Made available in DSpace on 2017-05-12T14:48:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carla Limberger Lopes_protegido.pdf: 1510356 bytes, checksum: 558cae02592904f9e836e71f9aa4036f (MD5) Previous issue date: 2011-07-01 / This study aimed to evaluate the influence of air flow (0.25, 0.50 and 0.75 L.min-1.Lreator-1) and cycle time (11.35 h, 15.15 h and 18.25 h) in the performance of a sequencing batch reactor (SBR) to promote nitrification and denitrification of wastewater from slaughterhouse's poultry and refrigerator. The operation included the steps of feeding, aerobic and anoxic reaction, sedimentation, discharge and rest. SBR was operated on a laboratory scale with a working volume of 4 L, keeping 25% of biomass retained in the reactor as an inoculum for the next batch. The "manipueira" was added as a carbon source at the beginning of anoxic phase in order to keep the C: N ratio between 5 and 6. During this process, parameters monitored included: pH, alkalinity, dissolved oxygen and temperature. It was developed a factorial design (22) with five repetitions at the central point to check the influence of the response variable removal of total inorganic nitrogen (NH4+-N + NO2--N + NO3--N) in the whole process (%). Data were analyzed with 95% confidence, and experimentally, a higher removal of total inorganic nitrogen (85.75%) on average was observed when using air flow of 0.50 L.min-1.Lreator-1 in time cycle of 15.15 h. However, there was no statistically significant factor for the air flow, and during the progress of study, this variable was kept stable at 0.25 L.min-1.Lreator-1 while the cycle time was gradually increased until efficiency in the removal of constant nitrogen could be observed, which occurred at time 15.1 h with 92.78% in removal efficiency of total inorganic nitrogen. / Esta pesquisa teve por objetivo avaliar a influência da vazão de ar (0,25, 0,50 e 0,75 L.min-1.Lreator-1) e do tempo de ciclo (11,35 h, 15,15 h e 18,25 h) no desempenho de um reator em bateladas sequenciais (RBS), em promover a nitrificação e a desnitrificação de água residuária de abatedouro e frigorífico de aves. A operação contemplou as etapas de alimentação, reação aerada e anóxica, sedimentação, descarte e repouso. O RBS foi operado em escala de laboratório com volume útil de 4 L, mantendo-se 25% da biomassa no reator, como inóculo para a próxima batelada. A manipueira foi adicionada como fonte de carbono no início da fase anóxica, de modo a manter a relação C:N entre 5 e 6. Durante o processo foram monitorados os parâmetros pH, alcalinidade, oxigênio dissolvido e temperatura. Elaborou-se um planejamento fatorial (22) com cinco repetições no ponto central para verificar a influência dos fatores na variável resposta remoção de nitrogênio inorgânico total (N-NH4++N-NO2-+N-NO3-) no processo completo (%). Os dados foram analisados com 95% de confiança e, experimentalmente, a maior remoção de nitrogênio inorgânico total (85,75%) em média foi observada quando se utilizou vazão ar de 0,50 L.min-1.Lreator-1, no tempo de ciclo de 15,15 h. Entretanto, não foi verificada significância estatística para o fator vazão de ar e, na continuidade do estudo, esta variável foi mantida estável em 0,25 L.min-1.Lreator-1, enquanto o tempo de ciclo foi gradativamente elevado até ser observada eficiência de remoção de nitrogênio constante, o que foi verificado a partir do tempo de 15,1 h com 92,78% na eficiência de remoção de nitrogênio inorgânico total.

Els lixiviats d'abocadors urbans són aigües residuals altament contaminades, que es caracteritzen per les elevades concentracions d'amoni i el baix contingut de matèria orgànica biodegradable. El tractament dels lixiviats a través dels processos de nitrificació-desnitrificació convencionals és costós a causa de la seva elevada demanda d'oxigen i la necessitat d'addició d'una font de carboni externa. En els darrers anys, la viabilitat del tractament d'aquest tipus d'afluents per un procés combinat de nitritació parcial-anammox ha estat demostrada. Aquesta tesi es centra en el tractament de lixiviats d'abocador a través d'un procés de nitritació parcial en SBR, com un pas preparatori per a un reactor anammox. Els resultats de l'estudi han demostrat la viabilitat d'aquesta tecnologia per al tractament de lixiviats d'abocador. El treball va evolucionar des d'una escala inicial de laboratori, on el procés va ser testat inicialment, a uns exitosos experiments d'operació a llarg termini a escala pilot. Finalment, la tesi també inclou el desenvolupament, calibració i validació d'un model matemàtic del procés, que té com a objectiu augmentar el coneixement del procés. / Urban landfill leachate are highly contaminated wastewater, usually characterised by high ammonium concentrations and low biodegradable organic matter content. Treating leachate through conventional nitrification-denitrification processes is expensive due to its high oxygen demand and the requirement of a supplementary external carbon source. In recent years, the feasibility of treating such streams with a low C:N ratio by a combined partial nitritation-anammox process has been demonstrated. This thesis deals with the treatment of landfill leachate by a partial nitritation-SBR, as a preparative step for an anammox reactor. The results of the study have demonstrated the feasibility of this technology for the treatment of landfill leachate. The work evolved from initial lab-scale studies, where the process was first tested, to a successful long-term experiment at pilot-scale. In addition, the thesis also includes the development, calibration and validation of a mathematical model of the process, aiming at increasing process knowledge.

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

No processo de lodos ativados por batelada, a definição de um ciclo operacional é de fundamental importância para o bom funcionamento de uma estação de tratamento de esgotos que utiliza esse tipo de tratamento. A adoção de um ciclo adequado pode trazer vários benefícios como o aumento da eficiência de tratamento, a introdução da remoção da matéria nitrogenada, por meio dos processos de nitrificação e desnitrificação do efluente e até diminuir o consumo de energia que é relativamente alto nesse tipo de tratamento. Foi aplicada então, a definição do ciclo operacional à ETE Bueno de Andrada que utiliza o processo de lodos ativados por batelada aeróbio para o tratamento da fase líquida. Foram experimentados alguns ciclos de operação com tempos e estratégias diferentes, variando-se os tempos de aeração, mistura, enchimento ou sedimentação. A aplicabilidade de cada estratégia de ciclo foi avaliada em termos da eficiência de remoção da matéria orgânica carbonácea, retratada com as análises de DBO e DQO do esgoto afluente e do efluente final. Foi desenvolvido também, o processo de automação da ETE Bueno de Andrada com o estudo e ajuste de um programa computacional que gera um arquivo de controle utilizado para controle do ciclo de operação dos SBRs. Os resultados mostraram que os ciclos operacionais entre 10 e 12h, consegue-se uma eficiência de remoção da matéria orgânica carbonácea entre 95 e 97%. / The definition of an adequate operational cycle for the batch activated sludge process is of fundamental importance for the proper operation of a sewage treatment plant. The use of a suitable cycle can bring many benefits namely the increase of the treatment efficiency, the introduction of the nitrogen organic material removal through the nitrification and denitrification process of the eflluent and the decrease of energy consumption that is relatively high in this process. The operational cycle definition is then applied to the Sewage Treatment Plant of Bueno de Andrada that use the aerobic batch activated sludge process for the liquid phase treatment. Some operational cycles are experimented with different times and strategies, changing the aeration, rnixture, filling or sedimentation times. The applicability of each cycle strategy was checked by the carbon organic material removal efficiency, measured through the BOD and COD analyses of the influent sewage and the treated eflluent. It was developed, too, the automation process of the Sewage Treatment Plant of Bueno de Andrada, cornplementing and adjusting the control computer program for the PLC that controls the SBRs operational cycle. The results showed that with operational cycles between 10 and 12 hours, the removal efficiency of the carbon organic material was between 95 and 97%.

Este trabalho apresenta o desempenho de um sistema de reatores seqüenciais em batelada aeróbio/anaeróbio, na remoção de matéria carbonácea (DQO) e nitrogenada, no tratamento de esgoto sanitário sintético, simulando esgoto doméstico. O sistema era composto por dois reatores dispostos em série, um aeróbio (RSBAe), responsável pela remoção de matéria carbonácea e nitrificação e outro, anaeróbio (RSBAn), responsável pela desnitrificação. Os reatores foram construídos em acrílico transparente, com volume total de 16,5 L e volume útil de 13,5 L. A operação dos reatores foi realizada com ciclos de 12h e 24h, na fase de adaptação, e de 24h, nas fases subseqüentes. O RSBAn foi agitado intermitentemente recirculando-se o biogás produzido e o RSBAe foi aerado/misturado continuamente. Foram testadas, como fontes de carbono para a desnitrificação, seis diferentes substratos, sendo que eram compostos por combinações dos constituintes do substrato sintético (variações percentuais de proteínas, carboidratos e lipídeos em termos de DQO), e as outras duas, metanol e etanol. A eficiência atingida, na remoção de DQO, foi em média de 95%, e as eficiências alcançadas na nitrificação e desnitrificação foram em média de 99%, para qualquer uma das fontes de carbono utilizadas. / This work presents the performance of (aerobic/anaerobic) sequencing batch reactors in the removal of carbonaceous (COD) and nitrogen matter treating synthetic substrate, simulating domestic wastewater. The system was composed of two reactors in series, one aerobic (RSBAe), responsible for the carbonaceous and nitrogen removal and another, anaerobic (RSBAn), responsible for denitrification. The reactors were built in transparent Plexiglas with total volume of 16,5 L and useful volume of 13,5 L. The reactors operation was carried out with cycles of 12h and 24h, in the adaptation phase, and 24h, in the other phases. The RSBAn were agitated intermittently by recycling the produced biogas and the RSBAe were aerated/agitated continuously. Six different subtracts were tested as carbon sources for denitrification four of them were composed by synthetic substrate combinations (percent variations of protein, carboidrates and lipids as COD) and the other two, methanol and ethanol. The COD removaI efficiency, in the COD removal, was about 95%, and the achieved efficiency in the nitrification and denitrification were about 99%, for any of the carbon source assayed.

Submeteu-se um reator anaeróbio operado em batelada seqüencial a diferentes tempos de enchimento, com o objetivo de verificar-se o desempenho do sistema. O reator, construído em acrílico e com capacidade de 6,3 L, tratou por ciclo um volume de 2,5 L de esgoto sintético com concentração de aproximadamente 500 mgDQO/L. O sistema foi operado à temperatura de 30 graus mais ou menos 1, com duração de 8 h para cada ciclo (tC) e agitação de 500 rpm implementada mecanicamente. Cubos de espuma de poliuretano foram usados como suporte para imobilização da biomassa. No início de cada ciclo, o reator foi carregado com 60 % do volume do esgoto; o restante foi preenchido durante tempos de enchimento (tF) que caracterizaram as diferentes estratégias de alimentação. Os resultados obtidos demonstram que para razões tF/tC <= 0,5 o sistema alcança médias de remoção de matéria orgânica acima de 75 % e 70% para amostras filtradas e não filtradas, respectivamente. Nos ensaios em que tF/tC > 0,5, registrou-se perda na eficiência e formação de polímeros extracelulares, apesar da estabilidade observada. O estudo contribuiu para o melhor entendimento do sistema e definição de técnicas de operação em futuras aplicações. / An anaerobic sequencing batch reactor was operated at different fill times with the objective to asses system performance. The reactor, made of plexiglas and with a capacity of 6.3 L, treated per cycle 2.5 L of synthetic wastewater with a concentration of nearly 500 mgCOD/L. The system was operated at a temperature of 30oC, with 8-h cycles (tC) and mechanical agitation rate of 500 rpm. Cubic particles of polyurethane foam were used as support material for anaerobic biomass immobilization. At the start of each cycle, the reactor was fed with 60 % of the wastewater volume, the remainder was filled at different feeding times (tF) that characterized the different feeding strategies. The results obtained showed that for a ratio of tF/tC <= 0.5 the system attained average filtered and non-filtered substrate removal efficiency of 75 % and 70 %, respectively. Ratios of tF/tC > 0.5, resulted in loss in efficiency and formation of extra cellular polymers, in spite of system stability. The study contributed to a better understanding of the system and definition of operational techniques for future applications.

Estudou-se nesta pesquisa o processo de lodos ativados para pós-tratamento do efluente proveniente de um reator anaeróbio compartimentado, que recebe esgoto sanitário. Isso se deu em vários ensaios em sistema descontínuo (\"batch\'\') para avaliar a biodegradabilidade dessa água residuária e em um ensaio em sistema contínuo com finalidade de melhorar a qualidade do efluente final e determinar os coeficientes cinéticos, os parâmetros a\' e b \', a taxa de utilização de oxigênio e o coeficiente &#945. Também realizaram-se ensaios hidrodinâmicos para verificação do tipo de reator utilizado. A pesquisa desenvolveu-se com base em uma célula de aeração, em escala de laboratório, composta por quatro câmaras (reatores) que possuíam tanque de aeração e decantador secundário justapostos, separados por uma cortina fixa. Não houve controle de temperatura nos dois sistemas utilizados. No ensaio em sistema contínuo quatro reatores foram operados simultaneamente com as respectivas idades do lodo de 5, 10, 15 e 20 dias durante 35 dias. O tempo de detenção hidráulico foi mantido próximo de 8 horas. Nesse ensaio os reatores quando se encontravam estabilizados dinamicamente, apresentaram remoção superior a 95% para DBO bruta, 90% para DBO filtrada, 87% para DQO bruta, 80% para DQO filtrada e 95% para SST. Mesmo não sendo realizado processo adicional para remoção de nutrientes, os reatores, após a estabilização dinâmica, apresentaram remoção de fosfato de até 28% e de nitrogênio amoniacal até níveis de não serem detectados pelos métodos de análises utilizados. Os ensaios hidrodinâmicos mostraram que os reatores são do tipo mistura completa. / In this work the activated sludge process for post-treatment of effluent anaerobic baffled reactor which receives sanitary sewage was studied. This was established during various experiments in batch system to evaluate the biodegradable of this wastewater and also in an experiment of continuous system aiming to improve the quality of the final effluent and to determine the kinetic coefficients, the a\' and b\' parameters, the oxygen uptake rate and the &#945 coefficient. Hydrodynamic tests to verify the type of reactor used in this research were also perfonned. The work was developed and based on an aeration cell bench-scale, composed of four chambers (reactors) which had an aeration tank and a secondary settling tank in the same chamber, separated by a fixed baffle. Temperature control was not used in both systems. In the experiment of continuous system, four reactors were simultaneously operated with sludge age of 5, 10, 15 and 20 days during 35 days. The hidraulic retention time was maintained at around 8 hours. When the reactors were dynamically stabilized, they showed an average removal superior to 95% for BOD (biochemical oxygen demand), 90% for filtrated BOD, 87% for COD (chemical oxygen demand), 80% for filtrated COD and 95% for TSS (total suspended solids). Without additional process of nutrient removal, after the dynamic stabilization the reactors presented up to 28% of total phosphate removal and ammonia nitrogen up to levels of not being detected by the analyses methods used. The hydrodynamic tests showed that the reactors are of the complete-mix type.

O avanço da tecnologia anaeróbia para tratamento de esgotos deve ser creditado em grande parte ao desenvolvimento dos modernos reatores de alta taxa de aplicação orgânica, com os maiores méritos ao filtro anaeróbio ascendente e principalmente, à configuração do UASB. A evolução dos reatores levou à busca para maximizar a aplicação prática para aproveitar todas as potencialidades dos processos anaeróbios. Todas as modernas configurações têm em comum a preocupação em atender requisitos essenciais em um reator: formação e retenção de grande quantidade de biomassa e melhoria do contato biomassa/matéria orgânica. Esta pesquisa tem como principal objetivo avaliar dois reatores anaeróbios, operados em batelada seqüencial e periodicamente aerados, como unidade de tratamento das águas residuárias geradas no campus da Universidade de São Paulo em São Carlos. Um dos reatores contém biomassa imobilizada em espuma de poliuretano e o outro é operado com biomassa suspensa ou auto-imobilizada, sem utilização de suporte inerte. Os sistemas, na primeira etapa operacional, anaeróbia, apresentaram remoção de matéria orgânica, com eficiências médias para espuma de 61% (ASBBR) e grânulos de 56% (ASBR) e eficiências na remoção de sólidos iguais a 62% de SST e 65% de SSV no ASBBR e 56 % de SST e 61% de SSV no ASBR. Na segunda etapa operacional, anaeróbia e aeróbia, os reatores ASBR e ASBBR, mostrou que a estratégia de operação com etapa anaeróbia seguida por período com aeração não foi adequada para remoções de matéria orgânica e nitrogênio. Os reatores operaram com grande instabilidade e baixas eficiências de remoção de matéria orgânica, abaixo das observadas em reator operado de forma anaeróbia. / The advance of anaerobic technology for wastewater treatment should be credited in great part to the development of the modern reactors with high rates of organic application, with merit to the ascendant anaerobic filter and mainly to the UASB configuration. The evolution of reactors led to the search to maximize the practical aplication to make the best use of all the potentialities of the anaerobic processes. All the modern configurations have in common the preoccupation to deal with essential requisites in a reactor: formation and retention of a large quantity of biomass and improvement in the biomass/organic matter contact. This research prime objective is to evaluate two anaerobic reactors, operated in sequential batch and periodically aerated, as unity of treatment of wastewaters generated at the campus of the University of São Paulo in São Carlos. One of the reactors contains biomass immobilized on polyurethane foam and the other is operated with suspended or autoimmobilized biomass, without the use of inert support. The systems, in the first operational step, anaerobic, presented organic matter removal, with medium efficiencies for foam of 61% (ASBBR) and granule of 56% (ASBR) and efficiencies in the removal of solids equal to 62% of TSS and to 65% of VSS in the ASBBR and to 56% of TSS and to 61% of VSS in the ASBR. In the second operational step, anaerobic and aerobic, the ASBBR and ASBR reactors showed that the strategy of operation with anaerobic step followed by a period with aeration was not adequate for the removal of organic matter and nitrogen. The reactors operated with great instability and low efficiency of organic matter removal, with results below of the ones observed in a reactor operated in the anaerobic way.

Submitted in fulfillment of the requirements for the degree of Master of Engineering, Department of Chemical Engineering, Durban University of Technology, Durban, KwaZulu-Natal, South Africa, 2017. . / One of the major effects of socio-economic change due to industrialisation is the generation of industrial wastewater, which requires treatment before being released into the environment. Laboratory-scale aerobic sequencing batch reactors under suspended-growth heterotrophic activated sludge were operated in different aeration configurations to study their effect on the treatment of wastewater generated by a local brewery. The main purpose of this study was to evaluate the performance of the two laboratory-scale aerobic sequencing batch reactors treating brewery wastewater under continuous low-oxygen dosing concentration and cyclic aeration schemes on SBR operation. The characterisation of brewery wastewater was undertaken to assess the physicochemical composition of the wastewater produced from one of the breweries in South Africa (SAB). The data showed distinctive characteristics of brewery wastewater, which coincided with studies previously carried out on characterisation of brewery wastewater. The COD average concentration of the brewery influent was 7100 mg/L, with average pH values of 7. The BOD and the total solids content of the brewery wastewater influent from the facility were both high, implying that the influent was very rich in organic content and its discharge into water-receiving bodies or the municipal treatment plant could have adverse effects. From these results, a need for a competitive treatment technology was clearly highlighted so as to carry out a feasible treatment of the influent for the brewery industry. The aerobic sequencing batch reactors were designed, fabricated and set up for laboratory-scale treatment of wastewater from the brewery for 15 weeks. The performance of the two SBR configurations was determined with reference to COD, BOD, TS, VS and TSS. The experimental results demonstrated that wastewater generated from the breweries can be treated successfully using both aeration configurations. The results obtained indicated that treatment efficiencies in terms of COD and BOD were 94 % and 85 % respectively, for the reactor operated under continuous aeration configuration, while 81 % and 65 % was achieved for the reactor operated in the cyclic aeration scheme. The findings from this study demonstrate that the performance of the reactor operated under the continuous aeration scheme was successful, and showed statistically significant differences from the performance of the reactor operated under cyclic aeration schemes. These findings imply that there is a potential for the equipment, including financial benefit as a result of operating aerobic sequencing batch reactors for treating brewery wastewater under continuous low-oxygen concentration dosing schemes. In this study, it was also established that the maximum COD removal could be reached at an optimum hydraulic retention times of 5 days for both reactors. This was based upon viewing the experimental data; it appeared that the most significant difference in percentage COD removal was for HRTs 3 days and 4 days. Although, due to less percentage COD removal observed from HRTs 5 days till 7 days, it was hence established that the optimum removal of high strength organics in the brewery wastewater could be achieved within 5 days of treatment time. The pH adapted at an average of 7 for all batch experimentations of the study. The temperature maintained an average of 23 oC ambient, throughout the experimental period. These physical parameters ensured that the microbial population was kept healthy, without inhibiting its biological degradation activity. Although, sludge build up was observed in both aerobic SBRs on completion of each batch operation due to solids retention and organic pollutants biodegradation from the brewery wastewater. It was perceived that frequently reseeding both aerobic SBRs, as an alternative to 28 days sludge retention time would enhance the recovery of biomass, thus improving the overall removal of TSS consequently minimising sludge bulking in both reactors. / M

Neste trabalho de doutorado utilizou-se um reator anaeróbio em batelada seqüencial contendo biomassa imobilizada em matrizes cúbicas de espuma de poliuretano e agitação mecânica, com volume total de 5.5 L e volume útil de 4.5 L. A agitação do meio líquido foi realizada com quatro tipos de impelidores (turbina tipo hélice, lâminas planas, lâminas planas inclinadas e lâminas curvas, testados individualmente, sempre em número de 3), com 6 cm de diâmetro. A pesquisa foi realizada em quatro etapas experimentais. A etapa 1 objetivou determinar o tempo de mistura no reator para cada tipo de impelidor, ou seja, o tempo necessário para que o meio líquido ficasse totalmente homogêneo. A etapa 2 objetivou selecionar o tipo de impelidor e a respectiva intensidade de agitação que garantisse a minimização da resistência à transferência de massa externa no sistema. As intensidades de agitação testadas variaram de 200 a 1100 rpm, dependendo do tipo de impelidor. A etapa 3 foi realizada com tipo de impelidor e intensidade de agitação definidos na etapa 2, mas variando-se o tamanho da biopartícula (0,5, 1,0, 2,0 e 3,0 cm de aresta). O objetivo desta etapa foi selecionar o tamanho de biopartícula que minimizasse a resistência à transferência de massa interna. De posse das condições operacionais otimizadas (tipo de impelidor, intensidade de agitação e tamanho de partícula de suporte), a etapa 4 constituiu na aplicação das mesmas para o tratamento de um resíduo real, sendo escolhida água residuária de suinocultura. Na etapa 1, os resultados mostraram que os tempos de mistura para todos os tipos de impelidores foram desprezíveis em relação ao tempo total de ciclo. A etapa 2 revelou tempos de partida muito curtos (cerca de 20 dias), em todas as condições testadas, sendo atingidas remoções de DQO próximas de 70%. Além disso, o tipo de impelidor exerceu grande influência na qualidade final do efluente, fato este claramente constatado quando as frações de DQO foram consideradas separadamente (filtrada e suspensa). De acordo com os resultados obtidos na etapa 3, o tamanho da biopartícula teve influência decisiva no desempenho do sistema, nas condições testadas. As velocidades de dissolução foram aparentemente influenciadas pelo empacotamento do leito de espuma, enquanto que o consumo da fração de DQO correspondente às amostras filtradas foi provavelmente influenciado por fatores mais complexos. Finalmente, o teste realizado com resíduo diluído de suinocultura demonstrou que a operação do reator em estudo para o tratamento deste tipo de água residuária é possível. Os dados operacionais mostraram que o reator permaneceu estável durante o período testado. A agitação mecânica provou ser eficiente para melhorar a degradação da DQO suspensa, um dos maiores problemas no tratamento deste tipo de água residuária. Sendo assim, de acordo com os dados experimentais obtidos ao longo do trabalho, pode-se afirmar que a agitação em reatores em batelada mostrou-se importante não somente para proporcionar boas condições de mistura ou melhorar a transferência de massa na fase líquida, mas também para melhorar a solubilização da matéria orgânica particulada, melhorando as velocidades de consumo de matéria orgânica. / The bench-scale anaerobic sequencing batch reactor containing immobilized biomass and provided with mechanical stirring employed in this work had total and useful volumes of 5.5 and 4.5 L, respectively. The biomass was immobilized on cubic polyurethane foam matrices, and the agitation of the liquid medium was provided by four types of impellers (propeller, flat-blade, pitched-blade and curved-blade turbines, individually tested, always in a set of three), with 6 cm of diameter. The research was divided into 4 experimental steps. The first one aimed at determining the mixing time in the reactor for each sort of impeller, i.e., the time necessary for the system to be completely homogeneized. As for the second step, its objective was to choose the sort of impeller and the agitation rate suitable for minimizing the external mass-transfer resistance. The agitation rates tests ranged from 200 to 1100 rpm, depending on the impeller type. The step 3 was carried out utilizing the chosen impeller and agitation rate, but varying the bioparticle size (0.5, 1.0, 2.0 and 3.0 cm of side). The aim of these experiments was to determine the bioparticle size that minimized the solid-phase mass transfer. Using these optimized operational conditions (type of impeller and bioparticle size), the step 4 consisted of the utilization of them in the treatment of a real wastewater (diluted swine manure). As for the results, step 1 showed the mixing times were very low compared to the total cycle times employed in the experiments (8 and 24 h). Very short start-up periods were revealed by the second experimental part (about 20 days in average) for all conditions tested, and the removal efficiencies reached approximately 70%. Besides that, the impeller type exerted great influence on the final quality of the effluent, fact clearly observed when the COD fractions were analyzed separately (filtered and suspended). According to the data obtained in the step 3, the bioparticle size influenced decisively on the performance of the system, in the conditions tested. The bed packing apparently influenced the dissolution rates, whereas the consumption of the COD correspondent to the filtered samples was defined by more complex factors. Finally, the test with the diluted swine manure demonstrated that the operation of this reactor with this type of wastewater is feasible, as the operational data showed the reactor remained stable during all the period tested. The mechanical stirring proved to be efficient to improve the degradation of the suspended COD, one of the major problems in the treatment of this type of wastewater. In this sense, according to the experimental data obtained in this work, it can be affirmed the mechanical stirring in anaerobic sequencing batch reactors showed to be not only important to provide good mixing conditions and improve the liquid phase mass transfer, but also to improve the solubilization of the particulate organic matter and increase the overall organic matter consumption rates.