Em reatores biológicos anaeróbios adequadamente projetados, 'SO IND.4'POT.2-' pode ser reduzido a sulfeto pelas bactérias redutoras de sulfato (BRS), o qual, posteriormente, pode ser oxidado a enxofre elementar, em presença de baixas concentrações de oxigênio dissolvido ('< OU =' 0,1 mg/L). Na presente tese, o processo de biodessulfatação foi estudado em reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais, com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano (PU) e em carvão vegetal (CV), previamente selecionados por testes de adesão microbiana em reatores diferenciais. Posteriormente, avaliou-se o efeito de etanol sobre o desempenho do processo de biodessulfatação. As principais rotas de utilização de substratos orgânicos pelos microrganismos foram identificadas por meio de modelação cinética. A comunidade microbiana foi avaliada por hibridação in situ com fluorescência (FISH). Após o processo de biodessulfatação, avaliou-se o processo de oxidação parcial do sulfeto, em reator aeróbio operado em bateladas seqüenciais, com biomassa imobilizada em PU. Concluiu-se por FISH que as características intrínsecas dos materiais suportes influenciam o equilíbrio microbiano. A relação DQO/['SO IND.4'POT.2-'] igual a 1,3 representou a melhor condição para o processo de biodessulfatação, com PU e com CV como materiais suporte, com eficiência média em redução de sulfato igual a 96%. A adição de etanol melhorou o processo de redução de sulfato. Sulfeto gerado no processo de biodessulfatação foi oxidado parcialmente a enxofre elementar, com eficiência de remoção de 80% no reator aeróbio / In anaerobic biological systems for wastewater treatment well-designed sulphate can be reduced to sulfide by sulphate-reducing bacteria (SRB), and it can be subsequently oxidized to elemental sulphur, under low dissolved oxygen concentration ('< OU =' 0.1 mg/L). The present thesis evaluates the microbial sulphate reduction process in anaerobic sequencing batch biofilm reactors with immobilized biomass in polyurethane foam (PU) and vegetable coal (CV). Such support materials were previously selected by microbial adhesion tests executed in differential reactors. Afterwards, the effect of ethanol addition on the performance of sulphate reduction process was assessed. The main metabolic pathways of organic substrate utilization by microorganisms were identified by kinectic modelation. The microbial community was evaluated by fluorescence in situ hybridization (FISH). The partial sulfide oxidation process was also evaluated in aerobic sequencing batch reactor containing biomass immobilized in PU matrices. It was concluded by FISH that characteristics of the support materials has influence on the microbial equilibrium. The COD/['SO IND.4'POT.2-'] ratio equal to 1.3 provided the best condition for microbial sulphate reduction process in both reactors with mean efficience of 96%. The ethanol addition improved the sulphate reducing process. The sulfide generated was partialy oxidized to elemental sulphur in the aerobic reactor with removal efficience of 80%

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.

A utilização de reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo no tratamento de águas residuárias tem tido grande aceitação dos projetistas e pesquisadores pelas vantagens que esse sistema apresenta sobre os demais (aeróbios e anaeróbios). Uma das principais limitações do processo relaciona-se com o período de partida, normalmente lento e de difícil controle. Esse trabalho apresenta os resultados de pesquisas em laboratório sobre a partida de dois reatores de manta de lodo, um deles inoculado com lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de gel agar e o outro com lodo livre. A imobilização de microrganismos em gel surge como uma nova possibilidade de retenção da população microbiana no reator e consequentemente, esse trabalho objetiva também verificar a viabilidade do uso de lodo imobilizado em qel agar no estudo sobre fatores que afetam o desempenho de reatores com manta de lodo. Os dois reatores anaeróbios utilizados neste trabalho eram idênticos e possuiam volume de 10 L cada um. Utilizou-se substrato sintético para que se obtivesse alimento com características estáveis durante a maior parte do tempo necessário à partida dos reatores, preparados de maneira a se obter DQO de aproximadamente 2000 mg/L. Os reatores estiveram em operação durante 179 dias e foram submetidos a cargas orgânicas volumétricas que variaram de 0,47 a 12,83 KgDQO.m-3.d-1 e a cargas hidráulicas volumétricas que variaram de 0,23 a 6,0 m3.m-3.d-1. As principais análises realizadas foram DQO, alcalinidade, ácidos voláteis, pH, temperatura e altura do leito de lodo. A eficiência de remoção de DQO esteve em geral entre 70 e 80%. Em vista dos resultados obtidos, conclue-se que a utilização de lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de gel agar pode ser útil no estudo de partida de reatores anaeróbios com manta de lodo. Sugere-se a continuidade dos estudos, utilizando-se as técnicas descritas no trabalho, na ampliação do conhecimento dos processos anaeróbios neste tipo de reator. / The use of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactor for wastewater treatment has been well accepted by designers and researchers due to the advantages shown over athers reactors (aerobic and anaerobic). The reactor start-up remains as one of the most important limitations of the process. It is usualy slow and is difficult to control. This thesis shows the results of a laboratory research on the start-up of two UASB reactors. One of them was seeded with anaerobic sludge immobilized in gel agar and the other with free anaerobic sludge. The immobilization of microorganisms in gel represents a new possibility of biomass retention within the reactors. Consequently this research also aims to check the viability of using immobilized sludge in gel agar in the study of factors affecting UASB reactors performance. Both the UASB reactors used in this research were exatly alike and had a volume 10 L each. Synthetic substrate was used to provide, consistent feed during the most of the start-up period. The substrate was prepared to contain about 2000 mg/L COD. The reactors were aperated for 179 days and were submitted to organic loading rates which varied from 0,47 to 12,83 KgCOD.m-3.d-1 and to hydraulic loading rates which varied from 0,23 to 6,0 m3.m-3.d-1. The main physical-chemical parameters measured were COD, alkalinity, volatite fatly acids, pH, temperature and sludge bed height. The COD removal efficiency was between 70 and 80%. This research comproved the feasibility of sludge immobilized in gel agar for UASB reactor start-up. It is suggested to continue the studies to achieve the best conditions for the use of this technique.

O uso de efluentes de estação de tratamento de esgoto (EETE) para a irrigação de culturas agrícolas é uma forma adequada de reciclagem de nutrientes e da água utilizada pelas populações urbanas, portanto, importante para o uso sustentável de recursos. Embora seja uma prática bastante antiga no mundo, no Brasil é ainda insipiente, pois as pesquisas relacionadas ao tema iniciaram-se por volta do ano 2000. Apesar de alguns resultados serem positivos do ponto de vista de sua utilização, ainda existem algumas dúvidas relacionadas ao (i) balanço de nutrientes para o manejo de fertilizantes com vistas à nutrição vegetal e à segurança ambiental, (ii) ao acumulo de sódio no solo em condições normais de irrigação e precipitação pluvial e possível amenização desse efeito e (iii) ao risco de acúmulo de nitrogênio no lençol freático. Com o propósito de responder a esses questionamentos, tratamentos com fosfogesso foram estabelecidos em cultura de cana de açúcar previamente irrigada com EETE onde foram avaliados: (i) nutrição das plantas; (ii) aporte e exportação de nutrientes; (iii) qualidade do solo principalmente no tocante ao sódio e propriedades relacionadas; (iv) fluxo de solução e nitrogênio através do solo. Após dois anos da aplicação de gesso e cinco anos consecutivos de irrigação com EETE as propriedades químicas do solo, especialmente aquelas relacionadas com a acidez do solo e cátions básicos, foram afetadas pela irrigação, mantendo o solo em condições adequadas para o desenvolvimento das plantas sem a necessidade de calagem. Os efeitos da aplicação de gesso sobre os teores de Ca, S e Na no solo foram mais pronunciados em curto prazo, sendo que não afetaram as propriedades físicas do solo após dois anos da aplicação. Entretanto, a alta concentração de Na+ e seus efeitos sobre propriedades físicas do solo revelaram-se naturalmente reversíveis em solo bem drenados com uma estação chuvosa. Nitrogênio, P, Ca e Mg tiveram concentrações adequadas no solo e na planta, principalmente nos tratamentos irrigados, sendo o EETE uma importante fonte desses nutrientes devendo estes serem considerados no manejo da fertilização. Embora o K e o S sejam fornecidos pela irrigação com EETE em quantidades suficientes para atender a demanda da cultura, a irrigação não melhorou a nutrição em relação a estes nutrientes mesmo em situações onde foi observada deficiência. A nutrição com Fe, Zn e Mn não foi relacionada ao fornecimento desses micronutrientes pelo EETE, mas sim ao aumento do pH do solo. O manejo da irrigação e fertilização foi critico em relação ao nitrogênio cujo aporte foi dessincronizado com a absorção pela cultura e lixiviado quando aplicado em excesso. Sendo que os modelos para a predição de sua lixiviação devem considerar N aportado, drenagem e precipitação. A propagação do erro das medidas do potencial da água no solo representou até 70% da variância do fluxo de nitrogênio através do solo. / Utilization of treated sewage effluent (TSE) to crop irrigation is a form of recycling the nutrients and the water used by urban populations, therefore, important for the sustainable use of resources. Although it is a very ancient practice in the world, is incipient in Brazil, where research on the topic began around the year 2000. Despite of some positive results from its use, there are still some questions related to (i) balance of nutrients for fertilizer management aiming plant nutrition and environment safety, (ii) accumulation of sodium in the soil under normal irrigation and rainfall conditions and possible mitigation of this effect and (iii) the risk of accumulation of nitrogen in groundwater. To answer these questions, gypsum treatments were established in sugarcane crop previously irrigated with TSE, where were evaluated: (i) plant nutrition, (ii) supply and removal of nutrients, (iii) soil quality mainly regarding to sodium related properties and (iv) flow of solution and Nitrogen through the soil. After two years of application of gypsum and five consecutive years of irrigation with TSE the soil chemical properties, especially those related to soil acidity and basic cations were affected by irrigation, keeping the soil in conditions suitable for the plants development without the need for liming. The effects of gypsum on Ca, S and Na in the soil were more pronounced in the short term evaluation, and did not affect the physical properties of soil after two years of application. However, the high concentration of Na+ and its effect on physical properties of the soil proved to be naturally reversible in well-drained soil with a rainy season. Nitrogen, P, Ca and Mg had adequate concentrations in soil and plant, mainly in the irrigated treatments, being the TSE an important source of these nutrients and those should be considered in the management of fertilization. Although the K and S are provided by irrigation with EETE in sufficient quantities to meet the crop demand, the irrigation did not improve the plant nutrition related to these nutrients even in situations where it was observed deficiencies of these nutrients in the leaves. The rapid movement of these nutrients in the soil or interaction with other ions is the possible causes of the lack of effect. Nutrition with Fe, Zn and Mn was not related to the input of these micronutrients by EETE, but was related to the increase in soil pH that is associated with decreased availability of these nutrients. The management of irrigation and fertilization was critical in relation with the nitrogen whose contribution was unsynchronized with the sugarcane uptake and it was leached when applied in excess. The models for the prediction of N leaching should consider accumulated input of N, drainage and precipitation. The propagation of the error from the measurements of the matric potential of the water in the soil represented up to 70% of the variance of the nitrogen flux through the soil.

A cultura da cana-de-açúcar, pelo alto consumo de água e de nutrientes, além da destinação industrial, apresenta características ideais para o recebimento de efluente de estações de tratamento de esgoto (EETE) sob a forma de irrigação. Esta prática tem como objetivo a reciclagem de nutrientes e de água, o incremento da produtividade e a economia de fertilizantes, de terra arável e de água potável. Apesar das múltiplas vantagens ambientais, não é desprovida de riscos, e este trabalho teve como objetivos avaliar a dinâmica de nutrientes no sistema solo-planta de canavial irrigado com efluente de esgoto tratado em dois ciclos consecutivos da cana-soca e a influência do aporte de nutrientes e outros elementos via efluente sobre a nutrição mineral da canade- açúcar. Foram aplicadas lâminas de irrigação com o esgoto tratado entre 0 (sem irrigação) e 200 % da exigência de água pela cultura, em gotejamento subsuperficial. Foram avaliados os aportes de nutrientes e outros elementos pelo efluente, os efeitos na composição nutricional da planta e da fração trocável do solo e o desempenho quantitativo e qualitativo da cultura. Concluiu-se que o efluente pode fornecer até 163 kg ha-1 de N; 14 kg ha-1 P; 145 kg ha-1 de K; 80 kg ha-1 de Ca; 28 kg ha-1 de Mg; 207 kg ha-1 de S; 0,45 kg ha-1 de B; 0,07 kg ha-1 de Cu; 0,25 kg ha-1 de Fe e 0,18 kg ha-1 de Mn, sendo fonte potencial de nutrientes à cultura da cana-de-açúcar, principalmente N, Ca e S, precisando de complementação mineral de P, K, Mg e micronutrientes. O estado nutricional da cultura, avaliado pela diagnose foliar melhorou para N, Mg, S e Cu no segundo ano avaliado. A folha +1 foi mais sensível às alterações de disponibilidade de nutrientes. A presença de elementos no efluente que podem potencialmente provocar degradação nas propriedades físicas do solo, tal como o sódio, contaminação de águas subterrâneas, como o nitrogênio, ou ainda tóxicos, como cromo e cobre, exige monitoramento constante da área agrícola que recebe este resíduo. Neste trabalho de curto prazo, estes elementos não representaram problemas. A irrigação com EETE proporcionou aumento do desempenho vegetativo da cultura e um ganho de produtividade na cana-de-açúcar de até 19,84 e 40,47 Mg ha-1, na primeira e na segunda socas, respectivamente. A qualidade industrial da cana-de-açúcar não foi alterada significativamente pela irrigação com EETE. Este trabalho mostrou que a irrigação com EETE é exequível, possui potencial econômico e seria uma solução possível para parte da demanda agrícola de água e dos problemas de poluição dos corpos dágua naturais. / Sugarcane cultivation, due to the high water and nutrients consumption, besides the industrial utilization, has ideal characteristics for receiving sewage treatment plant effluent (STPE) as irrigation. This practice aims to recycle nutrients and water, increasing productivity and decreasing the use of fertilizers, agricultural land and potable water. Despite the many environmental benefits, it has risks, and this study aimed to evaluate the dynamics of nutrients in the soil-sugarcane plant system irrigated with treated sewage effluent in two consecutive sugarcane ratoon cycles and the influence of nutrient and other elements added as effluent on the sugarcane mineral nutrition. Irrigations with treated sewage were applied up to 200% of the crop water requirement by subsurface drip. Nutrient and other elements input by the effluent, its effect on plant nutritional composition, soil exchangeable fraction and the quantitative and qualitative sugarcane performance were evaluated. Effluent can provide up to 163 kg ha-1 N, 14 kg ha-1 P, 145 kg ha-1 K, 80 kg ha-1 Ca, 28 kg ha-1 Mg, 207 kg ha-1 S, 0.45 kg ha-1 B, 0.07 kg ha-1 Cu, 0.25 kg ha-1 Fe and 0.18 kg ha-1 Mn, being a potential source of N, Ca and S, needing additional P, K, Mg and micronutrients fertilization. Sugarcane nutritional status as assessed by foliar analysis was improved for N, Mg, S and Cu in the second ratoon evaluated. Top visible dewlap leaf was more sensitive to changes in the nutrients availability. The presence of elements in the effluent that can potentially cause degradation in soil physical properties, such as sodium, groundwater contamination, such as nitrogen, or toxic substances, such as chromium and copper, requires constant monitoring of the agricultural area that receives this residue. In these short-term experiments there were no such problems. The replacement of crop evapotranspiration by irrigation with STPE provided an increase in vegetative performance and a gain in productivity of the sugarcane by 19.84 and 40.47 Mg ha-1, in the first and in the second ratoon, respectively. Industrial quality of sugarcane was not significantly affected by irrigation with STPE. This study showed that irrigation with STPE is potentially feasible, has economic potential, and would be a possible solution to part of the agricultural water demand and natural water bodies pollution problems

Para minimizar os impactos ambientais causados pelo lançamento de formaldeído na natureza, é importante o desenvolvimento de tecnologias adequadas para o seu tratamento. Sistemas aeróbios têm sido utilizados, porém, as opções por tratamento anaeróbio estão tendo cada vez mais aceitação, principalmente pelo baixo consumo de energia e baixa produção de lodo. Por outro lado, substâncias tóxicas podem provocar distúrbios em reatores anaeróbios. Algumas pesquisas já foram desenvolvidas quanto ao tratamento biológico anaeróbio de formaldeído, no entanto, ainda não se chegou a um consenso sobre o seu comportamento ou qual o sistema mais eficaz. Nesse trabalho, avaliou-se a degradação e a toxicidade dessa substância em reator anaeróbio horizontal de leito fixo, a fim de trazer subsídios para essa questão. As concentrações de estudo variaram de, aproximadamente, 30 a 1500 mg/L de formaldeído, atingindo-se as eficiências de remoção de até 99,7 % de formaldeído e 92 % de DQO. A presença de ácidos graxos com até cinco carbonos durante a degradação do formaldeído pode indicar uma rota de degradação diferente da sugerida na literatura, onde os produtos intermediários seriam o metanol e o ácido fórmico. O modelo cinético de Monod foi o que melhor representou os dados experimentais, com \'R IND.max\' POT.app\' = 2,79 x \'10 POT.-3\' HCHO/mg SSV.h e \'K IND.S\' POT. app\' = 242,8 mg HCHO/L. / In order to minimize the environmental impacts caused by formaldehyde discharge in the nature, the development of appropriate technologies for its treatment is important. Aerobic systems have been used, however, anaerobic treatment options have been widely studied, mainly due to low energy consumption and sludge production. On the other hand, toxic substances can lead to disturbances in anaerobic reactors. Some formaldehyde anaerobic biological treatment researches have already been developed, although, there is no consensus about its behavior or which is the most efficient system. Degradation and toxicity of this substance were evaluated in horizontal-flow anaerobic immobilized sludge reactor, with the purpose of producing subsidies for this issue. Formaldehyde concentrations ranging from, approximately, 30 to 1500 mg/L were applied in the reactor and formaldehyde and COD removal efficiencies of 99,7% e 92% were achieved, respectively. Volatile fatty acids with up to 5 carbons, found during the formaldehyde degradation, can indicate that degradation followed different routes than those suggested in the literature, that reports the formation of intermediates such as methanol and formic acid. Monod kinetic model fitted well the experimental data, with apparent kinetic parameters estimated as \'R IND.max\' POT. app\' = 2,79 x \'10 POT.-3\' mg HCHO/mg SSV.h and \'K IND.S\' POT. app\' = 242,8 mg HCHO/L.

Um reator anaeróbio horizontal de leito fixo foi operado a escala de laboratório, visando verificar sua capacidade de degradação de fenol. O RAHLF foi construído em vidro de borosilicato com 100 cm de comprimento e 5,04 cm de diâmetro, preenchido com lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de espuma de poliuretano. Prévio à realização do experimento o reator foi operado com substrato sintético, contendo como fontes de carbono glicose, ácido acético e ácido fórmico, atingida a estabilização da matéria orgânica para uma carga orgânica de 1028 mg/L, correspondente a uma remoção de DQO de 98%, foi iniciada a adição de fenol começando com uma concentração de 50 mg/L como única fonte de carbono. A concentração de fenol adicionada variou de 50 a 1200 mg/L e sua degradação foi avaliada através de determinação cromatográfica, utilizando cromatografia gasosa e parâmetros físico-químicos como pH, ácidos voláteis, alcalinidade e DQO. O RAHLF foi operado com um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 12,3 horas. Com 50 mg/L, após 33 dias o reator atingiu uma remoção de fenol de 97%. Com 100 mg/L e depois de 148 dias de operação não foi detectado fenol no efluente do reator. Com 300 mg/L e após 58 dias de operação o reator apresentou 99% de remoção e uma concentração no efluente de 0,85 mg/L. Com 600 mg/L, 900 mg/L e 1200 mh/L, após 47, 29 e 7 dias de operação o reator alcançou remoções de 99%. Em todas as concentrações foi observado o predomínio de Methanosaeta, Methanobacterium e cocosmetanogênicos. Em relação à bactéria oxidadora de fenol foi observado o predomínio de coco-bacilos. As altas remoções de fenol observadas neste trabalho são devidas provavelmente à utilização de células imobilizadas. / A bench-scale horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor was assayed aiming to verify its potential use for phenol degradation. The HAIB reactor consisted of a bore-silicate tube (100 cm long; 5.04 cm diameter) filled with polyurethane foam matrices containing immobilized anaerobic sludge. Before being subjected to phenol, the reactor was fed with synthetic substrate at the influent chemical oxygen demand (COD) of 1,028 mg/L achieving 98% of COD removal efficiency. Thereafter, phenol as the sole carbon source was added under step-increasing concentrations from 50 to 1,200 mg/L. Phenol degradation was evaluated by gas chromatographic analysis of influent and effiuent samples. Process monitoring included determinations of pH, volatile acids, alkalinity and COD. The HAIB reactor was operated at a constant hydraulic detention time (HDT) of 12,3 hours. After 33 days with 50 mg/L of phenol in the influent, the reactor achieved 97% of phenol removal efficiency. Successful phenol degradation (efficiency removal of 99%) occurred for influem concentrations of 100, 300, 600, 900 and 1,200 mg/L after 148, 58, 47, 29 and 7 days, respectively. The predominance of Methanosaeta, Methanobacterium and methanogenic cocci could be observed in all the operating conditions, besides the presence of phenol-oxidizing microorganisms as irregular rods. The results indicate that phenol degradation at very high rates can be accomplished in HAIB reactors containing acclimatized biomass.

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.

Os metais pesados representam o maior resíduo industrial contaminante de solos, plantas e animais no ecossistema, causando graves efeitos tóxicos ao homem principalmente devido a sua ampla distribuição no ambiente, que tem sido intensificado pela industrialização. Um dos metais pesados mais tóxicos é o cádmio, elemento bastante utilizado em processos industriais, o que o torna um importante contaminante ambiental. Pesquisadores preocupados com problemas associados à poluição ambiental por metais pesados iniciaram estudos com técnicas de biorremediação utilizando microrganismos explorando a capacidade desses na remoção de íons tóxicos do ambiente, dentre eles os fungos. Dentre os vários processos utilizados na remediação do cádmio dos efluentes industriais, um dos mais promissores é a biossorção. Essa técnica tem por base a propriedade dos metais se ligarem a vários materiais biológicos, tais como algas, leveduras, fungos, bactérias e plantas; para retenção, remoção ou recuperação de metais pesados de um ambiente líquido. Dentro desse contexto o fungo Aspergillus sp. foi estudado quanto à sua capacidade de biossorção de cádmio. As pesquisas com Aspergillus sp. demonstram que linhagens dessa espécie possuem grande resistência ao cádmio. No presente trabalho foram avaliados parâmetros para a biossorção de cádmio em soluções artificiais com a utilização de biomassa de duas linhagens do fungo Aspergillus sp. (MSE e CadG1). Dentre estes parâmetros, foram avaliados capacidade de biossorção do micélio em diferentes condições fisiológicas do fungo (biomassa viva ou morta), tempo de residência ideal (0, 4, 8 e 12 horas) para as concentrações de sal de cádmio de 20, 40, 60, 80 e 100 mg.L-1 e os valores de pH 4,0, 7,0 e 10,0 da solução de sal de cádmio. Futuramente, estas linhagens deverão passar por programas de melhoramento genético para uma otimização da eficiência da biossorção. A linhagem MSE mostrou-se superior à linhagem CadG1 em relação a biossorção de cádmio. As biomassas viva e morta não apresentaram diferença estatística significativa entre as médias de biossorção, mostrando que ambas podem ser utilizadas com a obtenção de resultados de biossorção semelhantes, no entanto, na interação entre todos os fatores, os estados fisiológicos diferiram estatisticamente, sendo que a maioria apresentou maiores índices de biossorção de cádmio com a biomassa morta. O tempo de residência que apresentou melhor eficiência foi o de 4 horas para a linhagem MSE e o de 12 horas para a linhagem CadG1. A biossorção é maior, em valores absolutos, quanto maior é a concentração de cádmio na solução e menor, em valores percentuais, quanto maior essa concentração. O pH ótimo para o processo de biossorção é o 7 nas condições avaliadas. / The heavy metals represent the major industrial residues contaminant of soils, plants and animals in the ecosystems, causing a toxic effect to humans, mainly due to the wide spread distribution in environment which is intensified by industrialization process. One of most toxics heavy metals is cadmium, commonly used in industrial process, what make it an important environmental contaminant. Researchers looking at to problems linked to environmental pollution by heavy metals have been studied bioremediation techniques using microorganism, among them, the fungi, exploring their ability in to remove toxic ions from environment. Form various remediation techniques used for cadmium in industrial effluents, the most promising is the biosorption. This methodology is based in the heavy metals linkage to biologic material, like algae, yeasts, fungi, bacteria or plant, to retention, removing or recovery of heavy metals from liquid environment. In this context, Apergillus sp. was studied for it ability to biosorption of cadmium. Previous studies with Aspergillus sp. have revealed that strains from this species have a great resistance to cadmium. In the present work were evaluated parameters for biosorption of cadmium in artificial solutions, using two strains of Aspergillus sp. Among evaluated parameters, there were ability to biosorption of mycelia in different physiological condition (viable or nonliving), ideal residence period (0, 4, 8 and 12 hours) in cadmium salt concentrations of 20, 40, 60, 80 e 100 mg.L-1 and the pH values of 4,0, 7,0 and 10,0. In the future such strains must be applied in genetic breeding programs, to optimize the efficiency in cadmium biosorption. The MSE strain revealed to be better than CadG1 strain for cadmium biosorption. Bioamass live and death do not presented statistical differences between values of biosorption, suggesting that both can be used with satisfactory results for cadmium biosorption. However, studying interactions among all factors, physiological state differ statistically, where the most of them presented bigger indices of cadmium biosorption for usage of death biomass. The best residence period was 4 hours in MSE e 12 hours in CadG1. The biosorption was bigger, in absolute values, as bigger is the cadmium concentration in solution and minor in percentual values, as bigger is this concentration. The best pH for biosorption process is 7,0.

Este trabalho apresenta as avaliações de desempenho, das demandas operacionais e dos fatores intervenientes no aumento da escala da unidade piloto do Reator anaeróbio Horizontal de Leito Fixo (RAHLF) no tratamento de esgoto sanitário após passagem por peneira com malha de 1 mm, durante dois anos de operação. O reator dispunha de volume total de 237,5 1, construídos com tubos comerciais de PVC de 14,5 cm de diâmetro (D), dispostos em cinco módulos horizontais em série de 2,88 m, perfazendo um comprimento total de (L) de 14,4 m e relação de total de L/D de 100. O suporte de imobilização de biomassa, espuma de poliuretano em matrizes cúbicas de 1 cm de aresta, mostrou-se adequado ao desenvolvimento do biofilme. Em partida, sem inoculação prévia, ocorreu a sua consolidação a partir de 70 dias, com predominância de morfologia semelhante a Methanosaeta sp. em relação a da Methanosarcina. Em torno de 90 dias com afluente de 350 mg/l de DQO, observe-se a melhor qualidade do efluente, com valor de 100 mg/l de DQO. Em longa operação ocorreu queda de rendimento e menor reprodutibilidade das previsões do projeto, atribuída aos constantes entupimentos e ineficácia das operações de limpeza, com o comprometimento de volume reacional verificados por estudos de hidrodinâmica. Da investigação das origens dos equipamentos observou-se tratar mais de um efeito local e qualitativamente relacionado à biomassa retida que propriamente quantitativo e extensivo ao longo de todo reator, com produção continuada de polímeros extracelulares, promovendo um efeito sinérgico com os predominantes organismos filamentosos e com os sólidos particulados retidos no leito. Diante das potencialidades desta configuração de reator apontam-se alternativas de mitigação dos entupimentos e o direcionamento dos estudos necessários para novo aumento de escala para o tratamento de esgoto sanitário. / This work evaluated the performance, the operational demands and the intervenient factors in the scale-up of the horizontal flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor pilot unit, treating domestic sewage previously screened. The operation was monitored for two years. The five- module (2.88 m length each) reactor volume was 237.5 liters and it was built with commercial PVC pipes of 14.5 cm of diameter (D), resulting in a total length (L) of 14.4 m and in a total ratio L/D of approximately 100. The immobilization support, cubic matrices of polyurethane foam (1 cm edge), showed to be suitable for the anaerobic biofilm development. During the start-up, without previous inoculation, the biofilm seemed to be consolidated after 70 days, and Methanosaeta sp. morphology predominated, in detriment of Methanosarcina. With an affluent of 350 mg COD/L, the best reactor performance was observed in about 90 days of operation (100 mg COD/L in the effluent). However, with the continuous operation, its performance decreased and the project predictions did not seem to fit anymore. These facts were probably due to the frequent cloggings ant the inefficiency of the backwashing procedures, leading to a decreasing of the operational volume. The origin of the clogging seemed to be related to the extracellular polymer production, linked to a synergic effect with the filamentous organisms and the particulate solids in the bed. Despite these operational problems, there were found alternatives to mitigate the clogging, and studies about a new scale-up methodology, in order to treat domestic sewage, were strongly recommended.