Esta pesquisa objetivou enriquecer biomassa capaz de realizar a oxidação anaeróbia do amônio (anammox) utilizando inóculo proveniente de reator nitrificante-desnitrificante, com a finalidade de estabelecer biofilme nitrificante-anammox em reator de leito fixo. O enriquecimento foi realizado em reator operado em bateladas sequenciais (RBS), com volume útil de 5 L e tempo de ciclo, inicialmente, de 56 h, e depois, sem tempo predeterminado (estratégias I e II). Após 89 dias de operação, 27,2 mg de \'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\'/L e 32,1 mg de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L foram consumidos concomitantemente. A estratégia III consistiu de batelada alimentada com ciclos de sete dias com afluente contendo 210 mg de cada composto nitrogenado. Na última estratégia (IV) a operação foi com ciclos de 24 h. Nessa etapa, a carga nitrogenada aplicada (CNA) foi aumentada de 155 g de \'N\' (\'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\' \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\')/\'M POT.3\' dia para 1.405,7 g de \'N\'/\'M POT.3\' dia com eficiências de conversão de nitrogênio de 91,7% e 98,0%, respectivamente. Essa biomassa foi inoculada em reator de leito fixo ascendente (RLF) visando estabelecimento da biomassa anammox em meio suporte (PEBD). Sob tais condições foi obtido eficiência de conversão de nitrogênio de 97,6% e carga nitrogenada removida média de 598,5 \'+ OU -\' 22,5 g \'N\'/\'M POT.3\' dia. Após estabelecimento de biomassa anammox, foi adicionado lodo ativado da indústria Volkswagen (São Carlos-SP) para formação de biofilme nitrificante-anammox. Nessa fase, a remoção de nitrogênio foi de 19,2% para CNA de 112,2 g \'N\'/\'M POT.3\' dia. A atividade anammox específica máxima foi 33,5 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/g SSV h com a biomassa submetida à 50 rpm. Paralelamente ao processo de enriquecimento, foi verificada a influência de micronutrientes em condições nitrificantes em três quimiostatos, nas seguintes condições: Q1 alimentado com meio contendo solução de micronutrientes completa, Q2 alimentado sem solução de micronutrientes e Q3 alimentado com solução de micronutrientes sem o elemento Boro (quimiostato experimental). Nas três condições a estabilidade foi atingida com 11 dias de operação com conversão média de nitrogênio amoniacal de 99 \'+ OU -\' 1,5%, 94,6\'+ OU -\' 6,3% e 93,3\'+ OU -\' 7,3%, para Q1, Q2 e Q3, respectivamente, para 79 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L afluente. Após 450 dias de operação do RBS foi constatado semelhança do clones com Brocadia anammoxidans, Planctomycetes, Proteobacteria, Chlorobi, Nitrospira, filo Chloroflexi e ao filo candidato OP 11. A composição microbiana encontrada no RLF com 139 dias de operação (final da fase anammox) foi de 48% dos clones relacionados à B. anammoxidans, 4% relacionados à Planctomycetes não cultivados, 12% relacionados à Proteobacteria, 8% relacionados à Chlorobi, 24% relacionados à Nitrospira, 4% relacionados ao filo Chloroflexi. Pode-se concluir que a biomassa aderida em PEBD selecionou positivamente microrganismos anammox e Nitrospira e negativamente aos filamentos relacionados ao filo Chloroflexi. / This research aimed to enhance biomass capable of performing anaerobic ammonia oxidation (anammox) using inoculum from nitrifying-denitrifying reactor, with the goal of establishing nitrifying-anammox biofilm in fixed bed reactor. The enrichment was performed in sequencing batch reactor (SBR), with a volume of 5 L and cycle time, initially, 56 h, and then, without pre-set time (strategies I and II). After 89 operation days, 27.2 mg \'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\'/L and 32.1 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L were consumed concomitantly. The strategy consisted of fed batch III with seven days cycles with influent containing 210 mg of each nitrogen compound. The last strategy (IV) was with 24 h/cycle. At this strategy, the nitrogen applied load (NAL) was increased from 155 \'N\' (\'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\' + \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\')/\'M POT.3\' to 1405.7 g \'N\'/\'M POT.3\' day with conversion efficiencies of 91.7% nitrogen and 98.0%, respectively. This biomass was inoculated into fixed bed reactor up (FBR) in order to establish the anammox biomass in support medium (LDPE). Under such conditions was obtained nitrogen conversion efficiency of 97.6% and nitrogen load removed an average of 598.5 \'+ OU -\' 22.5 g \'N\'/\'M POT.3\' day. After establishment of anammox biomass it was added activated sludge - Volkswagen industry (São Carlos-SP) - for nitrifying-anammox biofilm. At that stage the removaI of nitrogen was 19.2% to 112.2 g CNA \'N\'/\'M POT.3\' day. Simultaneously to enrichment process, was verified the influence of micronutrients in nitrifying conditions in three chemostats, as follows: Q1 fed with medium containing micronutrients solution complete feeds without Q2 and Q3 micronutrients solution fed micronutrients solution without the element Boron (chemostat experiment). In the three conditions stability was achieved with 11 days of operation with average conversion of ammonia nitrogen of 99 \'+ OU -\' 1.5%, 94.6 \'+ OU -\' 6.3% and 93.3 \'+ OU -\' 7.3% for Q1, Q2 and Q3 respectively for 79 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L. After 450 days of operation of the RBS was found similarity of clones with Brocadia anammoxidans, Planctomycetes, Proteobacteria, Chlorobi, Nitrospira, Chloroflexi phyla and candidate phylum OP 11. The microbial composition found in the FBR with 139 days of operation (end of anammox phase) was 48% of clones related to B. anammoxidans, 4% related to uncultured Planctomycetes, Proteobacteria related to 12%, 8% related to Chlorobi, 24% related to Nitrospira, 4% related to the phylum Chloroflexi. It can be concluded that biomass adhered to LDPE selected anammox microorganisms and Nitrospira positively, and negatively to the filaments related to the Chloroflexi phylum.

En aquesta tesis s'ha desenvolupat un sistema de control capaç d'optimitzar el funcionament dels Reactors Discontinus Seqüencials dins el camp de l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals. El sistema de control permet ajustar en línia la durada de les etapes de reacció a partir de mesures directes o indirectes de sondes. En una primera etapa de la tesis s'ha estudiat la calibració de models matemàtics que permeten realitzar fàcilment provatures de diferents estratègies de control. A partir de l'anàlisis de dades històriques s'han plantejat diferents opcions per controlar l'SBR i les més convenients s'han provat mitjançant simulació. Després d'assegurar l'èxit de l'estratègia de control mitjançant simulacions s'ha implementat en una planta semi-industrial. Finalment es planteja l'estructura d'uns sistema supervisor encarregat de controlar el funcionament de l'SBR no només a nivell de fases sinó també a nivell cicle. / In this Thesis a control system has been developed which permits optimizing the performance of the Sequencing Batch Reactors (SBR) within the field of organic matter and nitrogen removal from the wastewater. This control system is based on the on-line adjustment of the length of the reaction phases using directly or indirectly the data acquired from the sensors. In a first stage of the Thesis the calibration of the activated sludge models is studied what permits obtaining models for testing different operating and control strategies. From the analysis of historical data several options for controlling the SBR are obtained and most suitable is tested using a simulation approach. Afterwards, the control strategy is implemented in a semi-industrial plant obtaining promising results. Finally, a proposal for a supervisory control system is presented which can be in charge of controlling the performance of the SBR not only at a phase level but also at cycle level.

In the last decades, the awareness of environmental issues has increased in society considerably. There is an increasing need to improve the effluent quality of domestic wastewater treatment processes. This thesis describes the application of the Sequencing Batch Reactor (SBR) technology for Biological Nutrient Removal (BNR) from the wastewater. In particular, the work presented evolves from the nitrogen removal to the biological nutrient removal (i.e. nitrogen plus phosphorous removal) with special attention to the operational strategy design, the identification of possible reactor cycle controls or the influent composition related to the process efficiency. In such sense, also the use of ethanol as an external carbon (when low influent Carbon:Phosphorus (C:P) or Carbon:Nitrogen (C:N) ratios are presented) are studied as an alternative to maintain the BNR efficiency.

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

Orientador: Carlos Gomes da Nave Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-07T08:45:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Higa_MarciaFernanda_M.pdf: 694032 bytes, checksum: 6aeb2dc109b978afe0fa9cd54037a168 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O presente trabalho teve como objetivo principal a investigação do potencial de utilização de reatores de lodos ativados intermitentes para o tratamento conjunto de diversos tipos de águas residuárias geradas na indústria de catalisadores químicos Degussa, localizada no município de Americana - SP, incluindo-se os esgotos sanitários. Foram utilizados reatores de bancada e estudadas duas idades de lodo, simulando-se a aeração convencional e aeração prolongada. Foram investigados também quatro cenários possíveis, ou seja, quatro amostras compostas distintas de efluentes, de serem implantados em escala real. Os resultados obtidos mostraram que o sistema de aeração prolongada foi preferível em todas as situações estudadas, e que três dos cenários foram adequados ao tratamento biológico de lodos ativados por batelada, uma vez que apresentaram eficiências de redução dos valores de DQO superiores à 80%. No caso do tratamento conjunto de todas as águas residuárias da indústria, essa eficiência foi de 85,7 e 92,1% para as idades de lodo de 7 e 20 dias, respectivamente, indicando que o uso de reatores biológicos de lodos ativados por batelada constituiu-se em alternativa viável para a Degussa / Abstract: The present work had as main objective the investigation of the utilization potential of activated sludge sequencing batch reactors on the combined treatment of several kinds of wastewaters originated in the chemical catalyst industry Degussa, located in Americana - SP, including the domestic sewage. Workbench reactors were used and two sludge ages were studied, simulating the conventional and the prolonged aerations. Four possible sceneries, or four different effluent compound samples, possible of being full-scale introduced, were also investigated. The results showed that the system of prolonged aeration was preferable in alI the studied situations, and that three of the sceneries were suitable for the biological treatment by activated sludge using sequencing batch reactors, once they achieved efficiencies of reduction in the COD values greater than 80%. In the treatment inc1uding the total reunion of the industry effluents, this efficiency was 85,7 and 92,1%, to the sludge age of 7 and 20 days, respectively, indicating that the use of activated sludge sequencing batch biological reactors is a feasible alternative for Degussa / Mestrado / Saneamento e Ambiente / Mestre em Engenharia Civil

Esta pesquisa objetivou enriquecer biomassa capaz de realizar a oxidação anaeróbia do amônio (anammox) utilizando inóculo proveniente de reator nitrificante-desnitrificante, com a finalidade de estabelecer biofilme nitrificante-anammox em reator de leito fixo. O enriquecimento foi realizado em reator operado em bateladas sequenciais (RBS), com volume útil de 5 L e tempo de ciclo, inicialmente, de 56 h, e depois, sem tempo predeterminado (estratégias I e II). Após 89 dias de operação, 27,2 mg de \'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\'/L e 32,1 mg de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L foram consumidos concomitantemente. A estratégia III consistiu de batelada alimentada com ciclos de sete dias com afluente contendo 210 mg de cada composto nitrogenado. Na última estratégia (IV) a operação foi com ciclos de 24 h. Nessa etapa, a carga nitrogenada aplicada (CNA) foi aumentada de 155 g de \'N\' (\'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\' \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\')/\'M POT.3\' dia para 1.405,7 g de \'N\'/\'M POT.3\' dia com eficiências de conversão de nitrogênio de 91,7% e 98,0%, respectivamente. Essa biomassa foi inoculada em reator de leito fixo ascendente (RLF) visando estabelecimento da biomassa anammox em meio suporte (PEBD). Sob tais condições foi obtido eficiência de conversão de nitrogênio de 97,6% e carga nitrogenada removida média de 598,5 \'+ OU -\' 22,5 g \'N\'/\'M POT.3\' dia. Após estabelecimento de biomassa anammox, foi adicionado lodo ativado da indústria Volkswagen (São Carlos-SP) para formação de biofilme nitrificante-anammox. Nessa fase, a remoção de nitrogênio foi de 19,2% para CNA de 112,2 g \'N\'/\'M POT.3\' dia. A atividade anammox específica máxima foi 33,5 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/g SSV h com a biomassa submetida à 50 rpm. Paralelamente ao processo de enriquecimento, foi verificada a influência de micronutrientes em condições nitrificantes em três quimiostatos, nas seguintes condições: Q1 alimentado com meio contendo solução de micronutrientes completa, Q2 alimentado sem solução de micronutrientes e Q3 alimentado com solução de micronutrientes sem o elemento Boro (quimiostato experimental). Nas três condições a estabilidade foi atingida com 11 dias de operação com conversão média de nitrogênio amoniacal de 99 \'+ OU -\' 1,5%, 94,6\'+ OU -\' 6,3% e 93,3\'+ OU -\' 7,3%, para Q1, Q2 e Q3, respectivamente, para 79 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L afluente. Após 450 dias de operação do RBS foi constatado semelhança do clones com Brocadia anammoxidans, Planctomycetes, Proteobacteria, Chlorobi, Nitrospira, filo Chloroflexi e ao filo candidato OP 11. A composição microbiana encontrada no RLF com 139 dias de operação (final da fase anammox) foi de 48% dos clones relacionados à B. anammoxidans, 4% relacionados à Planctomycetes não cultivados, 12% relacionados à Proteobacteria, 8% relacionados à Chlorobi, 24% relacionados à Nitrospira, 4% relacionados ao filo Chloroflexi. Pode-se concluir que a biomassa aderida em PEBD selecionou positivamente microrganismos anammox e Nitrospira e negativamente aos filamentos relacionados ao filo Chloroflexi. / This research aimed to enhance biomass capable of performing anaerobic ammonia oxidation (anammox) using inoculum from nitrifying-denitrifying reactor, with the goal of establishing nitrifying-anammox biofilm in fixed bed reactor. The enrichment was performed in sequencing batch reactor (SBR), with a volume of 5 L and cycle time, initially, 56 h, and then, without pre-set time (strategies I and II). After 89 operation days, 27.2 mg \'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\'/L and 32.1 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L were consumed concomitantly. The strategy consisted of fed batch III with seven days cycles with influent containing 210 mg of each nitrogen compound. The last strategy (IV) was with 24 h/cycle. At this strategy, the nitrogen applied load (NAL) was increased from 155 \'N\' (\'N\'-\'N0 IND.2\'POT.-\' + \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\')/\'M POT.3\' to 1405.7 g \'N\'/\'M POT.3\' day with conversion efficiencies of 91.7% nitrogen and 98.0%, respectively. This biomass was inoculated into fixed bed reactor up (FBR) in order to establish the anammox biomass in support medium (LDPE). Under such conditions was obtained nitrogen conversion efficiency of 97.6% and nitrogen load removed an average of 598.5 \'+ OU -\' 22.5 g \'N\'/\'M POT.3\' day. After establishment of anammox biomass it was added activated sludge - Volkswagen industry (São Carlos-SP) - for nitrifying-anammox biofilm. At that stage the removaI of nitrogen was 19.2% to 112.2 g CNA \'N\'/\'M POT.3\' day. Simultaneously to enrichment process, was verified the influence of micronutrients in nitrifying conditions in three chemostats, as follows: Q1 fed with medium containing micronutrients solution complete feeds without Q2 and Q3 micronutrients solution fed micronutrients solution without the element Boron (chemostat experiment). In the three conditions stability was achieved with 11 days of operation with average conversion of ammonia nitrogen of 99 \'+ OU -\' 1.5%, 94.6 \'+ OU -\' 6.3% and 93.3 \'+ OU -\' 7.3% for Q1, Q2 and Q3 respectively for 79 mg \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\'/L. After 450 days of operation of the RBS was found similarity of clones with Brocadia anammoxidans, Planctomycetes, Proteobacteria, Chlorobi, Nitrospira, Chloroflexi phyla and candidate phylum OP 11. The microbial composition found in the FBR with 139 days of operation (end of anammox phase) was 48% of clones related to B. anammoxidans, 4% related to uncultured Planctomycetes, Proteobacteria related to 12%, 8% related to Chlorobi, 24% related to Nitrospira, 4% related to the phylum Chloroflexi. It can be concluded that biomass adhered to LDPE selected anammox microorganisms and Nitrospira positively, and negatively to the filaments related to the Chloroflexi phylum.

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.

Actualment, la legislació ambiental ha esdevingut més restrictiva pel que fa a la descàrrega d'aigües residuals amb nutrients, especialment en les anomenades àrees sensibles o zones vulnerables. Arran d'aquest fet, s'ha estimulat el coneixement, desenvolupament i millora dels processos d'eliminació de nutrients.El Reactor Discontinu Seqüencial (RDS) o Sequencing Batch Reactor (SBR) en anglès, és un sistema de tractament de fangs actius que opera mitjançant un procediment d'omplerta-buidat. En aquest tipus de reactors, l'aigua residual és addicionada en un sol reactor que treballa per càrregues repetint un cicle (seqüència) al llarg del temps. Una de les característiques dels SBR és que totes les diferents operacions (omplerta, reacció, sedimentació i buidat) es donen en un mateix reactor. La tecnologia SBR no és nova d'ara. El fet, és que va aparèixer abans que els sistema de tractament continu de fangs actius. El precursor dels SBR va ser un sistema d'omplerta-buidat que operava en discontinu. Entre els anys 1914 i 1920, varen sorgir certes dificultats moltes d'elles a nivell d'operació (vàlvules, canvis el cabal d'un reactor a un altre, elevat temps d'atenció per l'operari...) per aquests reactors. Però no va ser fins a finals de la dècada dels '50 principis del '60, amb el desenvolupament de nous equipaments i noves tecnologies, quan va tornar a ressorgir l'interès pels SBRs. Importants millores en el camp del subministrament d'aire (vàlvules motoritzades o d'acció pneumàtica) i en el de control (sondes de nivell, mesuradors de cabal, temporitzadors automàtics, microprocessadors) han permès que avui en dia els SBRs competeixin amb els sistemes convencional de fangs actius.L'objectiu de la present tesi és la identificació de les condicions d'operació adequades per un cicle segons el tipus d'aigua residual a l'entrada, les necessitats del tractament i la qualitat desitjada de la sortida utilitzant la tecnologia SBR. Aquestes tres característiques, l'aigua a tractar, les necessitats del tractament i la qualitat final desitjada determinen en gran mesura el tractament a realitzar. Així doncs, per tal d'adequar el tractament a cada tipus d'aigua residual i les seves necessitats, han estat estudiats diferents estratègies d'alimentació.El seguiment del procés es realitza mitjançant mesures on-line de pH, OD i RedOx, els canvis de les quals donen informació sobre l'estat del procés. Alhora un altre paràmetre que es pot calcular a partir de l'oxigen dissolt és la OUR que és una dada complementària als paràmetres esmentats.S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen d'una aigua residual sintètica utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de l'estudi de l'efecte del nombre d'alimentacions, la definició de la llargada i el número de fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx. S'ha aplicat l'estratègia d'alimentació esglaonada a dues aigües residuals diferents: una procedent d'una indústria tèxtil i l'altra, dels lixiviats d'un abocador. En ambdues aigües residuals es va estudiar l'eficiència del procés a partir de les condicions d'operació i de la velocitat del consum d'oxigen. Mentre que en l'aigua residual tèxtil el principal objectiu era eliminar matèria orgànica, en l'aigua procedent dels lixiviats d'abocador era eliminar matèria orgànica i nitrogen.S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen i fòsfor d'una aigua residual urbana utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de la definició del número i la llargada de les fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx.S'ha analitzat la influència del pH i la font de carboni per tal d'eliminar fòsfor d'una aigua sintètica a partir de l'estudi de l'increment de pH a dos reactors amb diferents fonts de carboni i l'estudi de l'efecte de canviar la font de carboni. Tal i com es pot veure al llarg de la tesi, on s'han tractat diferents aigües residuals per a diferents necessitats, un dels avantatges més importants d'un SBR és la seva flexibilitat. / Actualmente, la legislación ambiental se ha convertido más restrictiva por lo que concierne al vertido de aguas residuales con nutrientes, especialmente en las llamadas áreas sensibles o zonas vulnerables. A partir de este hecho, se ha estimulado el conocimiento, desarrollo y mejora de los procesos de eliminación de nutrientes.El Reactor Discontinuo Secuencial (RDS) o Sequencing Batch Reactor (SBR) en inglés, es un sistema de tratamiento de fangos activados que opera mediante un procedimiento de llenado-vaciado. En este tipo de reactores, el agua residual es adicionada en un solo reactor que trabaja por cargas repitiendo un ciclo (secuencia) a lo largo del tiempo. Una de les características de los SBR es que todas las diferentes operaciones (llenado, reacción, sedimentación y vaciado) se dan en el mismo reactor. La tecnología SBR no es nueva. De hecho, apareció antes que el sistema de tratamiento continuo de fangos activados. El precursor de los SBR fue un sistema de llenado-vaciado que operaba en discontinuo. Entre los años 1914 y 1920, surgieron ciertas dificultades muchas de ellas a nivel de operación (válvulas, cambios de caudal de un reactor a otro, elevado tiempo de atención por parte del operario...) para estos reactores. Pero no fue hasta finales de la década de los '50 principios de los '60, con el desarrollo de los nuevos equipamientos y las nuevas tecnologías, cuando volvió a resurgir el interés en los SBRs. Importantes mejoras en el campo de los suministro de aire (válvulas motorizadas o de acción neumática) y en el de control (sondas de nivel, medidores de caudal, temporizadores automáticos, microprocesadores) han permitido que hoy en día los SBRs compitan con los sistemas convencionales de fangos activados.El objetivo de la presente tesis es la identificación de las condiciones de operación adecuadas para un ciclo según el tipo de agua residual en la entrada, las necesidades del tratamiento y la calidad deseada de la salida utilizando la tecnología SBR. Estas tres características, el agua a tratar, las necesidades del tratamiento y la calidad final deseada determinan en gran medida el tratamiento a realizar. Así pues, para poder adecuar el tratamiento a cada tipo de agua residual y a sus necesidades, han sido estudiados diferentes estrategias de alimentación. El seguimiento de los cambios de las medidas en línea de pH, OD y RedOx proporciona información sobre el proceso. A su vez, otro parámetro que se puede calcular a partir del OD es la OUR que también da información del proceso.Se han evaluado las condiciones de operación para eliminar nitrógeno de una agua residual sintética utilizando una estrategia de alimentación escalonada, a partir del estudio del efecto del número de alimentaciones, la definición de la longitud y el número de fases por ciclo, y la identificación de los puntos críticos siguiendo las sondas de pH, OD y RedOx.Se ha aplicado la estrategia de alimentación escalonada a dos aguas residuales diferentes: una procedente de una industria textil y la otra, de los lixiviados de un vertedero. En las dos aguas residuales se estudió la eficiencia del proceso a partir de las condiciones de operación y de la velocidad de consumo de oxigeno. Mientras que en el agua residual textil el principal objetivo era eliminar materia orgánica, en el agua procedente de los lixiviados del vertedero era eliminar materia orgánica y nitrógeno.Se han evaluado las condiciones de operación para eliminar nitrógeno y fósforo de una agua residual urbana utilizando una estrategia de alimentación escalonada, a partir del estudio de la definición de la longitud y el número de fases por ciclo, y la identificación de los puntos críticos siguiendo las sondas de pH, OD y RedOx.Se han analizado la influencia del pH y la fuente de carbono para eliminar fósforo de un agua sintética a partir del estudio del incremento de pH en dos reactores con diferentes fuentes de carbono y el estudio del efecto de cambiar la fuente de carbono.Como se puede apreciar a lo largo de la tesis, donde se han tratado diferentes aguas residuales para a diferentes necesidades, una de las ventajas más importantes de los SBR es su flexibilidad. / Nowadays, environmental legislation has become more restricted in the nutrient wastewater discharge, especially in the sensitive areas and vulnerable zones. So, many studies have been stimulated on the understanding, developing and improving the biological nutrient removal processes.The Sequencing Batch Reactor (SBR) is a fill-and-draw activated sludge system for wastewater treatment. In this system, wastewater is added to a single reactor which operates in a batch treatment mode repeating a cycle (sequence) continuously. All the operations (fill, react, settle and draw) are achieved in a single batch reactor. SBR technology is not new. In fact, it precedes the use of continuous flow activated sludge technology. The precursor to this was a fill-and-draw system operated on batch, similar to the SBR. Between 1914 and 1920, many difficulties were associated with operating these fill-and-draw systems, most resulting from the process valving required to switch flow from one reactor to another, operator attention required. Interest in SBRs was revived in the late 1950s and early 1960s, with the development of new equipment and technology. Improvements in aeration devices (i.e. motorized valves, pneumatically actuated valves) and controls (level sensors, flowmeters, automatic timers, microprocessors) have allowed SBRs to successfully compete with conventional activated sludge systems.The aim of this thesis consists in the identification of suitable operation conditions for a cycle according to kind of influent wastewater, treatment requirements and effluent quality using a SBR technology. The influent wastewater, treatment requirements and effluent quality desire determinate in great measure the treatment to realize. So, different studies have been carried out in order to obtain a suitable treatment for each wastewater and requirement using a step-feed strategy.By means of on-line pH, DO and ORP measurements are possible follow the status of the process. At the same time another parameter, that complements all these, is the OUR calculated through DO dada.Evaluation the operation conditions for nitrogen removal using a step-feed strategy for a synthetic wastewater through the study of the effect of number of filling events, the definition of the length and number of phases for a cycle, and the identification of the critical points following the pH, DO and ORP sensors. Application of the step-feed strategy in two different industrial wastewaters: textile wastewater and landfill leachate wastewater. In both wastewaters, the efficiency has been studied through the operational conditions and oxygen uptake rate. While in the textile wastewater the main objective was only organic matter removal, in the landfill leachate wastewater was carbon and nitrogen removal.Evaluation of the operation conditions for nitrogen and phosphorus removal using a step-feed strategy for an urban wastewater through, the definition of the number and length of phases for a cycle, and the identification of the critical points following the pH, DO and ORP sensors.Influence of pH and carbon source in phosphorus removal using synthetic wastewater through the study of pH increase in two different carbon sources and the effect of change of carbon source.As it can be observed in this thesis, where it is treated different wastewaters for different requirements, one of the main advantages of the SBR is its flexibility.

Biological nutrient removal has been studied and applied for decades in order to remove nitrogen and phosphorus from wastewater. However, more anthropogenic uses and the continued demand for water have forced the facilities to operate at their maximum capacity. Therefore, the goal of this thesis is to obtain more compact systems for nutrient removal from domestic wastewater. In this sense, optimization and long-term stabilization of high volume exchange ratios reactors, treating higher volumes of wastewater, have been investigated. With the same target, aerobic granular sludge was proposed as a reliable alternative to reduce space and increase loading rates in treatment plants. However, the low organic loading rate from low-strength influents (less than 1 Kg COD•m-3d-1) results in slower granular formation and a longer time to reach a steady state. Because of that, different methodologies and operational conditions were investigated in order to enhance granulation and nutrient removal from domestic wastewater. / L’estudi de l’eliminació biològica de nutrients s’ha dut a terme durant dècades. Tot i això, la influencia de l’home i l’augment de la demanda d’aigua han forçat a les instal•lacions a treballar a la seva capacitat màxima. Així, l’objectiu de la tesi és obtenir sistemes més compactes per a l’eliminació de nutrients de les aigües residuals. En aquest sentit, s’ha investigat l’optimització i estabilització de reactors amb alts volums d’intercanvi, tractant més aigua. Amb el mateix objectiu, el fang granular aeròbic va ser proposat com una alternativa fiable per tal de reduir l’espai i incrementar les càrregues de les depuradores. Tot i això, la granulació amb influents de baixa càrrega (menors a 1 Kg dQO•m-3d-1) resulta més lenta i més dificultosa alhora d’obtenir l’estat estacionari. Per aquesta raó es van investigar diferents metodologies i condicions d’operació per tal de millorar la granularció i l’eliminació de nutrients de les aigües urbanes.