A degradação da metilamina foi investigada por meio da avaliação da velocidade específica máxima de produção de metano (VEM CH4) e da comunidade microbiana relacionada aos Domínios Bacteria e Archaea. Para isso, foram realizados dois ensaios com reatores anaeróbios em batelada inoculados com lodo granulado oriundo de reator UASB usado no tratamento de água residuária de abatedouro de aves. Em todos os ensaios, os reatores controle, que não receberam adição de metilamina, apresentaram VEM CH4 de 0,04 mmol/L g STV dia. O primeiro ensaio avaliou a degradação da metilamina em diferentes concentrações de inóculo (2,5, 5,0 e 10,0 g STV/L) e substrato (1.550 e 3.100 mg metilamina/L). A concentração de \'CH IND.4\' esperada estequiometricamente foi atingida em todos os reatores (37,50 e 75,00 mmol \'CH IND.4\'/L, para concentrações de 1.550 e 3.100 mg metilamina/L, respectivamente), exceto para aquele com 2,5 g STV/L e 3.100 mg metilamina/L, que produziu somente 2,04 mmol \'CH IND.4\'/L. A maior velocidade específica máxima de produção de \'CH IND.4\' foi 4,42 mmol/L g STV dia, obtida nos reatores com 2,5 g STV/L e 1.550 mg metilamina/L. Os reatores inoculados com 5,0 g STV/L tiveram VEM CH4 de 2,31 e 2,34 para 1.550 e 3.100 mg metilamina/L, respectivamente. Os reatores com 1.550 mg metilamina/L e 10,0 g STV/L apresentaram VEM CH4 de 1,28 mmol/L g STV dia. A concentração de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\' excedeu em 12,9%, 0,7% e 18,3% o valor esperado (698 mg/L) para os reatores com 1.550 mg metilamina/L e 2,5, 5,0 e 10,0 g STV/L, respectivamente. Nos reatores com 3.100 mg metilamina/L, as concentrações finais de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\' foram 122 e 1.726 mg/L para concentrações de inóculo de 2,5 e 5,0 g STV/L, respectivamente. O segundo ensaio comparou diferentes relações metilamina/sulfato (0,71, 1,26 e 2,18) em reatores inoculados com 5,0 g STV/L contendo 1.550 mg metilamina/L. As concentrações de \'CH IND.4\' esperadas estequiometricamente foram atingidas em todos os reatores. As velocidades específicas máximas de formação de \'CH IND.4\' foram de 2,54, 2,31 e 3,14 mmol/L g STV dia para as relações metilamina/sulfato 0,71, 1,26 e 2,18, respectivamente. Em todos os reatores, a concentração de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\' atingiu média final de 1200 mg/L. Os reatores controle consumiram 71,9% do sulfato adicionado. Os reatores com relação metilamina/sulfato 0,71, 1,26 e 2,18 consumiram 49,6%, 61,6% e 83,2% de todo o sulfato adicionado, respectivamente. Nos dois ensaios, os exames microscópicos revelaram a presença de cocos, bacilos, filamentos, cocos e sarcinas fluorescentes. Nos reatores alimentados apenas com metilamina, o seqüenciamento de fragmentos da região 16S do RNAr detectou cinco Filos do Domínio Bacteria (Acidobacteria 4%, Firmicutes 11%, Proteobacteria 14%, Spirochaetes 13% e Synergistes 47%). Nos reatores com metilamina e sulfato, sete Filos foram detectados (Firmicutes 45%, Proteobacteria 7%, Spirochaetes 2%, Synergistes 16%, Chloroflexi 4%, Thermotogae 8% e Planctomycetes 1%). Nos dois ensaios, o Domínio Archaea foi predominantemente representado pelas Famílias Methanomicrobiaceae, Methanosaetaceae e Methanosarcinaceae, com presença de Methanomethylovorans hollandica, uma espécie de arquéia metanogênica com metabolismo especializado na degradação de metilamina. / The degradation of methylamine was investigated assessing the maximum specific methane production rate (MSR CH4) and the microbial community related to Bacteria e Archaea Domains. For this, two tests were performed in anaerobic batch reactors inoculated with granular sludge from an UASB reactor used in the treatment of poultry wastes. In all experiments, the control reactors, without methylamine addition, showed MSR CH4 of 0.04 mmol/L g TVS day. The first experiment evaluated the degradation of methylamine at different inoculum concentrations (2.5, 5.0 and 10.0 g TVS/L) and substrate concentrations (1,550 and 3,100 mg methylamine/L). The stoichiometrically expected \'CH IND.4\' concentration was reached in all reactors (37.50 and 75.00 mmol \'CH IND.4\'/L, for methylamine concentrations of 1,550 and 3,100 mg methylamine/L, respectively), except for the reactor with 2.5 g TVS/L and 3,100 mg methylamine/L, that produced only 2.04 mmol \'CH IND.4\'/L. The highest maximum specific methane production rate was 4.42 mmol/L g TVS day, reached in the reactors with 2.5 g TVS/L and 1,550 mg methylamine/L. The reactors inoculated with 5.0 g TVS/L had MSR CH4 of 2.31 and 2.34 for 1,550 and 3,100 mg methylamine/L, respectively. The reactors with 1,550 mg methylamine/L and 10.0 g TVS/L had MSR CH4 of 1.28 mmol/L g TVS day. The \'N\'-\'NH IND.4\'POT.-\' concentrations exceeded 12.9%, 0.7% and 18.3% the expected value (698 mg/L) for the reactors with 1,550 mg methylamine/L and 2.5, 5.0 and 10.0 g TVS/L, respectively. In the reactors with 3,100 mg methylamine/L, the final concentrations of \'NH IND.4\'POT.+\'-\'N\' were 122 and 1,726 mg/L for inoculum concentrations of 2.5 and 5.0 g TVS/L, respectively. The second experiment compared different methylamine/sulfate ratios (0.71, 1.26 and 2.18) on reactors inoculated with 5.0 g TVS/L containing 1,550 mg methylamine/L. The stoichiometrically expected \'CH IND.4\' concentration was reached in all reactors. The maximum specific methane production rates were 2.54, 2.31 and 3.14 mmol/L g TVS day for methylamine/sulfate ratios of 0.71, 1.26 and 2.18, respectively. In all reactors, the average \'NH IND.4\'POT.+\'-\'N\' final concentration was 1,200 mg/L. The control reactors consumed 71.9% of the added substrate. The reactors with methylamine/sulfate ratios of 0.71, 1.26 and 2.18 consumed 49.6%, 61.6% and 83.2% of all the added sulfate, respectively. In both experiments, the microscopic analysis revealed cocci, rods, filaments, fluorescent cocci and sarcinas. In the reactors fed with methylamine only, the sequencing of 16S rRNA fragments detected five Phyla of the Bacteria Domain (Acidobacteria 4%, Firmicutes 11%, Proteobacteria 14%, Spirochaetes 13% and Synergistes 47%). In the reactors with methylamine and sulfate, seven Phyla were detected (Firmicutes 45%, Proteobacteria 7%, Spirochaetes 2%, Synergistes 16%, Chloroflexi 4%, Thermotogae 8% e Planctomycetes 1%). In both experiments, Archaea Domain was mainly represented by Methanomicrobiaceae, Methanosaetaceae and Methanosarcinaceae Families, with the presence of Methanomethylovorans hollandica, a methanogenic archaea specie with specific metabolism for methylamine degradation.

Primeiramente, esse trabalho pretende esclarecer a importância de pesquisas em modelagem, simulação e controle nos processos de tratamento de efluentes e apontar o atraso do Brasil nesta área de pesquisa comparado ao avanço das iniciativas internacionais. O trabalho apresenta o problema específico da modelagem dos processos anaeróbios e propõe uma nova ferramenta de simulação de regime permanente para esses sistemas, desde digestores de lodo a reatores UASB. O simulador se baseia no ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), modelo proposto pela IWA em 2002, e está implementado em C++. A intenção é disponibilizar livremente um software de simulação com o diferencial de uma metodologia e interface gráfica amigável, capaz de trazer para o dia-a-dia do profissional da área toda a sofisticação de uma modelagem mais completa, tanto do ponto de vista microbiológico como físico-químico. A metodologia proposta se mostrou muito eficiente para a obtenção da condição de regime permanente, fazendo com que a caracterização do afluente se tornasse a etapa limitante do processo de simulação. O método desenvolvido é tão eficaz que permite que sejam realizadas simulações com afluentes e reatores hipotéticos, tornando possível estudos desvinculados da necessidade de análises laboratoriais complexas ou fora do comum. / First, this work intends to show the importance of research in modeling, simulation and control of wastewater treatment processes, and to point the delay of our country (Brazil) in this subject, compared to the advance of the international initiatives. This work presents the specific problem of modeling the anaerobic digestion and proposes a new tool to simulate the steady state condition in anaerobic reactors. The simulator is based on the ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), developed by IWA in 2002, and is implemented in C++. The intention is to give free access to a new simulation software with the advantages of better methodology and friendly graphical interface. This tool should be able to bring to the professionals all the sophistication of a more complete modelling in the microbiological and physical-chemical point of view. The developed methodology revealed itself to be very efficient for the attainment of the steady state condition. Consequently, it makes the characterization of the influent the critic stage of the simulation process. The developed method is so efficient that allows simulation studies to be carried out using hypothetical influents and reactors. Thus, it brings independence for simulation studies with no need of complex or unusual laboratorial analyses.

A degradação da metilamina foi investigada por meio da avaliação da velocidade específica máxima de produção de metano (VEM CH4) e da comunidade microbiana relacionada aos Domínios Bacteria e Archaea. Para isso, foram realizados dois ensaios com reatores anaeróbios em batelada inoculados com lodo granulado oriundo de reator UASB usado no tratamento de água residuária de abatedouro de aves. Em todos os ensaios, os reatores controle, que não receberam adição de metilamina, apresentaram VEM CH4 de 0,04 mmol/L g STV dia. O primeiro ensaio avaliou a degradação da metilamina em diferentes concentrações de inóculo (2,5, 5,0 e 10,0 g STV/L) e substrato (1.550 e 3.100 mg metilamina/L). A concentração de \'CH IND.4\' esperada estequiometricamente foi atingida em todos os reatores (37,50 e 75,00 mmol \'CH IND.4\'/L, para concentrações de 1.550 e 3.100 mg metilamina/L, respectivamente), exceto para aquele com 2,5 g STV/L e 3.100 mg metilamina/L, que produziu somente 2,04 mmol \'CH IND.4\'/L. A maior velocidade específica máxima de produção de \'CH IND.4\' foi 4,42 mmol/L g STV dia, obtida nos reatores com 2,5 g STV/L e 1.550 mg metilamina/L. Os reatores inoculados com 5,0 g STV/L tiveram VEM CH4 de 2,31 e 2,34 para 1.550 e 3.100 mg metilamina/L, respectivamente. Os reatores com 1.550 mg metilamina/L e 10,0 g STV/L apresentaram VEM CH4 de 1,28 mmol/L g STV dia. A concentração de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\' excedeu em 12,9%, 0,7% e 18,3% o valor esperado (698 mg/L) para os reatores com 1.550 mg metilamina/L e 2,5, 5,0 e 10,0 g STV/L, respectivamente. Nos reatores com 3.100 mg metilamina/L, as concentrações finais de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\' foram 122 e 1.726 mg/L para concentrações de inóculo de 2,5 e 5,0 g STV/L, respectivamente. O segundo ensaio comparou diferentes relações metilamina/sulfato (0,71, 1,26 e 2,18) em reatores inoculados com 5,0 g STV/L contendo 1.550 mg metilamina/L. As concentrações de \'CH IND.4\' esperadas estequiometricamente foram atingidas em todos os reatores. As velocidades específicas máximas de formação de \'CH IND.4\' foram de 2,54, 2,31 e 3,14 mmol/L g STV dia para as relações metilamina/sulfato 0,71, 1,26 e 2,18, respectivamente. Em todos os reatores, a concentração de \'N\'-\'NH IND.4\'POT.+\' atingiu média final de 1200 mg/L. Os reatores controle consumiram 71,9% do sulfato adicionado. Os reatores com relação metilamina/sulfato 0,71, 1,26 e 2,18 consumiram 49,6%, 61,6% e 83,2% de todo o sulfato adicionado, respectivamente. Nos dois ensaios, os exames microscópicos revelaram a presença de cocos, bacilos, filamentos, cocos e sarcinas fluorescentes. Nos reatores alimentados apenas com metilamina, o seqüenciamento de fragmentos da região 16S do RNAr detectou cinco Filos do Domínio Bacteria (Acidobacteria 4%, Firmicutes 11%, Proteobacteria 14%, Spirochaetes 13% e Synergistes 47%). Nos reatores com metilamina e sulfato, sete Filos foram detectados (Firmicutes 45%, Proteobacteria 7%, Spirochaetes 2%, Synergistes 16%, Chloroflexi 4%, Thermotogae 8% e Planctomycetes 1%). Nos dois ensaios, o Domínio Archaea foi predominantemente representado pelas Famílias Methanomicrobiaceae, Methanosaetaceae e Methanosarcinaceae, com presença de Methanomethylovorans hollandica, uma espécie de arquéia metanogênica com metabolismo especializado na degradação de metilamina. / The degradation of methylamine was investigated assessing the maximum specific methane production rate (MSR CH4) and the microbial community related to Bacteria e Archaea Domains. For this, two tests were performed in anaerobic batch reactors inoculated with granular sludge from an UASB reactor used in the treatment of poultry wastes. In all experiments, the control reactors, without methylamine addition, showed MSR CH4 of 0.04 mmol/L g TVS day. The first experiment evaluated the degradation of methylamine at different inoculum concentrations (2.5, 5.0 and 10.0 g TVS/L) and substrate concentrations (1,550 and 3,100 mg methylamine/L). The stoichiometrically expected \'CH IND.4\' concentration was reached in all reactors (37.50 and 75.00 mmol \'CH IND.4\'/L, for methylamine concentrations of 1,550 and 3,100 mg methylamine/L, respectively), except for the reactor with 2.5 g TVS/L and 3,100 mg methylamine/L, that produced only 2.04 mmol \'CH IND.4\'/L. The highest maximum specific methane production rate was 4.42 mmol/L g TVS day, reached in the reactors with 2.5 g TVS/L and 1,550 mg methylamine/L. The reactors inoculated with 5.0 g TVS/L had MSR CH4 of 2.31 and 2.34 for 1,550 and 3,100 mg methylamine/L, respectively. The reactors with 1,550 mg methylamine/L and 10.0 g TVS/L had MSR CH4 of 1.28 mmol/L g TVS day. The \'N\'-\'NH IND.4\'POT.-\' concentrations exceeded 12.9%, 0.7% and 18.3% the expected value (698 mg/L) for the reactors with 1,550 mg methylamine/L and 2.5, 5.0 and 10.0 g TVS/L, respectively. In the reactors with 3,100 mg methylamine/L, the final concentrations of \'NH IND.4\'POT.+\'-\'N\' were 122 and 1,726 mg/L for inoculum concentrations of 2.5 and 5.0 g TVS/L, respectively. The second experiment compared different methylamine/sulfate ratios (0.71, 1.26 and 2.18) on reactors inoculated with 5.0 g TVS/L containing 1,550 mg methylamine/L. The stoichiometrically expected \'CH IND.4\' concentration was reached in all reactors. The maximum specific methane production rates were 2.54, 2.31 and 3.14 mmol/L g TVS day for methylamine/sulfate ratios of 0.71, 1.26 and 2.18, respectively. In all reactors, the average \'NH IND.4\'POT.+\'-\'N\' final concentration was 1,200 mg/L. The control reactors consumed 71.9% of the added substrate. The reactors with methylamine/sulfate ratios of 0.71, 1.26 and 2.18 consumed 49.6%, 61.6% and 83.2% of all the added sulfate, respectively. In both experiments, the microscopic analysis revealed cocci, rods, filaments, fluorescent cocci and sarcinas. In the reactors fed with methylamine only, the sequencing of 16S rRNA fragments detected five Phyla of the Bacteria Domain (Acidobacteria 4%, Firmicutes 11%, Proteobacteria 14%, Spirochaetes 13% and Synergistes 47%). In the reactors with methylamine and sulfate, seven Phyla were detected (Firmicutes 45%, Proteobacteria 7%, Spirochaetes 2%, Synergistes 16%, Chloroflexi 4%, Thermotogae 8% e Planctomycetes 1%). In both experiments, Archaea Domain was mainly represented by Methanomicrobiaceae, Methanosaetaceae and Methanosarcinaceae Families, with the presence of Methanomethylovorans hollandica, a methanogenic archaea specie with specific metabolism for methylamine degradation.

Primeiramente, esse trabalho pretende esclarecer a importância de pesquisas em modelagem, simulação e controle nos processos de tratamento de efluentes e apontar o atraso do Brasil nesta área de pesquisa comparado ao avanço das iniciativas internacionais. O trabalho apresenta o problema específico da modelagem dos processos anaeróbios e propõe uma nova ferramenta de simulação de regime permanente para esses sistemas, desde digestores de lodo a reatores UASB. O simulador se baseia no ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), modelo proposto pela IWA em 2002, e está implementado em C++. A intenção é disponibilizar livremente um software de simulação com o diferencial de uma metodologia e interface gráfica amigável, capaz de trazer para o dia-a-dia do profissional da área toda a sofisticação de uma modelagem mais completa, tanto do ponto de vista microbiológico como físico-químico. A metodologia proposta se mostrou muito eficiente para a obtenção da condição de regime permanente, fazendo com que a caracterização do afluente se tornasse a etapa limitante do processo de simulação. O método desenvolvido é tão eficaz que permite que sejam realizadas simulações com afluentes e reatores hipotéticos, tornando possível estudos desvinculados da necessidade de análises laboratoriais complexas ou fora do comum. / First, this work intends to show the importance of research in modeling, simulation and control of wastewater treatment processes, and to point the delay of our country (Brazil) in this subject, compared to the advance of the international initiatives. This work presents the specific problem of modeling the anaerobic digestion and proposes a new tool to simulate the steady state condition in anaerobic reactors. The simulator is based on the ADM1 (Anaerobic Digestion Model No 1), developed by IWA in 2002, and is implemented in C++. The intention is to give free access to a new simulation software with the advantages of better methodology and friendly graphical interface. This tool should be able to bring to the professionals all the sophistication of a more complete modelling in the microbiological and physical-chemical point of view. The developed methodology revealed itself to be very efficient for the attainment of the steady state condition. Consequently, it makes the characterization of the influent the critic stage of the simulation process. The developed method is so efficient that allows simulation studies to be carried out using hypothetical influents and reactors. Thus, it brings independence for simulation studies with no need of complex or unusual laboratorial analyses.