Este projeto de pesquisa visou à investigação do desempenho do reator UASB (10 L de volume) no tratamento da vinhaça quando submetido a aumento progressivo da carga orgânica em condições termofílicas. A carga orgânica afluente média foi de 2,79 gDQO/L.dia (desvio de 1,5 gDQO/L.dia) e média efluente bruto de 1,24 gDQO/L.dia (desvio de 0,93 gDQO/L.dia). A operação atingiu o limite de carregamento de 6,5 gDQO/L.dia, limitado pela produção excessiva de ácidos voláteis totais que atingiram concentrações da ordem de 1.200 mgHac/L, tóxicas para biomassa metanogênica. A adaptação do lodo mesofílico às condições termofílicas ocorreu no período de 55 dias, que pode ser considerado um período curto. A operação com ácidos orgânicos para enriquecimento do lodo não se mostrou eficaz, com acúmulo desses ácidos para a COV de 10 gDQO/L.dia. A operação com etanol mostrou-se eficaz para a recuperação do lodo, com COV de 8,0 gDQO/L.dia, obtendo-se eficiência máxima de remoção de DQO de 80%. As eficiências máximas na operação foram durante a adaptação do lodo, com COV de 1,20 gDQO/L.dia (92,0%) e durante a operação do sistema, com COV de 3,50 gDQO/L.dia (83,0%). O TDH médio desenvolvido neste trabalho foi de 1,34 dias. Este dado levantou questionamentos a respeito de um TDH ótimo utilizado para este tipo de tratamento, devido a grande variação de TDHs encontrados na literatura em trabalhos correlatos (entre 1,0 e 6,5 dias). / This research project had the objective to investigate the performance of the UASB reactor (10 L of volume) in the vinasse treatment submitted to progressive organic loadings under thermophilic conditions. The organic matter upload average was 2,79 gDQO/L.day (standard deviation of 1,5 gDQO/L.day) and the full organic matter average was 1,24 gDQO/L.dia (standard deviation of 0,93 gDQO/L.day). The operation reached the organic limit loading in 6,5 gCOD/L.day, limited by the excessive production of total volatile acids that reached concentrations beyond 1.200 mgHac/L, toxic to metanogenic biomass. Adaptation of mesophilic sludge to thermophilic conditions occurred in a period of 55 days, what can be considered a short period. The operation with organic acids for sludge enrichment did not seem to be efficient, accumulating these acids in a 10 gCOD/L.day. The operation with ethanol seemed to be efficient for sludge recuperation, of 8,0 gCOD/L.day, reaching maximum COD reduction efficiencies of 80%. The maximum operation efficiency was during sludge adaptation with 1,20 gCOD/L.day (92,0%) and during operation system, with 3,50 gCOD/L.day (83%). The HDT average developed in this research was 1,34 days. These data bring questions about the HDT optimum for this kind of anaerobic treatment, in correlation with significant variation of HDT used in another studies in the literature (between 1,0 and 6,5 days of HDT).

Este projeto de pesquisa visou à investigação do desempenho do reator UASB (10 L de volume) no tratamento da vinhaça quando submetido a aumento progressivo da carga orgânica em condições termofílicas. A carga orgânica afluente média foi de 2,79 gDQO/L.dia (desvio de 1,5 gDQO/L.dia) e média efluente bruto de 1,24 gDQO/L.dia (desvio de 0,93 gDQO/L.dia). A operação atingiu o limite de carregamento de 6,5 gDQO/L.dia, limitado pela produção excessiva de ácidos voláteis totais que atingiram concentrações da ordem de 1.200 mgHac/L, tóxicas para biomassa metanogênica. A adaptação do lodo mesofílico às condições termofílicas ocorreu no período de 55 dias, que pode ser considerado um período curto. A operação com ácidos orgânicos para enriquecimento do lodo não se mostrou eficaz, com acúmulo desses ácidos para a COV de 10 gDQO/L.dia. A operação com etanol mostrou-se eficaz para a recuperação do lodo, com COV de 8,0 gDQO/L.dia, obtendo-se eficiência máxima de remoção de DQO de 80%. As eficiências máximas na operação foram durante a adaptação do lodo, com COV de 1,20 gDQO/L.dia (92,0%) e durante a operação do sistema, com COV de 3,50 gDQO/L.dia (83,0%). O TDH médio desenvolvido neste trabalho foi de 1,34 dias. Este dado levantou questionamentos a respeito de um TDH ótimo utilizado para este tipo de tratamento, devido a grande variação de TDHs encontrados na literatura em trabalhos correlatos (entre 1,0 e 6,5 dias). / This research project had the objective to investigate the performance of the UASB reactor (10 L of volume) in the vinasse treatment submitted to progressive organic loadings under thermophilic conditions. The organic matter upload average was 2,79 gDQO/L.day (standard deviation of 1,5 gDQO/L.day) and the full organic matter average was 1,24 gDQO/L.dia (standard deviation of 0,93 gDQO/L.day). The operation reached the organic limit loading in 6,5 gCOD/L.day, limited by the excessive production of total volatile acids that reached concentrations beyond 1.200 mgHac/L, toxic to metanogenic biomass. Adaptation of mesophilic sludge to thermophilic conditions occurred in a period of 55 days, what can be considered a short period. The operation with organic acids for sludge enrichment did not seem to be efficient, accumulating these acids in a 10 gCOD/L.day. The operation with ethanol seemed to be efficient for sludge recuperation, of 8,0 gCOD/L.day, reaching maximum COD reduction efficiencies of 80%. The maximum operation efficiency was during sludge adaptation with 1,20 gCOD/L.day (92,0%) and during operation system, with 3,50 gCOD/L.day (83%). The HDT average developed in this research was 1,34 days. These data bring questions about the HDT optimum for this kind of anaerobic treatment, in correlation with significant variation of HDT used in another studies in the literature (between 1,0 and 6,5 days of HDT).

Este trabalho foi teve como objetivo avaliar o desempenho do tratamento aerado combinando biomassa aderida e suspensa, em diferentes condições de temperatura (25ºC, 27ºC, 45ºC e 55ºC), na remoção da matéria orgânica. Foi utilizada uma água residuária sintética simulando o efluente da indústria de geleias e compotas de frutas. Os dois reatores operados foram construídos em aço inox com diâmetro de 15 cm, 58,0 cm de altura e volume útil de 10,25 L, sendo 5,125 L preenchidos com meio suporte. O experimento se deu em duas fases. Na primeira (75 dias) o reator R1 foi operado a 25ºC e o R2 a 45ºC, na segunda (60 dias) a 27ºC e 55ºC, respectivamente. O TDH variou de 10,39h a 11,86h e a carga orgânica volumétrica aplicada de 2,82 kg.m-3.d-1 a 3,51 kg.m-3.d-1. As maiores eficiências de remoção de DQO foram observadas nos reatores R1(25ºC) e R2(45ºC): 80,27±11,97% e 78,41±6,41%, respectivamente. Estas médias não diferiram entre si. A colonização do meio suporte foi satisfatória, exceto a 55ºC onde se verificou a diminuição da aderência da biomassa. Foi observado o intumescimento do lodo nas duas fases experimentais, provavelmente devido à alta biodegradabilidade da água residuária, e um maior valor de SSV no efluente dos sistemas termofílicos. Os ensaios cinéticos apontaram para uma menor dependência do sistema na parcela suspensa da biomassa para a eficiência global. A análise do DGGE mostrou diminuição na diversidade entra a biomassa aderida do reator mesofílico (25ºC) e a biomassa aderida do reator termofílico (45ºC), entretanto, esta mudança não foi tão evidente de 45ºC para 55ºC. / The aim of this study was to investigate the attached and suspended biomass performance in the organic matter removal of a synthetic jams and jellies wastewater at different temperature (25ºC, 27ºC, 45ºC and 55ºC). Two stainless steel reactors, 15 cm diameter and 58 cm high were used. The working volume was 10,25 L and the support medium occupied 5,125 L. The experiment was developed in two stages. The first stage lasted 75 days, the R1 and R2 reactors operated at 25ºC and 45ºC, respectively. The second stage lasted 60 days and the reactors operated at 27ºC and 55ºC, respectively. The HRT ranged between 10,39h and 11,86h and the volumetric load between 2,82 kg.m-3.d-1 to 3,51 kg.m-3.d-1.The highest removal efficiencies of COD occurred in R1(25ºC) and R2(45ºC) reactors: 80,27±11,97% and 78,41±6,41%, respectively. These results were not statistically different. The colonization of the support medium was satisfactory, except at 55ºC, as in this condition it was observed decreased adhesion of biomass. Bulking occurred in both stages of the experiment, probably due to the high biodegradability of this wastewater, and a highest value of MLVSS in the effluent of the thermophilic systems. The kinect experiments appointed that the suspended biomass play a minor role in the global efficiency of the system. The DGGE analysis have shown reduction in diversity when the temperature increases from 25ºC to 45ºC, nevertheless, this change was not so clear from 45ºC to 55ºC.

CICYT (BIO-093-0600-C04-03); Generalitat Valenciana (GV-1170/93)

Este trabalho foi teve como objetivo avaliar o desempenho do tratamento aerado combinando biomassa aderida e suspensa, em diferentes condições de temperatura (25ºC, 27ºC, 45ºC e 55ºC), na remoção da matéria orgânica. Foi utilizada uma água residuária sintética simulando o efluente da indústria de geleias e compotas de frutas. Os dois reatores operados foram construídos em aço inox com diâmetro de 15 cm, 58,0 cm de altura e volume útil de 10,25 L, sendo 5,125 L preenchidos com meio suporte. O experimento se deu em duas fases. Na primeira (75 dias) o reator R1 foi operado a 25ºC e o R2 a 45ºC, na segunda (60 dias) a 27ºC e 55ºC, respectivamente. O TDH variou de 10,39h a 11,86h e a carga orgânica volumétrica aplicada de 2,82 kg.m-3.d-1 a 3,51 kg.m-3.d-1. As maiores eficiências de remoção de DQO foram observadas nos reatores R1(25ºC) e R2(45ºC): 80,27±11,97% e 78,41±6,41%, respectivamente. Estas médias não diferiram entre si. A colonização do meio suporte foi satisfatória, exceto a 55ºC onde se verificou a diminuição da aderência da biomassa. Foi observado o intumescimento do lodo nas duas fases experimentais, provavelmente devido à alta biodegradabilidade da água residuária, e um maior valor de SSV no efluente dos sistemas termofílicos. Os ensaios cinéticos apontaram para uma menor dependência do sistema na parcela suspensa da biomassa para a eficiência global. A análise do DGGE mostrou diminuição na diversidade entra a biomassa aderida do reator mesofílico (25ºC) e a biomassa aderida do reator termofílico (45ºC), entretanto, esta mudança não foi tão evidente de 45ºC para 55ºC. / The aim of this study was to investigate the attached and suspended biomass performance in the organic matter removal of a synthetic jams and jellies wastewater at different temperature (25ºC, 27ºC, 45ºC and 55ºC). Two stainless steel reactors, 15 cm diameter and 58 cm high were used. The working volume was 10,25 L and the support medium occupied 5,125 L. The experiment was developed in two stages. The first stage lasted 75 days, the R1 and R2 reactors operated at 25ºC and 45ºC, respectively. The second stage lasted 60 days and the reactors operated at 27ºC and 55ºC, respectively. The HRT ranged between 10,39h and 11,86h and the volumetric load between 2,82 kg.m-3.d-1 to 3,51 kg.m-3.d-1.The highest removal efficiencies of COD occurred in R1(25ºC) and R2(45ºC) reactors: 80,27±11,97% and 78,41±6,41%, respectively. These results were not statistically different. The colonization of the support medium was satisfactory, except at 55ºC, as in this condition it was observed decreased adhesion of biomass. Bulking occurred in both stages of the experiment, probably due to the high biodegradability of this wastewater, and a highest value of MLVSS in the effluent of the thermophilic systems. The kinect experiments appointed that the suspended biomass play a minor role in the global efficiency of the system. The DGGE analysis have shown reduction in diversity when the temperature increases from 25ºC to 45ºC, nevertheless, this change was not so clear from 45ºC to 55ºC.

A viabilidade técnica de um sistema termofílico combinado de reatores anaeróbio-aeróbio foi avaliada para tratamento de efluente sintético da indústria de pasta de celulose não branqueada. Estas indústrias apresentam efluente com temperatura superior a 40ºC e o tratamento termofílico pode eliminar a necessidade do resfriamento, necessário para a faixa mesofílica de tratamento, reduzindo custos. Os reatores foram inoculados com lodo mesofílico com gradual adaptação para a condição termofílica. Na faixa mesofílica (37,5 a 42,5ºC) a eficiência do sistema foi de (69±3)%, com maior eficiência do reator anaeróbio (56±7)%. Depois que os reatores apresentaram equilíbrio dinâmico aparente, a temperatura foi gradualmente aumentada de 45,0 para 52ºC. As eficiências de remoção de DQO do sistema variaram de 57% a 88%. A porcentagem de metano no biogás foi decrescendo com o aumento de temperatura, de 77% para valores abaixo do limite de detecção do método cromatográfico utilizado. A eficiência do reator anaeróbio foi baixa e houve acúmulo de ácidos, principalmente acético. O reator aeróbio apresentou maior eficiência de remoção de DQO porém a concentração no licor misto foi baixa. Após a alteração no tempo de detenção hidráulica dos reatores UASB e de lodos ativados para 24 horas e 8 horas, respectivamente, os reatores operaram em faixa de temperatura de 52 a 57ºC por 85 dias. As eficiências de remoção de DQO do sistema variaram de 54% a 70%. A eficiência do reator UASB continuou baixa enquanto o reator aeróbio apresentou bom desempenho, com eficiências variando de 3% a 35% e de 43% a 75%, respectivamente. As concentrações de SSV no licor misto aumentaram, variando de 122 mg/L a 2940 mg/L. Em faixa de temperatura termofílica houve predomínio de Methanosaetas sp e bacilos no reator anaeróbio, não havendo diferenciação significativa de morfologias comparando com a fase mesofílica. No reator aeróbio houve diferenciação a partir da temperatura de 42,5ºC e predominaram bacilos, cocos e filamentos em temperatura termofílica. Os resultados demonstram a viabilidade do tratamento termofílico, mas outros experimentos são necessários antes da aplicação industrial do processo. / The technical feasibility of a combined thermophilic anaerobic-aerobic biological reactors configuration was evaluated in this work using a synthetic unbleached pulp mill effluent. These industries introduce effluent with temperature greater 40ºC and the treatment would eliminate the need of cooling that is required for the mesophilic range, reducing the costs. The reactors were inoculated with mesophilic sludge with gradual adaptation to the termophilic condition. In the mesophilic range (37.5 to 42.5ºC) the efficiency of the combined system was (69±3)%, with the higher efficiency in the anaerobic reactor (56±7)%. After the reactors reached apparent steady state regime the temperature was gradually increased from 42.5 to 52ºC. The system efficiency ranged from 57% to 88%. The percentage of methane in the biogas decreased with the increase in temperature, from 77% to values below the detection limit of the chromatographic measurement used in this work. The anaerobic efficiency was low and the reactor accumulated fatty acid, mostly acetic. The aerobic reactor presented higher efficiency removal of COD but the mixed liquor concentration was lower. After adjustment in the hydraulic retention time of both reactors, with the UASB operating with 24 hours HRT and the aerobic with 8 hours HRT, the reactors operated in the temperature range of 52 to 57ºC during 85 days. The overall removal efficiency ranged from 54% to 70%. The efficiency of the UASB reactor remained lower while the aerobic reactor presented good performance, with COD removal efficiency in the range of 3% to 35%, respectively. The mixed liquor VSS concentration increased with the increase in temperature from 122 mg/L to 2940 mg/L. In thermophilic temperature there was predominance of Methanosaetas sp and baccilus in the anaerobic reactor, without significant differentiation of morphology in comparison with the mesophilic temperature. In the aerobic reactor there was differentiation in temperature of 42.5ºC and baccilus, cocus and filamentous predominated in the thermophilic temperature. These results indicated the feasibility of the thermophilic treatment but other experiments are needed before industrial application of this process.

A viabilidade técnica de um sistema termofílico combinado de reatores anaeróbio-aeróbio foi avaliada para tratamento de efluente sintético da indústria de pasta de celulose não branqueada. Estas indústrias apresentam efluente com temperatura superior a 40ºC e o tratamento termofílico pode eliminar a necessidade do resfriamento, necessário para a faixa mesofílica de tratamento, reduzindo custos. Os reatores foram inoculados com lodo mesofílico com gradual adaptação para a condição termofílica. Na faixa mesofílica (37,5 a 42,5ºC) a eficiência do sistema foi de (69±3)%, com maior eficiência do reator anaeróbio (56±7)%. Depois que os reatores apresentaram equilíbrio dinâmico aparente, a temperatura foi gradualmente aumentada de 45,0 para 52ºC. As eficiências de remoção de DQO do sistema variaram de 57% a 88%. A porcentagem de metano no biogás foi decrescendo com o aumento de temperatura, de 77% para valores abaixo do limite de detecção do método cromatográfico utilizado. A eficiência do reator anaeróbio foi baixa e houve acúmulo de ácidos, principalmente acético. O reator aeróbio apresentou maior eficiência de remoção de DQO porém a concentração no licor misto foi baixa. Após a alteração no tempo de detenção hidráulica dos reatores UASB e de lodos ativados para 24 horas e 8 horas, respectivamente, os reatores operaram em faixa de temperatura de 52 a 57ºC por 85 dias. As eficiências de remoção de DQO do sistema variaram de 54% a 70%. A eficiência do reator UASB continuou baixa enquanto o reator aeróbio apresentou bom desempenho, com eficiências variando de 3% a 35% e de 43% a 75%, respectivamente. As concentrações de SSV no licor misto aumentaram, variando de 122 mg/L a 2940 mg/L. Em faixa de temperatura termofílica houve predomínio de Methanosaetas sp e bacilos no reator anaeróbio, não havendo diferenciação significativa de morfologias comparando com a fase mesofílica. No reator aeróbio houve diferenciação a partir da temperatura de 42,5ºC e predominaram bacilos, cocos e filamentos em temperatura termofílica. Os resultados demonstram a viabilidade do tratamento termofílico, mas outros experimentos são necessários antes da aplicação industrial do processo. / The technical feasibility of a combined thermophilic anaerobic-aerobic biological reactors configuration was evaluated in this work using a synthetic unbleached pulp mill effluent. These industries introduce effluent with temperature greater 40ºC and the treatment would eliminate the need of cooling that is required for the mesophilic range, reducing the costs. The reactors were inoculated with mesophilic sludge with gradual adaptation to the termophilic condition. In the mesophilic range (37.5 to 42.5ºC) the efficiency of the combined system was (69±3)%, with the higher efficiency in the anaerobic reactor (56±7)%. After the reactors reached apparent steady state regime the temperature was gradually increased from 42.5 to 52ºC. The system efficiency ranged from 57% to 88%. The percentage of methane in the biogas decreased with the increase in temperature, from 77% to values below the detection limit of the chromatographic measurement used in this work. The anaerobic efficiency was low and the reactor accumulated fatty acid, mostly acetic. The aerobic reactor presented higher efficiency removal of COD but the mixed liquor concentration was lower. After adjustment in the hydraulic retention time of both reactors, with the UASB operating with 24 hours HRT and the aerobic with 8 hours HRT, the reactors operated in the temperature range of 52 to 57ºC during 85 days. The overall removal efficiency ranged from 54% to 70%. The efficiency of the UASB reactor remained lower while the aerobic reactor presented good performance, with COD removal efficiency in the range of 3% to 35%, respectively. The mixed liquor VSS concentration increased with the increase in temperature from 122 mg/L to 2940 mg/L. In thermophilic temperature there was predominance of Methanosaetas sp and baccilus in the anaerobic reactor, without significant differentiation of morphology in comparison with the mesophilic temperature. In the aerobic reactor there was differentiation in temperature of 42.5ºC and baccilus, cocus and filamentous predominated in the thermophilic temperature. These results indicated the feasibility of the thermophilic treatment but other experiments are needed before industrial application of this process.

Um sistema combinado anaeróbio-aeróbio composto de um filtro anaeróbio ascendente seguido de reator aeróbio de lodos ativados em batelada, foi continuamente alimentado com água residuária sintética da indústria de polpa celulósica não branqueada, durante o período de trezentos e sessenta e três dias, com o objetivo de verificar o desempenho dos reatores operados sob condições termofílicas. Os reatores foram inoculados com lodo mesofílico com gradual adaptação para a condição termofílica e operados em duas fases distintas. A primeira e segunda fases contemplam os períodos em que os reatores foram operados em temperatura termofílica de 55 e 65 graus Celsius, respectivamente. O filtro anaeróbio trabalhou com tempo de detenção hidráulica de 48 horas em fluxo contínuo e o reator aeróbio operado em bateladas seqüenciais (RBS) com tempos de ciclo de 12, 18 e 24 horas. A melhor eficiênica de remoção de DQO do sistema combinado anaeróbio-aeróbio foi de 65%, devida, em maior parte ao reator anaeróbio. O filtro anaeróbio operado em temperatura de 55 e 65 graus demonstrou eficiência na capacidade de retenção de biomassa termofílica, evitando a perda no efluente. O RBS, quando operado em temperatura de 55 graus e tempo de ciclo de 18 horas, demonstrou melhor eficiência para pós-tratamento de água residuária sintética. Os resultados gerais mostram uma melhor eficiência dos reatores operados em temperatura de 55 graus Celsius. / A combined anaerobic-aerobic system, composed of an upflow anaerobic filter followed by an aerobic reactor of activated sludge in batch, was continuously feed with synthetic wastewater from unbleached cellulose pulp plant during a period of three hundred and sixty three days, aiming to verify the performance of the reactors operating under thermophilic conditions. The reactors were inoculated with mesophilic sludge having a gradual adaptation to the thermophilic condition and they were operated in two distinct phases. The first and second phases contemplate the periods in which the reactors were operated in a thermophilic temperature of 55 and 65 Celsius degrees, respectively. The anaerobic filter worked with hydraulic detention time of 48 hours in a continuous flow, and the aerobic reactor was operated in a sequencing batch (SBR) with a cycle time of 12, 18 and 24 hours. The best efficiency of the combined anaerobic-aerobic system to remove DQO was 65% due to, in most part, the anaerobic reactor. The anaerobic filter, operating in temperatures of 55 and 65 degrees, has demonstrated efficiency in the capacity to retain thermophilic biomass, avoiding effluent lost. The SBR reactor, when operated in temperature of 55 degrees and a cycle time of 18 hours, has demonstrated better efficiency in the post-treatment of synthetic wastewater. The general results have showed a better efficiency of the reactors operating in a thermophilic temperature of 55 Celsius degrees.

Um sistema combinado anaeróbio-aeróbio composto de um filtro anaeróbio ascendente seguido de reator aeróbio de lodos ativados em batelada, foi continuamente alimentado com água residuária sintética da indústria de polpa celulósica não branqueada, durante o período de trezentos e sessenta e três dias, com o objetivo de verificar o desempenho dos reatores operados sob condições termofílicas. Os reatores foram inoculados com lodo mesofílico com gradual adaptação para a condição termofílica e operados em duas fases distintas. A primeira e segunda fases contemplam os períodos em que os reatores foram operados em temperatura termofílica de 55 e 65 graus Celsius, respectivamente. O filtro anaeróbio trabalhou com tempo de detenção hidráulica de 48 horas em fluxo contínuo e o reator aeróbio operado em bateladas seqüenciais (RBS) com tempos de ciclo de 12, 18 e 24 horas. A melhor eficiênica de remoção de DQO do sistema combinado anaeróbio-aeróbio foi de 65%, devida, em maior parte ao reator anaeróbio. O filtro anaeróbio operado em temperatura de 55 e 65 graus demonstrou eficiência na capacidade de retenção de biomassa termofílica, evitando a perda no efluente. O RBS, quando operado em temperatura de 55 graus e tempo de ciclo de 18 horas, demonstrou melhor eficiência para pós-tratamento de água residuária sintética. Os resultados gerais mostram uma melhor eficiência dos reatores operados em temperatura de 55 graus Celsius. / A combined anaerobic-aerobic system, composed of an upflow anaerobic filter followed by an aerobic reactor of activated sludge in batch, was continuously feed with synthetic wastewater from unbleached cellulose pulp plant during a period of three hundred and sixty three days, aiming to verify the performance of the reactors operating under thermophilic conditions. The reactors were inoculated with mesophilic sludge having a gradual adaptation to the thermophilic condition and they were operated in two distinct phases. The first and second phases contemplate the periods in which the reactors were operated in a thermophilic temperature of 55 and 65 Celsius degrees, respectively. The anaerobic filter worked with hydraulic detention time of 48 hours in a continuous flow, and the aerobic reactor was operated in a sequencing batch (SBR) with a cycle time of 12, 18 and 24 hours. The best efficiency of the combined anaerobic-aerobic system to remove DQO was 65% due to, in most part, the anaerobic reactor. The anaerobic filter, operating in temperatures of 55 and 65 degrees, has demonstrated efficiency in the capacity to retain thermophilic biomass, avoiding effluent lost. The SBR reactor, when operated in temperature of 55 degrees and a cycle time of 18 hours, has demonstrated better efficiency in the post-treatment of synthetic wastewater. The general results have showed a better efficiency of the reactors operating in a thermophilic temperature of 55 Celsius degrees.

Made available in DSpace on 2015-03-26T12:26:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2077124 bytes, checksum: 59f01201db0c813515df97522a0e48f4 (MD5) Previous issue date: 2008-02-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Paper mill industrial processes consume large quantities of water consequently leading to large mill effluent volumes. One way to reduce water consumption is by increasing water reuse in the paper mill. Direct water reuse is not always possible because of poor effluent quality and effluent treatment may be necessary to permit reuse. Membrane bioreactors are a new treatment technology that are little used, mainly due to the lack of scientific and technical knowledge of their implementation. The present study examined the technical viability of thermophilic treatment of paper machine effluents in a membrane bioreactor. The studied was divided into three experiments. The main objective of the first experiment was to compare performance of laboratory-scale conventional activated sludge (CAS) and a membrane bioreactor (MBR) with 0,02µm porosity membranes in treating printing and writing paper machine white water at 35, 45 and 55°C. Results showed that the BRM was more efficient that the CAS in removing part of the effluent contaminant load. Average percent removals of chemistry oxygen demand (COD) in the CAS were 70.0, 78.1 and 76.7% and in the MBR 81.4, 81.9 and 78.7% at temperatures of 35, 45 and 55°C, respectively. Treated effluent total suspend solids (TSS) values in the CAS were 39, 54 and 88 mg.L-1 at of 35, 45 and 55°C. No TSS were detected in the MBR treated effluent. Turbidities of effluents treated in the CAS were 16, 35 and 165 NTU at temperatures 35, 45 and 55°C. MBR treated effluent presented no turbidity. Alkalinity and hardness of effluent treated by CAS were lower than for effluent treated by the MBR. The main objective of Experiment II was to compare performance of MBR effluent treatment under mesophilic (35°C), thermotolerant (45°C) and thermophilic (55°C) conditions. In Experiment II an MBR system composed of three reactors operating in parallel at the three different temperatures were used. This experiment was divided into three stages, with different COD loads in each: Stage 1 2.57 Kg.m-3.d-1; Stage II 4.75 Kg.m-3.d-1 and Stage III 9.43 Kg.m-3.d-1. The results showed that the increase in temperature led to reduction in COD removal efficiencies. Removals of COD in Stage I were 95.5, 94.2 and 91.9%, at temperatures of 35, 45 e 55°C, respectively. In Stage II, removal efficiencies were 97.4, 95.6 and 95.0% at 35, 45 and 55°C, respectively. In Stage II, removal efficiencies were 95.6, 93.3 and 89.7% at 35, 45 and 55°C, respectively. No TSS were detected in any of the treated effluents. Treated effluent turbidity increased with increased treatment temperature. Average turbidity of treated effluents were 0.11, 0.24 and 1.13 NTU in Stage I, 0.10, 0.16 and 1.01 NTU in Stage II and 0.87, 2.00 and 4.34 NTU in Stage III for treatment at 35, 45 e 55°C, respectively. Average conductivities of treated effluents were 1812, 1937 and 2927 µS.cm-1 for Stages I, II and III, respectively. Treated effluent color was greater for treatment at 55°C. Average color was 23, 23 and 102 mg.L-1 Pt in Stage I, 31, 36 and 127 mg.L-1 Pt in Stage II and 46, 58 and 163 mg. L-1 Pt in Stage III for temperatures of 35, 45 and 55°C, respectively. Average hardness values in treated effluents were 258, 203 and 160 mg.L-1 in Stage I, 439, 350 and 292 mg.L-1 in Stage II and 639, 565 and 495 mg.L-1 in Stage III, for treatments at 35, 45 and 55°C. No filamentous bacteria were found at 55°C and flocculation was deficient. The main objective of Experiment III was to evaluate sludge microbial diversity in aerobic MBRs operating under mesophilic and thermophilic conditions. It was found that increased temperature reduced reactor sludge microbial diversity and richness. A new microbial community was established above 45°C that differed structurally from the community present in the MBR operated at 35°C. / Fábricas de papel consomem elevadas quantidades de água nos seus processos industriais gerando, conseqüentemente, grande volume de efluentes. Aumentar o reuso de água é uma forma que as empresas encontram para reduzir o consumo de água nas fábricas de papel. A reutilização da água nem sempre é possível devido a sua qualidade, o que requer um tratamento prévio. Biorreatores a membranas constituem uma nova tecnologia de tratamento, ainda pouco utilizada em decorrência do desconhecimento técnico e científico para sua implementação. O presente estudo verificou a viabilidade técnica de utilização de biorreatores a membranas para o tratamento termofílico de efluentes de máquinas de papel. O estudo foi dividido em três experimentos. O objetivo principal do primeiro experimento foi comparar o desempenho de um sistema de tratamento de efluentes por Lodos Ativados Convencional (LAC) e um sistema de tratamento de efluentes por Biorreator a Membranas (BRM), cuja porosidade das membranas era de 0,02µm, para remover os contaminantes orgânicos e inorgânicos presentes na água branca de uma máquina de papel para imprimir e escrever em três diferentes temperaturas: 35, 45 e 55 °C. Neste experimento foram utilizados dois sistemas laboratoriais de tratamento de efluentes composto de um LAC e um BRM. No experimento I, os estudos mostraram que o BRM foi mais eficiente do que o LAC para remover parte dos contaminantes presentes no efluente. As percentagens médias de remoção de DQO para o LAC foram 70, 78,1 e 76,7% e para o BRM foram 81,4, 81,9 e 78,7%, para as temperaturas de 35, 45 e 55°C, respectivamente. As concentrações de SST no efluente tratado no sistema LAC foram 39, 54 e 88 mg.L-1 para as temperaturas de 35, 45 e 55°C. No BRM não foi detectado SST no efluente tratado. A turbidez do efluente tratado pelo LAC foi 16, 35 e 165 UNT para as temperaturas de 35, 45 e 55°C. No BRM não houve turbidez no efluente tratado. As concentrações de alcalinidade e de dureza no efluente tratado para o LAC foram inferiores às taxas obtidas pelo BRM. O objetivo principal do Experimento II foi comparar os desempenhos dos sistemas de tratamentos de efluentes por BRM em condições mesofílica (35°C), termotolerante (45°C) e termofílica (55°C). No Experimento II foi utilizado um sistema de BRM composto de três reatores, operando em paralelo, em três temperaturas diferentes. Este Experimento foi dividido em três etapas, sendo que, cada etapa foi utilizada uma carga diferente de DQO: Etapa I 2,57 Kg.m-3.d-1; Etapa II 4,75 Kg.m-3.d-1 e Etapa III 9,43 Kg.m-3.d-1. Os resultados demonstraram que o aumento da temperatura ocasionou uma redução nas eficiências de remoção de DQO. As taxas de remoções de DQO na Etapa I, para as temperaturas de 35, 45 e 55°C, foram 95,5, 94,2 e 91,9%, respectivamente. Para a Etapa II, as taxas foram 97,4, 95,6 e 95,0% para as temperaturas de 35, 45 e 55°C, respectivamente. Para a Etapa III, as taxas de remoções de DQO foram 95,6, 93,3 e 89,7% para as temperaturas de 35, 45 e 55°C, respectivamente. Em nenhum tratamento foi detectada concentrações de SST no efluente tratado. A turbidez nos efluentes tratados aumentou à medida que aumentou a temperatura dos tratamentos. As médias de turbidez dos efluentes tratados, para a Etapa I, foram 0,11, 0,24 e 1,13 UNT; na Etapa II foram 0,10, 0,16 e 1,01 UNT e na Etapa III foram 0,87, 2,00 e 4,34 UNT para as temperatura de 35, 45 e 55°C, respectivamente. A média das condutividades dos efluentes tratados foram 1812, 1937 e 2927µS.cm-1 para as Etapas I, II e III, respectivamente. A cor nos efluentes tratados foi maior para os tratamentos realizados à temperatura de 55°C. As médias das concentrações de cor, para a Etapa I, foram 23, 23 e 102 mg.L-1 Pt; na Etapa II foram 31, 36 e 127 e na Etapa III foram 46, 58 e 163 mg. L-1 Pt, para as temperaturas de 35, 45 e 55°C, respectivamente. Quanto à concentração de dureza nos efluentes tratados, na Etapa I as médias foram 258, 203 e 160 mg.L-1. Na Etapa II, as médias foram 439, 350 e 292 mg.L-1 e na Etapa III, as médias foram 639, 565 e 495 mg.L-1, para as temperaturas de 35, 45 e 55°C. Não foram encontradas bactérias filamentosas na temperatura de 55°C e a floculação foi deficiente. O Experimento III teve como principal objetivo avaliar a diversidade biológica dos microrganismos em dois BRMs aeróbios, nas condições mesofílica e termofílica. Este experimento verificou que o aumento da temperatura reduziu a diversidade e a riqueza dos microrganismos presentes no lodo. A partir de 45°C estabeleceu-se uma nova comunidade microbiana, diferente das comunidades presentes nos reatores à temperatura de 35°C.