O presente trabalho apresenta o biorreator anaeróbio contínuo de leito fixo ordenado como alternativa ao tratamento de efluentes contendo os íons \'CU POT.2+\' e \'CD POT.2+\', sendo que cada metal foi estudado isoladamente. O biorreator operou sempre com um tempo de detenção hidráulica de 12 à 15 horas, com uma água residuária sintética simulando o esgoto sanitário, na concentração de 500 mg \'0 IND.2\'/L (em termos de DQO), a uma temperatura de 30°C. Durante a fase na qual o biorreator operou com água residuária em condições metanogênicas o biorreator foi alimentado, em condições distintas, com concentrações crescentes de \'CU POT.2+\' e \'CD POT.2+\'. O acúmulo dos metais na matriz de imobilização levou ao bioreator apresentar instabilidade na operação, sendo determinadas as concentrações críticas para o \'CU POT.2+\' (50,8 mg \'CU POT.2+\'/L) e para o \'CD POT.2+\' (29,8 mg \'CD POT.2+\'/L). Durante a operação nas condições metanogênicas foi observado o efeito tóxico pela diminuição na eficiência de remoção de matéria orgânica, mas sem perder a estabilidade operacional até que as concentrações críticas foram atingidas. A partir dos valores das concentrações críticas, o biorreator foi operado em condições sulfetogênicas em duas relações DQO/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] distintas (0,68 e 1,99 para o uma concentração média de 36 mg \'CU POT.2+\'/L; e 0,69 e 8,02 para uma concentração média de 27 mg \'CD POT.2+\'/L). Nas operações em condições sulfetogênicas, o biorreator operou de maneira estável, no entanto, não foi capaz de remover todo o metal alimentado. / This work presents the anaerobic continuous bioreactor with fixed-structured bed as a viable configuration of treatment of wastewater containing \'CU POT.2+\' and \'CD POT.2+\' ions. Each metallic ion were studied separately. The bioreactor was operated with 12 to 15 hours of hydraulic retention time, with a synthetic wastewater simulating domestic sewage (500 mg \'0 IND.2\'/L, in COD terms), at 30°C. In methanogenic conditions, the bioreactor was fed with crescent amount of \'CU POT.2+\' and \'CD POT.2+\'. The metal accumulation in the irnrnobilization matrix caused instability on bioreactor when achieving the critical concentrations for \'CU POT.2+\' (50,8 mg \'CU POT.2+\'/L) and for \'CD POT.2+\' (29,8 mg \'CD POT.2+\'/L). Also it was observed that this crescent metal concentration affected the efficiency of bioreactor in removing organic matter, although without operational instability until the system reach these critical metal concentrations. The bioreactor was operated in sulfidogenic conditions fed with a wastewater containing \'CU POT.2+\' and \'CD POT.2+\' at critical concentrations considering two different COD/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] (0,68 and 1,99 for a mean influent \'CU POT.2+\' concentration of 36 mg \'CU POT.2+\'/L; and 0,69 and 8,02 para for a mean influent \'CD POT.2+\' concentration of 27 mg \'CD POT.2+\'/L). During the sulfidogenic conditions operations the bioreactor operated showing stability, however the system was not able to achieve the maximum efficiency in metal removal.

O presente trabalho apresenta o biorreator anaeróbio contínuo de leito fixo ordenado como alternativa ao tratamento de efluentes contendo os íons \'CU POT.2+\' e \'CD POT.2+\', sendo que cada metal foi estudado isoladamente. O biorreator operou sempre com um tempo de detenção hidráulica de 12 à 15 horas, com uma água residuária sintética simulando o esgoto sanitário, na concentração de 500 mg \'0 IND.2\'/L (em termos de DQO), a uma temperatura de 30°C. Durante a fase na qual o biorreator operou com água residuária em condições metanogênicas o biorreator foi alimentado, em condições distintas, com concentrações crescentes de \'CU POT.2+\' e \'CD POT.2+\'. O acúmulo dos metais na matriz de imobilização levou ao bioreator apresentar instabilidade na operação, sendo determinadas as concentrações críticas para o \'CU POT.2+\' (50,8 mg \'CU POT.2+\'/L) e para o \'CD POT.2+\' (29,8 mg \'CD POT.2+\'/L). Durante a operação nas condições metanogênicas foi observado o efeito tóxico pela diminuição na eficiência de remoção de matéria orgânica, mas sem perder a estabilidade operacional até que as concentrações críticas foram atingidas. A partir dos valores das concentrações críticas, o biorreator foi operado em condições sulfetogênicas em duas relações DQO/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] distintas (0,68 e 1,99 para o uma concentração média de 36 mg \'CU POT.2+\'/L; e 0,69 e 8,02 para uma concentração média de 27 mg \'CD POT.2+\'/L). Nas operações em condições sulfetogênicas, o biorreator operou de maneira estável, no entanto, não foi capaz de remover todo o metal alimentado. / This work presents the anaerobic continuous bioreactor with fixed-structured bed as a viable configuration of treatment of wastewater containing \'CU POT.2+\' and \'CD POT.2+\' ions. Each metallic ion were studied separately. The bioreactor was operated with 12 to 15 hours of hydraulic retention time, with a synthetic wastewater simulating domestic sewage (500 mg \'0 IND.2\'/L, in COD terms), at 30°C. In methanogenic conditions, the bioreactor was fed with crescent amount of \'CU POT.2+\' and \'CD POT.2+\'. The metal accumulation in the irnrnobilization matrix caused instability on bioreactor when achieving the critical concentrations for \'CU POT.2+\' (50,8 mg \'CU POT.2+\'/L) and for \'CD POT.2+\' (29,8 mg \'CD POT.2+\'/L). Also it was observed that this crescent metal concentration affected the efficiency of bioreactor in removing organic matter, although without operational instability until the system reach these critical metal concentrations. The bioreactor was operated in sulfidogenic conditions fed with a wastewater containing \'CU POT.2+\' and \'CD POT.2+\' at critical concentrations considering two different COD/[\'SO IND.4\'POT.2-\'] (0,68 and 1,99 for a mean influent \'CU POT.2+\' concentration of 36 mg \'CU POT.2+\'/L; and 0,69 and 8,02 para for a mean influent \'CD POT.2+\' concentration of 27 mg \'CD POT.2+\'/L). During the sulfidogenic conditions operations the bioreactor operated showing stability, however the system was not able to achieve the maximum efficiency in metal removal.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-08-01T21:52:45Z No. of bitstreams: 1 CarolinaTavaresPaula_DISSERT.pdf: 1433936 bytes, checksum: 2eb850c10be4db03ce7ddc164159ecf1 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-08-03T20:45:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CarolinaTavaresPaula_DISSERT.pdf: 1433936 bytes, checksum: 2eb850c10be4db03ce7ddc164159ecf1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-03T20:45:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarolinaTavaresPaula_DISSERT.pdf: 1433936 bytes, checksum: 2eb850c10be4db03ce7ddc164159ecf1 (MD5) Previous issue date: 2018-06-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A associação de reatores anaeróbios de alta taxa (UASB) a sistemas de lodo ativado tem sido muito empregada atualmente, especialmente em regiões de clima quente, por proporcionar a redução da carga orgânica afluente ao sistema de lodo ativado. Isso implica na diminuição da demanda de oxigênio e da massa de lodo produzida no sistema aeróbio. Nessas regiões tornase imprescindível a consideração, no projeto do reator aeróbio do sistema, do processo de nitrificação, para evitar a competição pelo oxigênio dissolvido (OD) entre microrganismos autotróficos e heterotróficos. Ademais, também surge a necessidade da inclusão de etapa anóxica para a remoção de nitrato, de modo a reduzir a concentração deste no decantador secundário. Isso porque a ocorrência de desnitrificação no decantador provoca problemas operacionais no sistema, como a perda de sólidos com o efluente final. Alguns estudos indicam que a contribuição do reator UASB na remoção de matéria orgânica do esgoto bruto interfere tanto no processos de nitrificação quanto no de desnitrificação. A menor carga orgânica afluente ao lodo ativado pode reduzir o desenvolvimento dos microrganismos heterotróficos, de modo a possibilitar a redução da concentração mínima de OD necessária no reator aeróbio. Ademais, o UASB reduz a disponibilidade de DQO para a desnitrificação, podendo inviabilizar o processo e trazer instabilidade ao sistema. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho de sistema de lodo ativado com pré-desnitrificação empregado como pós-tratamento de reator UASB em região de clima quente. Para isso, foi realizado um experimento em uma ETE em escala piloto, constituída por reator UASB seguido de sistema de lodo ativado com reatores anóxico e aeróbio e decantador secundário. Recirculações de lodo do decantador e do tanque de aeração (para disponibilizar nitrato para desnitrificação) para o reator anóxico foram promovidas, bem como o desvio de uma parcela de esgoto bruto diretamente para esse reator (para disponibilizar carbono para a desnitrificação). O estudo foi dividido em quatro etapas, nas quais foram variados os parâmetros: tempo de detenção hidráulica dos reatores, concentração de OD no tanque de aeração e vazão de by-pass de esgoto bruto. Análises físico-químicas semanais (DQO, P, NH4 + , NO3ˉ, NO2ˉ, SST) foram realizadas para monitoramento e avaliação do desempenho da ETE piloto. Foi observada, durante todo o experimento, a flotação de lodo no decantador em consequência da desnitrificação ineficiente no reator anóxico, a qual ocorria de forma descontrolada no decantador secundário. Ademais, a baixa carga orgânica afluente ao sistema de lodo ativado limitou o crescimento da biomassa heterotrófica, favorecendo as bactérias nitrificantes no tanque de aeração. Os resultados mostram que ainda existem limitações para a aplicação de lodo ativado como pós-tratamento de reator UASB com relação à remoção de nitrogênio, em regiões de clima quente. / The association of high rate anaerobic reactors (UASB) to activated sludge systems has been widely employed nowadays, especially in hot climate regions, as it provides the reduction of the organic load affluent to the activated sludge system. This results in a decrease of the oxygen demand and the sludge mass produced in the aerobic system. In these regions it becomes essential to consider the nitrification process in the aerobic reactor design to avoid competition for dissolved oxygen (DO) between autotrophic and heterotrophic microorganisms. Moreover, the need to include an anoxic stage for nitrate removal arises, in order to reduce its concentration in the secondary settler. It must be considered because the occurrence of denitrification in the sedimentation tank causes operational problems in the system, such as solids loss with the final effluent. Some studies indicate that the contribution of the UASB reactor in organic matter removal from the raw sewage interferes in both nitrification and denitrification processes. The lower organic load affluent to the activated sludge can reduce the development of heterotrophic microorganisms, which can decrease the minimum required DO concentration in the aerobic reactor. In addition, the UASB reduces the COD availability for denitrification, which can make the process unfeasible and bring instability to the system. Thus, the objective of this work is to evaluate the performance of activated sludge system with pre-denitrification used as post-treatment of UASB reactor in hot climate region. Thereunto, an experiment was carried out in a pilot scale WWTP, composed by UASB reactor followed by activated sludge system with anoxic and aerobic reactors and secondary settler. Sludge recycle from the settler and the aeration tank (to provide nitrate for denitrification) to the anoxic reactor were promoted, as well as the deviation of a portion of raw sewage directly to the anoxic reactor (to provide carbon for denitrification). The study was conducted in four stages, in which the following parameters were varied: reactors hydraulic retention time, DO concentration in the aeration tank and bypass flow of raw sewage. Physical-chemical analyzes (COD, P, NH4 + , NO3ˉ, NO2ˉ, TSS) were weekly performed to monitor and evaluate the pilot WWTP performance. During the whole experiment, sludge flotation in the secondary settler was observed as a consequence of inefficient denitrification in the anoxic reactor, which occurred uncontrollably in the sedimentation tank. Furthermore, the low organic load affluent to the activated sludge system limited the heterotrophic biomass growth, favoring nitrifying bacteria in the aeration tank. The results show that there are still limitations to the application of activated sludge system as post-treatment of UASB reactor in relation to the removal of nitrogen, in hot climate regions

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-04-17T12:51:52Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1575552 bytes, checksum: e757d5b192800fddc4a2a4306d5548a8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-17T12:51:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1575552 bytes, checksum: e757d5b192800fddc4a2a4306d5548a8 (MD5) Previous issue date: 2015-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Durante o processo de extração do petróleo, um elevado volume de água é consumido gerando grandes volumes de efluentes salinos contaminados com compostos tóxicos de difícil degradação. A amônia é um desses compostos, que em concentrações elevadas, pode ser prejudicial para o ambiente. Por isso, antes de ser descartado ou reutilizado, o efluente deve ser tratado. O tratamento biológico por lodos ativados tem sido o mais utilizado devido ao baixo custo e boa qualidade do efluente tratado. O processo biológico de remoção de amônia é denominado nitrificação, onde a amônia é oxidada a nitrito que é oxidado a nitrato. A primeira oxidação pode ser realizada tanto por bactérias quanto por archaeas. O sal é um fator de instabilidade nas estações de tratamento biológico, porque interfere diretamente nos processos de degradação de poluentes como a nitrificação. Então, o uso de microrganismos adaptados ao sal nas estações de tratamento otimizaria o processo. Dessa forma, o objetivo do estudo foi avaliar a diversidade microbiana total e nitrificante no lodo nitrificante ao longo do processo de aclimatação dos microrganismos à altas concentrações salinas, visando um melhor entendimento sobre a ecologia destes microrganismos. Para tal, o lodo foi aclimatado em batelada, com adição semanal de 5 g/l de NaCl ao efluente de alimentação e a taxa de remoção de amônia foi monitorada. O sal foi adicionado até a completa inibição da nitrificação, que ocorreu na concentração de 125 g/l de NaCl. Em cada concentração salina, uma alíquota do lodo foi coletada e fixada. Os pontos com 25, 50, 75, 100, 105, 115 e 125 g/L foram selecionados, e o DNA total foi extraído das amostras. O DNA foi amplificado com primers específicos para a região RNAr 16S de bacteria e Archaea, e a separação dos amplicons foi feita por eletroforese em gel de gradiente desnaturante (DGGE). Após o DGGE, três pontos foram selecionados para o estudo da diversidade através de sequenciamento massivo da região RNAr 16S de bacteria e archaea e quantificação das populações metabolicamente ativas por Flow-FISH. Foram selecionados os pontos com 25 g/l de NaCl, concentração salina normal do efluente, 100 g/l de NaCl, que foi a ultima concentração salina onde a taxa de nitrificação foi de 100 %, e 125 g/l de NaCl, onde a nitrificação chegou a zero. Os resultados mostraram que com o aumento da salinidade a abundancia de bactérias diminuiu e a de Archaea aumentou, e na concentração de 125 g/L de sal, 80 % da população metabolicamente ativa é composta por archaea. Este resultado era esperado, uma vez que muitos microrganismos pertencentes ao domínio Archaea são resistentes à condições extremas como altas salinidades. Os resultados também mostraram que a remoção de amônia nas três concentrações salinas analisadas é feita por um grupo distinto de microrganismos, envolvendo bactérias autotróficas, bactérias heterotróficas e archaeas, evidenciando a ocorrência da nitrificação autotrófica, heterotrófica e processo ANAMMOX. / During the process of petroleum extraction, a high volume of water is consumed generating large volumes of saline effluent contaminated with toxic compounds that are difficult to degrade. Ammonia is one of these compounds, which at high concentrations can be harmful to the environment. Therefore, before being discarded or reused, the wastewater must be treated. Biological treatment has been the most widely used due to low cost and good quality of the final effluent. The biological process of removing ammonia is nitrification, where ammonia is oxidized to nitrite which is oxidized to nitrate. The first step may be performed both by bacteria and by archaea. The salt is a factor of instability in biological treatment plants, because it interferes directly on pollutant degradation processes such as nitrification. Then, the use of microorganisms adapted to salt in wastewater treatment station would optimize the process. Thus, the aim of the study was to evaluate the total and nitrifying microbial diversity in nitrifying sludge during the acclimation process of microorganisms to high salt concentrations, seeking a better understanding of the ecology of these microorganisms. For this, the sludge acclimatization was carried out in batch with weekly addition of NaCl to the effluent and the removal rate of ammonia was monitored. The salt was added until complete nitrification inhibition, which occurred in the concentration of 125 g/l NaCl. At each salt concentration, a sludge aliquot was collected and fixed for analysis. The points 25, 50, 75, 100, 105, 115 and 125 g/L were selected, and total DNA was extracted from the samples. The DNA was amplified with specific primers for the 16S rRNA region of bacteria and archaea and the separation of amplicons was performed in denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE). After DGGE, three points were selected for the study of diversity by massive sequencing of 16S rRNA region of bacteria and Archaea and quantification of metabolically active population by Flow-FISH. Points were selected with 25 g/l of NaCl, initial salt concentration of the effluent, 100 g/l of NaCl, which was the last salt concentration where nitrification rate was 100 %, and 125 g/l of NaCl, where nitrification reached zero. The results showed an increase in the abundance of archaea and a decrease in the abundance of bacteria over increasing the salt concentration, and in the concentration of 125 g/l of salt, 80 % of metabolically active population is Archaea. This result was expected, since many microorganisms belonging to domain Archaea are resistant to extreme conditions such as high salinity. The results also showed that removal of ammonia in the three salt concentrations analyzed is made by a distinct group of microorganisms, involving autotrophic bacteria, heterotrophic bacteria and archaea, indicating the occurrence of nitrification autotrophic, nitrification heterotrophic and ANAMMOX processes.

Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-07-23T21:20:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Valéria Vanda Trajano de Souza.pdf: 1564653 bytes, checksum: 092f4f7922f14aa081313e99cd95bcdb (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-24T18:26:22Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Valéria Vanda Trajano de Souza.pdf: 1564653 bytes, checksum: 092f4f7922f14aa081313e99cd95bcdb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-24T18:26:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Valéria Vanda Trajano de Souza.pdf: 1564653 bytes, checksum: 092f4f7922f14aa081313e99cd95bcdb (MD5) Previous issue date: 2017-02-20 / FACEPE / Para controlar as descargas de nutrientes no meio ambiente, incluindo o uso de sistemas químicos, físicos e biológicos, diversos métodos de tratamento de efluentes têm sido utilizados. Dos métodos propostos, inúmeros processos têm sido desenvolvidos para remover fósforo e nitrogênio biologicamente. Os Reatores em Bateladas Sequenciais, são sistemas onde, em uma única unidade se faz possível a remoção de matéria orgânica e nutrientes. No presente trabalho foi operado um RBS em escala piloto. Na fase de reação, o reator foi submetido a condições anaeróbias, aeróbias e anóxicas. 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 estudo avaliou a remoção biológica de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo, assim como a identificação da biomassa, ao longo do período de operação. A carga orgânica média aplicada ao sistema foi de 63,8 g.DQO⁻¹d⁻¹ e relação DQO/P de 108,5. Foram coletadas amostras da biomassa desenvolvida no reator para aplicar a técnica de biologia molecular de reação em cadeia polimérica (PCR) e identificar quais organismos estavam presentes no sistema. As remoções de matéria orgânica e de fósforo foram satisfatórias para o sistema com valores de remoções acima de 80%, já a remoção de nitrogênio só se manteve estável no final do período estudado, onde foi alcançado 86% para nitrogênio amoniacal e 79% para nitrogênio total. As análises de PCR confirmaram a presença dos grupos de interesse: bactérias oxidantes de amônia (BOA), bactérias desnitrificantes, anammox, o gênero de bactérias oxidantes de nitrito – Nitrospira- e organismos acumuladores de fósforo (PAO) no reator. / To control discharges of nutrients in the environment, including the use of chemical, physical and biological systems, various methods of treatment of effluents have been used. Of the proposed methods, numerous processes have been developed to remove phosphorus and nitrogen biologically. In Sequential Batch reactors, are systems where, in a single unit makes possible the removal of organic matter and nutrients. In the present work was operated a RBS on a pilot scale. In reaction, the reactor was subjected to anaerobic conditions, aerobic and anoxic conditions. The pilot system is installed in the experimental area of UFPE in sewage treatment station that receives the sewer hose to a low-income community of Recife-PE. The study evaluated the biological removal of organic matter, nitrogen and phosphorus, as well as the identification of biomass, over the period of operation. The organic load was applied to the system average of 63.8 g. COD⁻¹d⁻¹ and COD/P to 108.5. We collected samples of biomass reactor developed to apply the technique of molecular biology of polymer chain reaction (PCR) and identify which organisms were present in the system. The removal of organic matter and phosphorus were satisfactory to the system with values of removals over 80%, nitrogen removal only remained stable at the end of the period studied, where 86% was reached to ammoniacal nitrogen and 79% for total nitrogen. PCR analysis confirmed the presence of interest groups: ammonia-oxidizing bacteria (BOA), desnitrificantes bacteria, organelle, the genus of nitrite-oxidizing bacteria and organisms Nitrospira accumulators (PAO) in the reactor.

Tendo em vista a crescente problemática quanto à eutrofização de corpos dágua em países em desenvolvimento, devido ao lançamento de esgoto mesmo que tratado em nível secundário, o processo de lodo ativado vem sendo estudo e aprimorado para efetuar a remoção conjunta de matéria orgânica, nitrogênio e o fósforo, nutrientes limitantes para ocorrência da eutrofização. Neste contexto, o presente trabalho pretende contribuir com informações quanto à remoção biológica de nutrientes de esgoto sanitário através de estudo em escala piloto em um sistema cíclico de lodo ativado. Este sistema, operado em regime de bateladas sequenciais, difere da configuração habitual, pois possui três compartimentos internos, zonas 1, 2 e 3 que apresentam condições anaeróbias/anóxicas, anóxicas e aeróbias respectivamente, além do retorno de lodo da zona 3 para zona 1 durante o período de reação, sob vazão de 20% da vazão afluente a unidade. Cada batelada possui duração de 4 horas, distribuídas em 4 etapas de 1h cada, sendo elas o enchimento com aeração, reação, sedimentação e descarga. Com essas características o sistema cíclico de lodo ativado do presente estudo, demonstrou no tratamento de esgoto sanitário, elevada eficiência na remoção de matéria orgânica, sempre acima de 90%, além da boa eficiência de remoção nitrogênio através do processo de nitrificação e desnitrificação, cuja concentração média de amônia e nitrato no efluente final foram respectivamente de 2,8 e 11,4 mgN.L-1 para idade de lodo de 25 dias e quando operado com 12 dias de idade, o efluente apresentou concentração de 6,6 e 12,4 mgN.L-1. Também foram determinadas via respirometria as taxas máximas de crescimento (n,max) para bactérias nitrificantes e nitratantes, os valores obtidos foram respectivos, de 0,45 d-1 e 0,37 d-1 para idade de lodo de 12 dias, resultados próximos a literatura. A remoção biológica de fósforo foi obtida com melhor resultado na segunda etapa, superando 95% de eficiência, produzindo efluente final com teor de fósforo total inferior a 0,5 mgP.L-1. / Given the growing problem regarding the eutrophication of water bodies in developing countries, due to discharge of sewage treated even at the secondary level, the activated sludge process has been enhanced to study and perform the joint removal of organic matter, nitrogen and phosphorus, the limiting nutrient for the occurrence of eutrophication. In this context, this work aims to contribute information for biological nutrient removal from wastewater by pilot scale study in a cyclic activated sludge system. This system operated in sequential batch system differs from typical configuration because it has three internal compartments, zones 1, 2 and 3 show that anaerobic / anoxic, aerobic and anoxic respectively, beyond the conditions of return sludge from zone 3 to zone 1 during the reaction, flow rate under 20% of the influent flow unit. Each batch has a duration of 4 hours, distributed into 4 stages each 1H, they aeration and filling, reaction, settling and discharge. With these characteristics the cyclic activated sludge system of the present study showed for the treatment of sewage, high efficiency in the removal of organic matter, always above 90%, besides the good efficiency of nitrogen removal by nitrification and denitrification, which average concentration of ammonia and nitrate in the final effluent were respectively 2.8 and 11.4 mgN.L-1 for sludge age of 25 days, when operated at 12 days of age, the effluent showed a concentration of 6.6 to 12 4 mgN.L-1. Were also determined via respirometry maximum growth rates (n, max) for nitrifying bacteria and nitratantes, the respective value obtained were, 0.45 d-1 and 0.37 d-1 for sludge age of 12 days, results Nearby literature. Biological phosphorus removal was obtained with better results in the second stage, surpassing 95% efficiency, producing the final content of the effluent below 0.5 mgP.L-1 total phosphorus.

Tendo em vista a crescente problemática quanto à eutrofização de corpos dágua em países em desenvolvimento, devido ao lançamento de esgoto mesmo que tratado em nível secundário, o processo de lodo ativado vem sendo estudo e aprimorado para efetuar a remoção conjunta de matéria orgânica, nitrogênio e o fósforo, nutrientes limitantes para ocorrência da eutrofização. Neste contexto, o presente trabalho pretende contribuir com informações quanto à remoção biológica de nutrientes de esgoto sanitário através de estudo em escala piloto em um sistema cíclico de lodo ativado. Este sistema, operado em regime de bateladas sequenciais, difere da configuração habitual, pois possui três compartimentos internos, zonas 1, 2 e 3 que apresentam condições anaeróbias/anóxicas, anóxicas e aeróbias respectivamente, além do retorno de lodo da zona 3 para zona 1 durante o período de reação, sob vazão de 20% da vazão afluente a unidade. Cada batelada possui duração de 4 horas, distribuídas em 4 etapas de 1h cada, sendo elas o enchimento com aeração, reação, sedimentação e descarga. Com essas características o sistema cíclico de lodo ativado do presente estudo, demonstrou no tratamento de esgoto sanitário, elevada eficiência na remoção de matéria orgânica, sempre acima de 90%, além da boa eficiência de remoção nitrogênio através do processo de nitrificação e desnitrificação, cuja concentração média de amônia e nitrato no efluente final foram respectivamente de 2,8 e 11,4 mgN.L-1 para idade de lodo de 25 dias e quando operado com 12 dias de idade, o efluente apresentou concentração de 6,6 e 12,4 mgN.L-1. Também foram determinadas via respirometria as taxas máximas de crescimento (n,max) para bactérias nitrificantes e nitratantes, os valores obtidos foram respectivos, de 0,45 d-1 e 0,37 d-1 para idade de lodo de 12 dias, resultados próximos a literatura. A remoção biológica de fósforo foi obtida com melhor resultado na segunda etapa, superando 95% de eficiência, produzindo efluente final com teor de fósforo total inferior a 0,5 mgP.L-1. / Given the growing problem regarding the eutrophication of water bodies in developing countries, due to discharge of sewage treated even at the secondary level, the activated sludge process has been enhanced to study and perform the joint removal of organic matter, nitrogen and phosphorus, the limiting nutrient for the occurrence of eutrophication. In this context, this work aims to contribute information for biological nutrient removal from wastewater by pilot scale study in a cyclic activated sludge system. This system operated in sequential batch system differs from typical configuration because it has three internal compartments, zones 1, 2 and 3 show that anaerobic / anoxic, aerobic and anoxic respectively, beyond the conditions of return sludge from zone 3 to zone 1 during the reaction, flow rate under 20% of the influent flow unit. Each batch has a duration of 4 hours, distributed into 4 stages each 1H, they aeration and filling, reaction, settling and discharge. With these characteristics the cyclic activated sludge system of the present study showed for the treatment of sewage, high efficiency in the removal of organic matter, always above 90%, besides the good efficiency of nitrogen removal by nitrification and denitrification, which average concentration of ammonia and nitrate in the final effluent were respectively 2.8 and 11.4 mgN.L-1 for sludge age of 25 days, when operated at 12 days of age, the effluent showed a concentration of 6.6 to 12 4 mgN.L-1. Were also determined via respirometry maximum growth rates (n, max) for nitrifying bacteria and nitratantes, the respective value obtained were, 0.45 d-1 and 0.37 d-1 for sludge age of 12 days, results Nearby literature. Biological phosphorus removal was obtained with better results in the second stage, surpassing 95% efficiency, producing the final content of the effluent below 0.5 mgP.L-1 total phosphorus.

A ampla ocorrência de contaminação de águas por compostos de nitrogênio em concentrações superiores às recomendadas pela legislação tem suscitado interesse no desenvolvimento de tecnologias viáveis de remoção desses compostos. A remoção biológica de nitrogênio apresenta como principais vantagens os custos relativamente reduzidos e a possibilidade de maior eficiência. Compostos reduzidos de enxofre como sulfetos podem ser oxidados a enxofre elementar ou a sulfato por bactérias oxidantes de sulfeto que utilizam nitrato ou nitrito como receptor de elétrons. Esta desnitrificação reduz os requerimentos globais de carbono para a remoção de nutrientes, com menor produção de lodo, proporcionando grande economia. O objetivo desta pesquisa consistiu em contribuir para o conhecimento acerca dos aspectos microbiológicos do processo de desnitrificação com o uso de sulfeto. Foram avaliados os efeitos dos modos de operação dos reatores desnitrificantes sobre a biomassa em cada uma das diferentes configurações e monitorada a colonização microbiana por meio de técnicas de Biologia Molecular como PCR/DGGE, sequenciamento e análises filogenéticas. Os fragmentos do gene RNAr 16S foram relacionados aos gêneros Pseudomonas, Aeromonas, Acidobacteria, Chlroroflexi, Clostridium, Cupriavidus e Ralstonia. Filotipos dos clones para o sistema piloto foram associados a bactérias não cultiváveis e Firmicutes envolvidos na digestão anaeróbia em reatores tratando água residuária, Synergistetes, Deferribacteria e Proteobacteria. Foram identificados micro-organismos presentes nos reatores com reconhecida capacidade para desnitrificação: Pseudomonas, Desulfovibrio desulfuricans e Ralstonia. Amostras de ambos os reatores desnitrificantes apresentaram reações de amplificação positivas com primers específicos para bactérias semelhantes a Thiomicrospira associados a primers universais: 100% das amostras amplificaram com OST1F/1492R e 75% com EUB8F/OSTR1R. Para duas condições de operação do reator em escala de bancada foram identificados micro-organismos semelhantes a Sulfurimonas denitrificans, bactéria autotrófica redutora de nitrato e oxidadora de sulfeto. Chloroflexi também foram encontrados em digestores localizados em plantas de tratamento de águas residuárias recebendo essencialmente efluente doméstico e Propionibacterium foi associada a comunidade microbiana de reatores UASB tratando água residuária industrial. Bactérias em associações sintróficas com participação no ciclo do enxofre e/ou na digestão anaeróbia foram igualmente identificadas: Clostridium sulfidigenes e outros Firmicutes, Synergistetes, clones de bactérias de cultura de enriquecimento e bactérias do gênero Syntrophorhabdus. Os resultados deste trabalho proporcionaram associar a colonização microbiana com o desempenho e as características metabólicas de alguns micro-organismos com reatores desnitrificantes combinados para o tratamento de águas residuárias. / The widespread nitrate contamination in concentrations higher than recommended by legislation has raised interest in technologies for water and wastewater treatment. Biological nitrogen removal is relatively low cost and higher efficiency. Sulfide as electron donor can be oxidized to elemental sulfur or sulfate by sulfide oxidizing bacteria that can use nitrate or nitrite as electron acceptor. This type of denitrification reduces the overall requirements for removal of carbon nutrients and less sludge is produced. The aim of this research was to contribute to microbiological knowledge about denitrification using sulfide. The effects of operation conditions on the denitrifying biomass were monitored through molecular biology techniques such as PCR/DGGE, sequencing and phylogenetic analysis. 16S rRNA gene fragments were related to Pseudomonas, Aeromonas, Acidobacteria, Chlroroflexi, Clostridium, Cupriavidus and Ralstonia. Phylotypes of clones from samples of pilot-scale reactor were associated with non-cultivable bacteria and Firmicutes involved in anaerobic digestion of wastewater, Synergistetes, Deferribacteria and Proteobacteria. Microorganisms with ability to denitrification were identified in both reactors: Pseudomonas, Desulfovibrio desulfuricans and Ralstonia. Samples of denitrifying reactors showed positive amplification with specific primers for Thiomicrospira associated to universal primers: 100% of the samples amplified with OST1F/1492R and 75% EUB8F/OSTR1R. Sulfurimonas denitrificans-like were identified for two operational conditions of the bench scale reactor. Chloroflexi were also found in treatment plants digesters receiving domestic wastewater and Propionibacterium was associated with microbial community of UASB reactors treating industrial wastewater. Syntrophic bacteria participating in the sulfur cycle and/or anaerobic digestion were also identified: Clostridium sulfidigenes and other Firmicutes, Synergistetes, clone enrichment culture bacteria and Syntrophorhabdus. These results provide to associate this microbial colonization and metabolic characteristics of some microorganisms with performance of combined denitrifying reactors for treatment of wastewater.

Made available in DSpace on 2015-09-25T12:18:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vanessa Gomes Mina.pdf: 1559864 bytes, checksum: da485cc60c2e580acfa53cffa023f08d (MD5) Previous issue date: 2011-02-25 / In housing developments devoid of any sewage disposal system, a sustainable alternative is to decentralize management of the liquid and solid wastes generated by the residents. The trend in this type of establishment is to triturate the putrescible organic waste (leftovers from food and vegetable peelings), before discharging into the sewage network to be subsequently treated in an appropriate manner. In order to simulate a decentralized treatment system, two parallel treatment systems were operated in sequencing batch cycles with similar characteristics and monitored. The first system consisted of a sequential batch reactor (SBR 1) with a cell retention time (CRT) of 5 days and was fed with raw sewage, enriched with cooked and shredded cereals. The second system SBR 2, had a CRT of 3.36 days with a substrate of sewage mixed with ground up sludge as a carbon source. Respirometry tests were also performed as a tool to compare the biodegradability of the substrates used during the experimental period. The results with enriched sewage showed a satisfactory concentration of biodegradable COD, which provided greater efficiency during the COD, phosphorus and nitrogen removals, exceeding the concentration of biodegradable COD in SBR2 enriched with crushed sludge. The percentage COD removals for systems RBS1 and RBS2 were 93 and 80% respectively, and for phosphorus, 83 and 54% respectively, indicating that the available concentration of biodegradable organic matter in the cereal was enough to satisfactorily release phosphorus into the anaerobic zone. The percentage removals of ammonia in SBR1 and SBR2 were 98% and 40% respectively, almost all the ammonia was oxidized in SBR1 suggesting optimal conditions, which was not the case for SBR 2. The average concentration of nitrate in the effluent of SBR1 was 1.67mgN-NO 3 /L and 9.48mgN-NO /L in the effluent of SBR 2. These findings for ammonia and nitrate in the effluent, confirm the efficiency of nitrification in SBR 1 which approached 100% and that denitrification was completed successfully, whereas in SBR 2 nitrification was less than 50%, demonstrating the lack of available biodegradable COD which is necessary for denitrification and thus leading to a high concentration of nitrate in the effluent. / Em empreendimento habitacional desprovido de rede coletora de esgoto, uma alternativa sustentável é o tratamento descentralizado dos resíduos líquidos e sólidos gerados pela população residente. A tendência dos moradores, nesse tipo de empreendimento é triturar os resíduos orgânicos putrescíveis (resto de comida, legumes e verduras) e destiná-los na rede predial de esgoto para serem tratados adequadamente. Com o intuito de simular um tratamento descentralizado para atender essa demanda foram monitorados dois sistemas de tratamento em paralelo, operados em bateladas seqüenciais com ciclos de mesmas características. O primeiro sistema era constituído de um Reator em batelada seqüencial (RBS) com tempo de retenção celular (TRC) de 5 dias, alimentado com esgoto bruto enriquecido com cereais cozidos e triturados. O segundo sistema compreende de um RBS com TRC de 3,36 dias utilizando esgoto doméstico e lodo triturado como fonte de carbono. Também foram realizados testes respirométricos como ferramenta para comparar a biodegradabilidade dos substratos utilizados durante o período experimental. Os resultados constataram que o substrato esgoto enriquecido apresentou satisfatória concentração de DQO biodegradável, que proporcionou maior eficiência durante os processos de remoção de DQO, fósforo e nitrogênio, superando a concentração de DQO biodegradável verificada no lodo triturado. Os percentuais de remoção de DQO obtidos nos sistemas RBS1 e RBS2 foram respectivamente, de 93 e 80%, para fósforo foi de 83% (RBS1) e 54% (RBS2) indicando que o cereal disponibilizou concentração de matéria orgânica biodegradável suficiente para que ocorresse satisfatória liberação de fósforo na zona anaeróbia. Para a remoção de amônia no RBS1 e no RBS2 os percentuais foram 98% e 40%, quase toda a amônia do sistema 1 foi oxidada devido o favorecimento de condições ideais, o que não ocorreu no RBS2. A concentração média de nitrato no efluente do RBS1 foi de 1,67 mgN-NO e 9,48 mgN-NO 3 -- . L -1 no efluente do RBS2. Essa constatação de amônia e nitrato no efluente final, confirma que no RBS1 a eficiência da nitrificação se aproximou de 100% e a desnitrificação foi completada com sucesso, enquanto no sistema 2 ocorreu nitrificação abaixo de 50% e a necessidade de material solúvel expressa em DQO biodegradável durante a desnitrificação permitiu alta concentração de nitrato no efluente final.

A ampla ocorrência de contaminação de águas por compostos de nitrogênio em concentrações superiores às recomendadas pela legislação tem suscitado interesse no desenvolvimento de tecnologias viáveis de remoção desses compostos. A remoção biológica de nitrogênio apresenta como principais vantagens os custos relativamente reduzidos e a possibilidade de maior eficiência. Compostos reduzidos de enxofre como sulfetos podem ser oxidados a enxofre elementar ou a sulfato por bactérias oxidantes de sulfeto que utilizam nitrato ou nitrito como receptor de elétrons. Esta desnitrificação reduz os requerimentos globais de carbono para a remoção de nutrientes, com menor produção de lodo, proporcionando grande economia. O objetivo desta pesquisa consistiu em contribuir para o conhecimento acerca dos aspectos microbiológicos do processo de desnitrificação com o uso de sulfeto. Foram avaliados os efeitos dos modos de operação dos reatores desnitrificantes sobre a biomassa em cada uma das diferentes configurações e monitorada a colonização microbiana por meio de técnicas de Biologia Molecular como PCR/DGGE, sequenciamento e análises filogenéticas. Os fragmentos do gene RNAr 16S foram relacionados aos gêneros Pseudomonas, Aeromonas, Acidobacteria, Chlroroflexi, Clostridium, Cupriavidus e Ralstonia. Filotipos dos clones para o sistema piloto foram associados a bactérias não cultiváveis e Firmicutes envolvidos na digestão anaeróbia em reatores tratando água residuária, Synergistetes, Deferribacteria e Proteobacteria. Foram identificados micro-organismos presentes nos reatores com reconhecida capacidade para desnitrificação: Pseudomonas, Desulfovibrio desulfuricans e Ralstonia. Amostras de ambos os reatores desnitrificantes apresentaram reações de amplificação positivas com primers específicos para bactérias semelhantes a Thiomicrospira associados a primers universais: 100% das amostras amplificaram com OST1F/1492R e 75% com EUB8F/OSTR1R. Para duas condições de operação do reator em escala de bancada foram identificados micro-organismos semelhantes a Sulfurimonas denitrificans, bactéria autotrófica redutora de nitrato e oxidadora de sulfeto. Chloroflexi também foram encontrados em digestores localizados em plantas de tratamento de águas residuárias recebendo essencialmente efluente doméstico e Propionibacterium foi associada a comunidade microbiana de reatores UASB tratando água residuária industrial. Bactérias em associações sintróficas com participação no ciclo do enxofre e/ou na digestão anaeróbia foram igualmente identificadas: Clostridium sulfidigenes e outros Firmicutes, Synergistetes, clones de bactérias de cultura de enriquecimento e bactérias do gênero Syntrophorhabdus. Os resultados deste trabalho proporcionaram associar a colonização microbiana com o desempenho e as características metabólicas de alguns micro-organismos com reatores desnitrificantes combinados para o tratamento de águas residuárias. / The widespread nitrate contamination in concentrations higher than recommended by legislation has raised interest in technologies for water and wastewater treatment. Biological nitrogen removal is relatively low cost and higher efficiency. Sulfide as electron donor can be oxidized to elemental sulfur or sulfate by sulfide oxidizing bacteria that can use nitrate or nitrite as electron acceptor. This type of denitrification reduces the overall requirements for removal of carbon nutrients and less sludge is produced. The aim of this research was to contribute to microbiological knowledge about denitrification using sulfide. The effects of operation conditions on the denitrifying biomass were monitored through molecular biology techniques such as PCR/DGGE, sequencing and phylogenetic analysis. 16S rRNA gene fragments were related to Pseudomonas, Aeromonas, Acidobacteria, Chlroroflexi, Clostridium, Cupriavidus and Ralstonia. Phylotypes of clones from samples of pilot-scale reactor were associated with non-cultivable bacteria and Firmicutes involved in anaerobic digestion of wastewater, Synergistetes, Deferribacteria and Proteobacteria. Microorganisms with ability to denitrification were identified in both reactors: Pseudomonas, Desulfovibrio desulfuricans and Ralstonia. Samples of denitrifying reactors showed positive amplification with specific primers for Thiomicrospira associated to universal primers: 100% of the samples amplified with OST1F/1492R and 75% EUB8F/OSTR1R. Sulfurimonas denitrificans-like were identified for two operational conditions of the bench scale reactor. Chloroflexi were also found in treatment plants digesters receiving domestic wastewater and Propionibacterium was associated with microbial community of UASB reactors treating industrial wastewater. Syntrophic bacteria participating in the sulfur cycle and/or anaerobic digestion were also identified: Clostridium sulfidigenes and other Firmicutes, Synergistetes, clone enrichment culture bacteria and Syntrophorhabdus. These results provide to associate this microbial colonization and metabolic characteristics of some microorganisms with performance of combined denitrifying reactors for treatment of wastewater.