Essa pesquisa teve como objetivo principal avaliar o desempenho de um reator de leito estruturado e fluxo contínuo, sob diferentes condições operacionais como aeração intermitente e recirculação do efluente, na remoção biológica de carbono e nitrogênio de uma água residuária sintética. Foi utilizado um reator vertical, construído em acrílico, com um volume total de 11,6 L e um volume útil de 6,1 L. O meio suporte utilizado para fixação dos microrganismos foi espuma de poliuretano na forma de cilindros dispostos verticalmente suportados por hastes, presos nas extremidades. A razão de recirculação utilizada durante todo o experimento foi igual a 5. Os períodos adotados de aeração e não aeração foram de 2 horas e 1 hora, respectivamente. Estabelecidos a vazão de recirculação e os períodos de aeração e não aeração, estudou-se o efeito da variação do TDH na eficiência de remoção de \'N\'-total e DQO. Como resultado, observou-se que a melhor condição operacional foi com TDH de 12 horas, que apresentou eficiência de remoção de \'N\'-total de 82% e remoção de DQO de 89%. O sistema mostrou-se estável ao ser operado nessas condições, apresentando pouca variação nos resultados. Por outro lado, quando o sistema foi operado com TDH de 8 horas e 10 horas, houve queda nas eficiências de remoção de \'N\'-total para valores de 49% e 45% respectivamente. Com relação à remoção de DQO, as eficiências com TDH de 8 horas e 10 horas foram de 85% e 88% respectivamente, indicando uma boa remoção de matéria orgânica mesmo com TDH menor. Não houve presença significativa de biomassa no efluente, indicando que a biomassa permaneceu fortemente aderida ao meio suporte. Foram realizados ensaios cinéticos para determinação das velocidades de nitrificação e desnitrificação da biomassa do reator operando em sua melhor condição operacional. Por meio e perfis temporais em reatores em batelada, obteve-se uma velocidade de nitrificação via \'N\'-amoniacal de 1,43 mg\'N\'/gSSV.h. As velocidades de nitrificação via \'N\'-nitrito foram 1,87 mg\'N\'/gSSV.h e 1,3 mg\'N\'/gSSV.h. Na desnitrificação de \'N\'-nitrato à \'N\'-nitrito, foram obtidas velocidades de 3,4 mg\'N\'/gSSV.h e 4,0 mg\'N\'/gSSV.h. Para a desnitrificação de \'N\'-nitrito a \'N IND.2\', as velocidades obtidas foram 2,3 mg\'N\'/gSSV.h e 2,9 mg\'N\'/gSSV.h. / This research aimed at evaluating the performance of a structured bed reactor continuously fed, operated with intermittent aeration and effluent recirculation, in the biological removal of carbon and nitrogen from a synthetic effluent. A vertical reactor was built in acrylic, with a total volume of 11.6 L and a working volume of 6.1 L. Polyurethane foam cylinders supported by sticks vertically disposed were used for biomass attachment. The recirculation flow rate was 5. Aerated and non-aerated periods ware 2 hours and 1 hour, respectively. Once established the recirculation flow and the length of aerated and non-aerated period, the study of effect of the hydraulic retention time (HRT) on the removal efficiencies of Total-\'N\' and COD was started. The best operating condition was achieved with HDT of 12 hours, with removal efficiency of Total-\'N\' and COD removal of 82% of 89% respectively. Under such condition, the system exhibited high stability with little variation of the monitoring parameters. On the other hand, when the system was operated with HDT of 8 hours and 10 hours, there was a decrease in removal efficiencies of Total-\'N\', to 49% and 45% respectively. Regarding COD removal, the efficiencies at HDT of 8 hours and 10 hours were 85% and 88% respectively, indicating that organic matter removal efficiency is not limited in such range of HDT. The low concentration of suspended solids in the effluent indicates the biomass was firmly attached to the bed. Kinetic assays were performed to determine the rates of nitrification and denitrification in the reactor operating at its best operational condition. Temporal profiles obtained from batch reactors allowed for obtaining an ammonia oxidation rate of 1.43 mg\'N\'/gVSS.h. The nitrite oxidation rates were 1.87 mg\'N\'/gVSS.h and 1.3 mg\'N\'/gVSS.h. The reduction rates of nitrate to nitrite were 3.4 mg\'N\'/gVSS.h and 4.0 mg\'N\'/gSSV.h. The denitrification rate of nitrite to \'N IND.2\' were 2.3 mg\'N\'/gSSV.h and 2.9 mg\'N\'/gSSV.h.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-26T14:51:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Ferreira, Ana Linda (TESE) EngCivil14.pdf: 3085122 bytes, checksum: d948f8fbcdf65b938ccf579d975895d1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-26T14:51:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Ferreira, Ana Linda (TESE) EngCivil14.pdf: 3085122 bytes, checksum: d948f8fbcdf65b938ccf579d975895d1 (MD5) Previous issue date: 2014-06-30 / CAPEs / O aporte excessivo de nutrientes como o fósforo e o nitrogênio são uma das principais causas da eutrofização das águas, um grave problema ambiental resultante de descargas de efluentes domésticos e industriais, bem como do uso intensivo de fertilizantes em campos agrícolas. Não obstante, é preocupante o facto das reservas de fósforo estarem a diminuir mundialmente. Este trabalho objetiva a remoção simultânea de fósforo e nitrogênio e o estudo das condições de funcionamento para o estabelecimento de uma comunidade específica de microrganismos para esse fim, tratando efluente real de origem domestica. Para isso foram instalados dois reatores em batelada sequencial com 140L de volume útil na ETE Mangueira em Recife/PE. Os resultados revelam que a adição de propionato para o enriquecimento do lodo melhora a sua sedimentabilidade enquanto que a adição de acetato favorece o desenvolvimento de organismos filamentosos. A aplicação de aeração continua inibiu a nitrificação e desnitrificação simultânea, enquanto que a aeração escalonada favoreceu esse processo. Dependendo da forma de como se procede a aeração do reator é possível reduzir a fonte de carbono na fase anóxica e também o TDH global de operação do reator. Foi possível remover DQO com eficiência acima de 90%, além de remover nitrogênio e fósforo em reatores RSB, mesmo com esgotos diluídos. A remoção de fósforo ocorreu através do mecanismo de remoção biológica de fósforo avançado (EBPR). / Excessive discharges of nutrients like phosphorus and nitrogen are one of the main causes of water eutrophication, a serious environmental problem resulting mainly from discharges of domestic and industrial effluents as well as the intensive use of fertilizers in agricultural fields. Nevertheless, it is being motif of concern that phosphorus reserves are declining worldwide. This work aims for simultaneous removal of phosphorus and nitrogen and the study of the operating conditions for the establishment of a specific community of microorganisms for this purpose, treating real domestic wastewater. For this two reactors were installed in sequencing batch with 140L working volume in ETE Mangueira in Recife / PE. The results show that the addition of propionate to the enrichment of the sludge settle ability improves their while adding acetate favors the growth of filamentous organisms. The application of continued aeration inhibited simultaneous nitrification and denitrification (SND), while the stepped aeration favored this process. Depending on how one proceeds as aeration reactor is possible to reduce the carbon source in the anoxic phase and also the overall HRT of reactor operation. COD could be removed with efficiency above 90%, in addition to removing nitrogen and phosphorus in SBR reactors, even with diluted sewage. The phosphorus removal occurred through the mechanisms of Enhanced Biological Phosphorus Removal(EBPR).

Essa pesquisa teve como objetivo principal avaliar o desempenho de um reator de leito estruturado e fluxo contínuo, sob diferentes condições operacionais como aeração intermitente e recirculação do efluente, na remoção biológica de carbono e nitrogênio de uma água residuária sintética. Foi utilizado um reator vertical, construído em acrílico, com um volume total de 11,6 L e um volume útil de 6,1 L. O meio suporte utilizado para fixação dos microrganismos foi espuma de poliuretano na forma de cilindros dispostos verticalmente suportados por hastes, presos nas extremidades. A razão de recirculação utilizada durante todo o experimento foi igual a 5. Os períodos adotados de aeração e não aeração foram de 2 horas e 1 hora, respectivamente. Estabelecidos a vazão de recirculação e os períodos de aeração e não aeração, estudou-se o efeito da variação do TDH na eficiência de remoção de \'N\'-total e DQO. Como resultado, observou-se que a melhor condição operacional foi com TDH de 12 horas, que apresentou eficiência de remoção de \'N\'-total de 82% e remoção de DQO de 89%. O sistema mostrou-se estável ao ser operado nessas condições, apresentando pouca variação nos resultados. Por outro lado, quando o sistema foi operado com TDH de 8 horas e 10 horas, houve queda nas eficiências de remoção de \'N\'-total para valores de 49% e 45% respectivamente. Com relação à remoção de DQO, as eficiências com TDH de 8 horas e 10 horas foram de 85% e 88% respectivamente, indicando uma boa remoção de matéria orgânica mesmo com TDH menor. Não houve presença significativa de biomassa no efluente, indicando que a biomassa permaneceu fortemente aderida ao meio suporte. Foram realizados ensaios cinéticos para determinação das velocidades de nitrificação e desnitrificação da biomassa do reator operando em sua melhor condição operacional. Por meio e perfis temporais em reatores em batelada, obteve-se uma velocidade de nitrificação via \'N\'-amoniacal de 1,43 mg\'N\'/gSSV.h. As velocidades de nitrificação via \'N\'-nitrito foram 1,87 mg\'N\'/gSSV.h e 1,3 mg\'N\'/gSSV.h. Na desnitrificação de \'N\'-nitrato à \'N\'-nitrito, foram obtidas velocidades de 3,4 mg\'N\'/gSSV.h e 4,0 mg\'N\'/gSSV.h. Para a desnitrificação de \'N\'-nitrito a \'N IND.2\', as velocidades obtidas foram 2,3 mg\'N\'/gSSV.h e 2,9 mg\'N\'/gSSV.h. / This research aimed at evaluating the performance of a structured bed reactor continuously fed, operated with intermittent aeration and effluent recirculation, in the biological removal of carbon and nitrogen from a synthetic effluent. A vertical reactor was built in acrylic, with a total volume of 11.6 L and a working volume of 6.1 L. Polyurethane foam cylinders supported by sticks vertically disposed were used for biomass attachment. The recirculation flow rate was 5. Aerated and non-aerated periods ware 2 hours and 1 hour, respectively. Once established the recirculation flow and the length of aerated and non-aerated period, the study of effect of the hydraulic retention time (HRT) on the removal efficiencies of Total-\'N\' and COD was started. The best operating condition was achieved with HDT of 12 hours, with removal efficiency of Total-\'N\' and COD removal of 82% of 89% respectively. Under such condition, the system exhibited high stability with little variation of the monitoring parameters. On the other hand, when the system was operated with HDT of 8 hours and 10 hours, there was a decrease in removal efficiencies of Total-\'N\', to 49% and 45% respectively. Regarding COD removal, the efficiencies at HDT of 8 hours and 10 hours were 85% and 88% respectively, indicating that organic matter removal efficiency is not limited in such range of HDT. The low concentration of suspended solids in the effluent indicates the biomass was firmly attached to the bed. Kinetic assays were performed to determine the rates of nitrification and denitrification in the reactor operating at its best operational condition. Temporal profiles obtained from batch reactors allowed for obtaining an ammonia oxidation rate of 1.43 mg\'N\'/gVSS.h. The nitrite oxidation rates were 1.87 mg\'N\'/gVSS.h and 1.3 mg\'N\'/gVSS.h. The reduction rates of nitrate to nitrite were 3.4 mg\'N\'/gVSS.h and 4.0 mg\'N\'/gSSV.h. The denitrification rate of nitrite to \'N IND.2\' were 2.3 mg\'N\'/gSSV.h and 2.9 mg\'N\'/gSSV.h.

O lançamento de águas residuárias contendo compostos nitrogenados tem um importante impacto sobre a saúde e o meio ambiente, tornando necessária a incorporação de processos de remoção desses compostos nos sistemas de tratamento de águas residuárias. Neste trabalho, foram estudadas as condições de operação para promover a remoção conjunta de nitrogênio e matéria orgânica em reator biológico de leito móvel, contínuo, operado sob aeração intermitente, alimentado com água residuária sintética contendo nitrogênio amoniacal (90 a 110 mg/L) e melaço como matéria orgânica (DQO de 450 a 550 mg/L). Foram utilizados dois reatores em escala de bancada, cada um com dois litros de volume útil, contendo diferentes meios suportes para a imobilização da biomassa: matrizes de espuma de poliuretano e anéis plásticos. Na primeira etapa experimental, o reator contendo anéis plásticos apresentou eficiências de remoção de nitrogênio muito baixas. Na segunda etapa, trocou-se o material suporte por matrizes de espuma de poliuretano inoculadas com lodo aeróbio de estação de tratamento de águas residuárias. A partir de então, trabalhou-se com dois reatores de mesma configuração, exceto pelas origens, idades e características dos lodos de inóculo. Inicialmente, a alimentação foi realizada utilizando-se apenas os micronutrientes contidos no melaço. Posteriormente, a composição da água residuária foi alterada, introduzindo-se solução de micronutrientes, pois se concluiu que a instabilidade no processo de nitrificação devia-se ao fato de o melaço comercial apresentar deficiências nutricionais. Como resultado, em condições de estabilidade operacional, foram obtidas eficiências de remoção de DQO superiores a 85%, oxidação total do nitrogênio amoniacal e eficiências de remoção de nitrogênio de aproximadamente 55%. Variações posteriores nas condições de operação, como o aumento do período anóxico (de 1h para 1h15min) e redução do tempo de detenção hidráulica (para valores inferiores a 12 horas), resultaram em melhora no desempenho dos reatores. Os resultados obtidos permitem admitir que as melhores condições de operação não foram atingidas durante o experimento, abrindo a possibilidade para a otimização do processo em pesquisas futuras. Constatou-se que o desenvolvimento das populações microbianas imobilizadas no meio suporte foi diferente do observado na biomassa em suspensão. Verificou-se, também, que a biomassa responsável pela nitrificação e desnitrificação ocorreu predominantemente no meio suporte, enquanto que a biomassa heterotrófica predominou no lodo em suspensão. / The operating conditions for the combined removal of nitrogen and organic matter in moving- bed biological reactor were investigated. Two bench-scale reactors, two liters each, were operated under intermittent aeration and continuously fed with synthetic wastewater containing ammonia nitrogen (90 to 110 mg/L) and molasses as organic carbon source (COD of 450 to 550 mg/L). Each reactor received different moving-bed materials: polyurethane foam matrices and plastic rings, respectively. During the first experimental period, the reactor containing plastic rings maintained very low nitrogen removal efficiencies during large period. For this reason, the moving-bed was replaced by polyurethane foam matrices and the reactor was re-inoculated with aerobic wastewater plant sludge. Thereafter, the two reactors were similar except for the origin, age and characteristics of the inoculum sludge. First, the wastewater micronutrients were just those contained in the carbon source (molasses). After, the synthetic wastewater composition was changed by adding a solution of micronutrients. This procedure was adopted to achieve a stable nitrification process, because commercial molasses is a very poor regarding its micronutrient composition. As a result of the stable conditions prevalence just after adding micronutrients, organic matter (as COD) removal efficiencies were higher than 85% and complete nitrogen ammonia oxidation was achieved. In nitrogen removal efficiencies were approximately 55%. The performance of the reactors improved after the increase of the anoxic period from1h to 1h15min, and reduction of the hydraulic detention time to less than 12 h. The results obtained in the last operating period indicated the optimum operating conditions was not achieved in this experiment, thus opening the possibility of process improvement in further researches. Microbial populations with different characteristics were developed in suspended growth and attached biomass. Nitrification and denitrification bacteria predominated as attached biomass whereas heterotrophic bacteria predominated as suspended growth biomass.

O lançamento de águas residuárias contendo compostos nitrogenados tem um importante impacto sobre a saúde e o meio ambiente, tornando necessária a incorporação de processos de remoção desses compostos nos sistemas de tratamento de águas residuárias. Neste trabalho, foram estudadas as condições de operação para promover a remoção conjunta de nitrogênio e matéria orgânica em reator biológico de leito móvel, contínuo, operado sob aeração intermitente, alimentado com água residuária sintética contendo nitrogênio amoniacal (90 a 110 mg/L) e melaço como matéria orgânica (DQO de 450 a 550 mg/L). Foram utilizados dois reatores em escala de bancada, cada um com dois litros de volume útil, contendo diferentes meios suportes para a imobilização da biomassa: matrizes de espuma de poliuretano e anéis plásticos. Na primeira etapa experimental, o reator contendo anéis plásticos apresentou eficiências de remoção de nitrogênio muito baixas. Na segunda etapa, trocou-se o material suporte por matrizes de espuma de poliuretano inoculadas com lodo aeróbio de estação de tratamento de águas residuárias. A partir de então, trabalhou-se com dois reatores de mesma configuração, exceto pelas origens, idades e características dos lodos de inóculo. Inicialmente, a alimentação foi realizada utilizando-se apenas os micronutrientes contidos no melaço. Posteriormente, a composição da água residuária foi alterada, introduzindo-se solução de micronutrientes, pois se concluiu que a instabilidade no processo de nitrificação devia-se ao fato de o melaço comercial apresentar deficiências nutricionais. Como resultado, em condições de estabilidade operacional, foram obtidas eficiências de remoção de DQO superiores a 85%, oxidação total do nitrogênio amoniacal e eficiências de remoção de nitrogênio de aproximadamente 55%. Variações posteriores nas condições de operação, como o aumento do período anóxico (de 1h para 1h15min) e redução do tempo de detenção hidráulica (para valores inferiores a 12 horas), resultaram em melhora no desempenho dos reatores. Os resultados obtidos permitem admitir que as melhores condições de operação não foram atingidas durante o experimento, abrindo a possibilidade para a otimização do processo em pesquisas futuras. Constatou-se que o desenvolvimento das populações microbianas imobilizadas no meio suporte foi diferente do observado na biomassa em suspensão. Verificou-se, também, que a biomassa responsável pela nitrificação e desnitrificação ocorreu predominantemente no meio suporte, enquanto que a biomassa heterotrófica predominou no lodo em suspensão. / The operating conditions for the combined removal of nitrogen and organic matter in moving- bed biological reactor were investigated. Two bench-scale reactors, two liters each, were operated under intermittent aeration and continuously fed with synthetic wastewater containing ammonia nitrogen (90 to 110 mg/L) and molasses as organic carbon source (COD of 450 to 550 mg/L). Each reactor received different moving-bed materials: polyurethane foam matrices and plastic rings, respectively. During the first experimental period, the reactor containing plastic rings maintained very low nitrogen removal efficiencies during large period. For this reason, the moving-bed was replaced by polyurethane foam matrices and the reactor was re-inoculated with aerobic wastewater plant sludge. Thereafter, the two reactors were similar except for the origin, age and characteristics of the inoculum sludge. First, the wastewater micronutrients were just those contained in the carbon source (molasses). After, the synthetic wastewater composition was changed by adding a solution of micronutrients. This procedure was adopted to achieve a stable nitrification process, because commercial molasses is a very poor regarding its micronutrient composition. As a result of the stable conditions prevalence just after adding micronutrients, organic matter (as COD) removal efficiencies were higher than 85% and complete nitrogen ammonia oxidation was achieved. In nitrogen removal efficiencies were approximately 55%. The performance of the reactors improved after the increase of the anoxic period from1h to 1h15min, and reduction of the hydraulic detention time to less than 12 h. The results obtained in the last operating period indicated the optimum operating conditions was not achieved in this experiment, thus opening the possibility of process improvement in further researches. Microbial populations with different characteristics were developed in suspended growth and attached biomass. Nitrification and denitrification bacteria predominated as attached biomass whereas heterotrophic bacteria predominated as suspended growth biomass.