos voláteis totais manteve-se em 13 ± 9 mg HAc/L, alcalinidade a bicarbonato de 223 ± 14 mg Ca\'CO IND.3\'/L e pH entre 6,7 e 7,2. A transferência de massa na fase sólida não foi a etapa limitante na conversão da matéria orgânica, quando partículas de 0,5 cm a 2,0 cm de aresta foram usadas no reator anaeróbio em batelada seqüencial. A resistência à transferência de massa na fase sólida somente influenciou a taxa global de reação, quando foram usados tamanhos de partículas cúbicas de 3,0 cm de aresta. A resistência à transferência de massa na fase líquida não foi somente afetada pela intensidade de agitação, mas também pela eficiência da mistura obtida por cada tipo de impelidor. A mistura do líquido dentro do reator obtida pelo impelidor turbina plana foi a mais eficiente. O uso deste tipo de impelidor resultou em menores consumos de energia e ótimo desempenho do reator com baixas taxas de agitação. Os resultados deste estudo permitiram concluir que esta nova configuração não permite a manutenção de condição de anaerobiose estrita no meio, principalmente quando altas intensidades de agitação foram aplicadas e as limitações da eficiência do processo, neste sistema, estão relacionadas principalmente as resistências à transferência de massa do que restrições cinéticas bioquímicas. / The bench-scale anaerobic sequencing batch reactor consisted of a cylindrical glass flask with a total capacity of 5 liters. The reactor was surrounded by a water jacket that allowed the operation to proceed at a constant temperature throughout the experiment. The biomass was immobilized in 5-mm cubic particles of polyurethane foam (apparent density of 23 kg/\'M POT.3\') placed in a basket inside the cylindrical flask. The mixing was provided by three mechanical impellers with diameters of 3 cm, placed 4 cm apart along a vertical axis, at the center of the reactor. All experiments were conducted at the temperature of 30 Celsius degrees. Each batch consisted of three steps: feed, react and liquid withdrawal. The performance of this new reactor configuration was evaluated under different conditions of solid and liquid-phase mass transfer. In order to evaluate the effects of the solid-phase mass transfer, four experiments were carried out with cubical polyurethane foam particles of 0.5 cm, 1.0 cm, 2.0, cm and 3.0 cm side, and with propeller impellers rotating at 500 rpm, achieved by preliminary experiment. The effects of the liquid-phase mass transfer were evaluated through four experiments with four types of impellers: propeller, flat-blade, pitched-blade and curved-blade turbines, at agitation rates from 100 rpm and 1100 rpm. A hydrodynamic test was also carried out in order to verify the mixing time, energy consumption and occurrence of strict anaerobic activity in system. A low-strength synthetic substrate was used in all the experiments with a mean chemical oxygen demand (COD) of 530 ± 37 mg DQO/L. The influence of the solid and liquid-phase mass transfer on the reactor\'s performance was assessed by measuring COD temporal profiles along batch cycles. In all conditions studied the reactor achieved good efficiency, with mean removal of organic matter (COD) of 87%. The effluent mean TVA concentration was 13 ± 9 mg HAc/L, bicarbonate alkalinity was 223 ± 14 mg Ca\'CO IND.3\'/L and the pH values ranged from 6,7 e 7,2. The solid-phase mass transfer was not the limiting step in the organic matter conversion when 0.5 to 2.0-cm side bioparticles were used in the anaerobic sequencing batch reactor. Solid-phase mass transfer resistance only influenced the overall reaction rate when 3.0-cm cubic bioparticles were used. The liquid-phase mass transfer resistance was affected both by agitation and by efficiency of mixture provided by each type of impeller. Among the impellers assayed, the flat-blade one was the most efficient in providing the required mixing conditions. The use of this type impeller resulted in small energy consumption and excellent performance of the reactor with low agitation rate (N = 300 rpm). The results of this study also indicated that this new configuration did not provide conditions for the establishment of strict anaerobic conditions, mainly when high agitation rates were used. Anaerobic process efficiency limitations in this system were mainly related to mass transfer resistances rather than biochemical kinetic restrictions.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-15T11:55:55Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO LAÍSE ALVES CANDIDO.pdf: 1717138 bytes, checksum: 7884517a24d4674909faeecc260c672f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-15T11:55:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO LAÍSE ALVES CANDIDO.pdf: 1717138 bytes, checksum: 7884517a24d4674909faeecc260c672f (MD5) Previous issue date: 2015-12-21 / O objetivo deste estudo foi avaliar a capacidade de previsão do algoritmo ASM2d modificado, utilizando o programa AQUASIM 2.0® após sua calibração para um reator de bateladas sequenciais com adição de fonte externa de carbono para tratamento de esgoto doméstico objetivando a remoção de matéria orgânica, fósforo e nitrogênio. O sistema piloto está instalado na área experimental da UFPE localizada na Estação de Tratamento de Esgotos da Mangueira que recebe os esgotos de uma comunidade de baixa renda da cidade de Recife-PE. O reator tem volume útil de 160 L (cento e sessenta litros) e opera em batelada com ciclos de 08h (oito horas) dividas em: enchimento e fase anaeróbia (120 min), fase aeróbia (260 min), fase anóxica (50 min), sedimentação (45 min) e esvaziamento (5 min). Os comportamentos previstos pelo modelo para as frações de matéria orgânica, de nitrogênio e de fósforo e do oxigênio dissolvido (OD) e taxa de consumo de oxigênio são coerentes com o descrito pela literatura e concordam com os dados medidos durante a fase de operação do reator. No entanto, faz-se necessária sua validação com maiores séries temporais de dados para maximizar sua confiabilidade, assim como é imprescindível que sejam instalados equipamentos para medição do volume de oxigênio adicionado, monitoramento online do OD e da alcalinidade e controle rigoroso do volume e características do lodo descartado e das frações de sólidos em todas as fases da operação do reator. Embora o modelo não tenha tido sua capacidade de previsão dos parâmetros validada, foi possível verificar a aplicabilidade do ASM2d para a configuração de fases escolhida e com temperatura próxima à real. / The objective of this study was to evaluate the modified ASM2d algorithm foresight capacity using the AQUASIM 2.0® program after its calibration for sequencing batch reactor with the addition of external carbon source for domestic sewage treatment aiming at removal of organic matter, phosphorus and nitrogen. The pilot plant is installed at UFPE’s experimental area at the Wastewater Treatment Plant of Mangueira which receives influent from a low-income community in the city of Recife-PE. The reactor has an effective volume of 160 L (one hundred sixty liters) and operates in batch with cycles of 08h (eight hours) divided into: filling and anaerobic stage (120 min), aerobic phase (260 min), anoxic phase (50 min), sedimentation (45 minutes) and emptying (5 min). The behavior predicted by the model for fractions of organic matter, nitrogen and phosphorus, dissolved oxygen (DO) and oxygen uptake rate are consistent with that described in the literature and agree with the measured data during reactor operation phase. However, a validation with larger data time series is necessary to maximize its reliability, as it is indispensable to have installed equipment for measuring oxygen input, online monitoring of DO and alkalinity and strict control of the volume and characteristics of the excess sludge and solid fractions for all phases of reactor operation. Although the model has not had its predictive power validated, it was possible to verify the applicability of ASM2d for the chosen stage setting and at a temperature close to the operational.

The oil production process is an activity that generates significant negative environmental impacts. The production water or produced water (PW) is the wastewater generated during the extraction of oil and stands out due to its high level of salinity and toxicity. Due to the large volume produced and their complex composition, the treatment of this waste presents a major challenge that requires the urgent need for accessible and efficient treatment techniques development and studies according to the economic reality of each region. In order to facilitate a biological treatment of the residue, it was diluted with Synthetic wastewater with a high sulfate concentration to stimulate anaerobic digestion via sulfidogenesis, since Sulphate Reducing Bacteria (SRB) have the characteristic of being resistant to saline environments. Therefore, an anaerobic reactor was used with suspended biomass, operated in sequential batch with cycles of 24 hours in laboratory scale. The reactor was operated with increasing proportions of PW (0%, 2% and 5%), with average chloride concentrations, respectively, 150 mg.L-1, 2.000 mg.L-1 and 4.800 mg.L-1 and COD/SO42- ratios ranging from 0.7 to 2.4. In the stimulation of sulfidogenesis phase the average COD removal efficiency was reduced by 72% (step without sulfate) to 51%, even without adding PW (COD/SO42- = 2.4 and chloride concentration of 150 mg.L- 1). When the system was fed with 2% of PW (COD / SO42- = 0.7 and chloride concentration 2,000 mg.L-1), the COD efficiency remained at 50% and only 15% of this was removed via sulfidogenesis. The proportion of 2% PW was maintained and the ratio COD/SO42- was raised to 1.5 and the average COD removal increased to 55%. By increasing the ratio of Apr to 5% (COD / SO42- = 1.8 and chloride concentration 4.800 mg.L-1) COD removal efficiency was 47%, and 68% of this was removed via sulfidogenesis. These results indicate the viability of using sulfate as an electron acceptor in the treatment of PW, given the occurrence of increase in the reduction of sulphate when the salinity was high, indicating that the effect of salinity stimulated the removal of COD via sulfidogenesis and inhibited via methanogenic. / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O processo de produção de petróleo é uma atividade geradora de significativos impactos ambientais negativos. A água de produção ou água produzida (APr) é o efluente gerado durante a extração do petróleo e destaca-se por apresentar alto teor de salinidade e toxicidade. Devido ao elevado volume produzido e à sua complexa composição, o tratamento desse resíduo apresenta-se como um grande desafio que requer a urgente necessidade do estudo e do desenvolvimento de técnicas de tratamento eficientes e acessíveis à realidade econômica de cada região. No intuito de viabilizar o tratamento biológico da APr, ela foi diluída em água residuária sintética com elevada concentração de sulfato, visando estimular a digestão anaeróbia via sulfetogênese, visto que as Bactérias Redutoras de Sulfato (BRS) possuem a característica de serem resistentes a ambientes salinos. Para tanto, foi utilizado um reator anaeróbio com biomassa suspensa, operado em bateladas sequenciais com ciclos de 24 horas, em escala laboratorial. O reator foi operado com proporções crescentes de APr (0%, 2% e 5%), apresentando concentrações médias de cloretos de, respectivamente, 150 mg.L-1, 2.000 mg.L-1 e 4.800 mg.L-1 e razões DQO/SO42- variando de 0,7 a 2,4. Na fase de estímulo à sulfetogênese, a eficiência de remoção média de DQO foi reduzida de 72% (fase sem sulfato) para 51%, mesmo sem adição de APr (DQO/SO42- = 2,4 e concentração de cloretos de 150 mg.L-1). Quando o sistema foi alimentado com 2% de APr (DQO/SO42- = 0,7 e concentração de cloretos de 2.000 mg.L-1), a eficiência de DQO manteve-se em 50%, sendo que apenas 15% dessa era removida via sulfetogênese. Foi mantida a proporção de 2% de APr e a razão DQO/SO42- foi elevada para 1,5 e a remoção média de DQO aumentou para 55%. Ao elevar a proporção de APr para 5% (DQO/SO42- = 1,8 e concentração de cloretos de 4.800 mg.L-1), a eficiência média de remoção de DQO foi de 47%, sendo que 68% dessa foi removida via sulfetogênese. Esses resultados indicam a viabilidade do uso do sulfato como aceptor de elétrons no tratamento da APr, tendo em vista a ocorrência do aumento da redução de sulfato quando a salinidade foi elevada, demonstrando que o efeito da salinidade estimulou a remoção de DQO via sulfetogênese e inibiu a via metanogênica.