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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES The objective of this work was to evaluate the influence in saturation on the nitrogen removal performance of vertical flow constructed wetlands (VFCW), filled with gravel, in the post-treatment of anaerobic septic tank effluent (ST). The research was designed based on two experimental systems: a benchtop and a full-scale one. In the first experiment, 200 mm diameter PVC pipes were used, filled with gravel. Canna x generalis seedlings were transplanted into them, fed with the TS effluent 5 times a day, for 3.5 days a week, with the same time for resting. Three hydraulic loading rates - HLR (40, 70 and 100 mm.d-1) were tested for two saturation conditions: 20% (15 cm) and 33% (25 cm). Qualitative and quantitative monitoring of influent and effluent wastewater from each treatment unit was carried out, evaluating the following parameters: chemical oxygen demand (CODt), total Kjeldahl nitrogen (TKN), ammonia nitrogen (N-NH4+), nitrite (N -NO2-) and nitrate (N-NO3-), alkalinity, solids series and pH. In the second experiment, these same parameters were analyzed in a full-scale system composed of TS (V=4.7 m3) and WCFV (A = 24.5 m2, filled with gravel and planted with Canna x generalis), in order to compare the effect of saturation (phase II) compared to the previous phase, with recirculation of the treated effluent in the VFCW to the septic tank (phase I). Furthermore, 16S rRNA sequencing was used to identify the nitrifying and denitrifying bacterial community present in the system through samples of the support medium (gravel) at different points of the VFCW. In the benchtop system, the results showed that the saturation height that best removed NT was 25 cm. In the full-scale experiment, with 25 cm of saturation, efficiencies of 61%, 63%, 91%, 40%, 92% and 88% were found for the VFCW for N-NH4+, TN, TSS, TS, BOD and CODt, respectively. When statistically analyzing the effluent concentrations and the global efficiencies of the different operational phases, it was noticed that COD and NT did not present a significant difference. Microbiological analysis in the wetland bed showed the presence of Chromatiales, Xanthomonadales, Nitrospirales families on the surface and in the middle of the wetland bed, both in summer and in winter. At the bottom of the wetland, in the saturation layer, Rhodocyclales and Nitrospiraceae were also observed in winter and summer. The analysis also determined that there was low diversity of nitrifying and denitrifying bacteria. Nitrospira family genera predominated as nitrifying bacteria and Rhodocyclaceae and Bradyrhizobiaceae family genera predominated as denitrifying bacteria. Operation with a saturated bottom offers advantages over recirculation, mainly related to lower energy consumption (for pumping) and greater operational simplicity. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da saturação de fundo no desempenho da remoção de nitrogênio de wetlands construídos de fluxo vertical (WCFV), preenchidos com brita, no pós-tratamento de efluente anaeróbio de tanque séptico (TS). A pesquisa foi delineada baseada em dois sistemas experimentais: um de bancada, e um em escala real. No primeiro experimento, utilizaram-se tubos de PVC com 200 mm de diâmetro, preenchidos com brita. Neles foram transplantados mudas de Canna x generalis, os quais foram alimentados com o efluente do TS 5 vezes ao dia, por 3,5 dias na semana, com o mesmo tempo destinado a repouso. Foram testadas 3 taxas de aplicação hidráulica - TAH (40, 70 e 100 mm.d-1) para duas condições de saturação de fundo: 20% (15 cm) e 33% (25 cm). Foi realizado o monitoramento qualitativo e quantitativo da água residuária afluente e efluente de cada unidade de tratamento, avaliando os seguintes parâmetros: demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio total Kjeldahl (NTK), nitrogênio amoniacal (N-NH4+), nitrito (N-NO2-) e nitrato (N-NO3-), alcalinidade, série de sólidos e pH. Já no segundo experimento, esses mesmos parâmetros foram analisados em um sistema em escala real composto de TS (V=4,7 m3) e WCFV (A = 24,5 m2, preenchido com brita e plantado com Canna x generalis) a fim de comparar o efeito da saturação de fundo (fase II) diante da fase anterior, com recirculação do efluente tratado no WCFV para o tanque séptico (fase I). Ainda, foram realizadas análises de sequenciamento 16s rRNA para identificar a comunidade bacteriana nitrificante e desnitrificante presente no sistema por meio de amostras do meio suporte (brita) em diferentes pontos do WCFV. No sistema de bancada os resultados mostraram que a altura de saturação que melhor removeu NT foi a com 25 cm. Já no experimento em escala real, com 25 cm de saturação, foram encontradas para o WCFV eficiências de 61%, 63%, 91%, 40%, 92% e 88% para N-NH4+, NT, SST, ST, DBO e DQOt, respectivamente. Ao analisar estatisticamente as concentrações efluentes e as eficiências globais, das diferentes fases operacionais, notou-se que DQO e NT não apresentaram diferença significativa. A análise microbiológica no leito do WCFV demostrou a presença das familias Chromatiales, Xanthomonadales, Nitrospirales na superfície e no meio do leito do WCFV, tanto no verão como no inverno. Já no fundo do WCFV, na camada de saturação, foram verificados Rhodocyclales e Nitrospiraceae também no inverno e verão. As análises também determinaram que havia baixa diversidade de bactérias nitrificantes e desnitrificantes. Gêneros da família Nitrospira predominaram como bactérias nitrificantes e os gêneros das famílias Rhodocyclaceae e Bradyrhizobiaceae predominaram como desnitrificantes. A operação com fundo saturado oferece vantagens em relação à recirculação, relacionadas principalmente ao menor consumo de energia (para bombeamento) e uma maior simplicidade operacional.

Orientador: Adriano Luiz Tonetti Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: O nitrogênio é um constituinte de compostos orgânicos essenciais para plantas e animais e, portanto, está naturalmente presente no ambiente em suas diversas formas. A disposição inadequada de esgotos domésticos e industriais, porém, pode contaminar águas subterrâneas e superficiais com elevadas concentrações de compostos nitrogenados, causando diversos problemas ao meio ambiente e à saúde humana. A desnitrificação, que ocorre em meio anóxico, consiste em uma possível solução para o problema, removendo o nitrato por meio da sua transformação em nitrogênio gasoso, que é liberado na atmosfera. Neste contexto, este projeto visou simular a pré-desnitrificação nos reatores anaeróbios mais tradicionalmente empregados no tratamento de esgotos no Brasil. Para isso, um reator UASB e um reator de leito empacotado tendo material sintético como suporte, ambos em escala laboratorial e operados com TDH de 12 h, foram alimentados com efluente sintético com DQO variando de 400 a 100 mgO2L-1, com adição de nitrato na concentração de 50 mgN-NO3-L-1 e as eficiências de desnitrificação e de remoção de DQO foram comparadas entre os reatores e entre as etapas experimentais. Também foi observada a hidrodinâmica dos reatores antes e depois da sua inoculação, a composição do biogás gerado em termos de gás metano, gás carbônico e óxido nitroso e a distribuição de tamanho de partículas do lodo gerado. Ambos os reatores apresentaram um comportamento hidrodinâmico próximo ao fluxo pistão antes da inoculação e próximo à mistura completa após a inoculação. Para valores da relação DQO/N-NO3- iguais a 8 e 6 (DQO de 400 e 300 mgL-1 e concentração de nitrato fixa de 50 mgN-NO3-L-1), 100% de desnitrificação foi observada em ambos os reatores, e o reator de leito empacotado mostrou-se mais eficiente que o UASB quando os valores para esta relação foram iguais a 4 e 2 (DQO de 200 e 100 mgL-1 e mesma concentração de nitrato). A remoção de DQO dissolvida não apresentou diferenças significativas entre os reatores, porém o reator de leito empacotado foi mais eficiente na remoção da DQO suspensa em todas as etapas. Não houve geração de frações detectáveis de óxido nitroso em nenhuma etapa e o lodo contido dos reatores sofreu uma acentuada redução na concentração de sólidos com a redução da DQO afluente, porém sua distribuição de tamanho de partículas não apresentou diferenças significativas entre os reatores e manteve-se constante ao longo das etapas. Com base nos resultados obtidos, o reator de leito empacotado foi mais indicado para o tratamento de efluentes nitrificados em sistemas com recirculação, nos quais a relação DQO/N-NO3- é mais baixa Abstract: Nitrogen forms organic compounds that are essential for both plants and animals and so it is naturally present in the environment, in all of its forms. The inappropriate disposal of domestic and industrial wastewaters, however, could lead to surface and groundwater contamination by high loads of nitrogen compounds, causing numerous problems to the environment, as well as to human health. Denitrification, which occurs under anoxic conditions, could be a solution to this problem, removing nitrate through its transformation into gaseous nitrogen, which is released in the atmosphere. This project has, therefore, simulated pre-denitrification in anaerobic reactors most commonly employed in wastewater treatment in Brazil. To accomplish this, an UASB and a packed-bed reactor containing synthetic material as support media, both in laboratory scale and operated under 12 hours hydraulic retention time, were fed with synthetic effluent with Chemical Oxygen Demand (COD) varying from 400 to 100 mgO2L-1 and nitrate at a concentration of 50 mgNO3--NL-1, and denitrification and COD removal efficiencies were compared between reactors and between experimental stages. The reactors hydrodynamics before and after inoculation and the biogas composition in terms of methane gas, carbonic gas and nitrous oxide were also observed, as well as the particle size distribution of the slugde. Both reactors presented a hydrodynamic behavior similar to plug flow before inoculation and to mixed flow after inoculation. 100% denitrification was obtained in both reactors for COD/NO3--N 8 and 6 (COD of 400 and 300 mgO2L-1 and fixed nitrate concentration of 50 mgNO3--NL-1) and the packed-bed reactor seemed to be more efficient for COD/NO3--N 4 and 2 (COD of 200 and 100 mgO2L-1 and same nitrate concentration). Dissolved COD removal presented no significant difference between the two reactors, but the packed-bed reactor was more efficient in suspended COD removal in all stages. There were no detectable fractions of nitrous oxide in any stage and the sludge inside the reactors suffered a marked reduction of solids concentration along with affluent COD reduction, but its particle size distribution presented no significant differences between reactors and was constant throughout the stages. Based on these results, the packed bed reactor was the most indicated for treating nitrified effluents in recirculation systems, for which the COD/NO3--N relation is low Mestrado Saneamento e Ambiente Mestra em Engenharia Civil CAPES FAPESP 2017/07490-4

Effluent from a fish tank with Nile tilapia (Oreochromis niloticus) was treated in a system of two parallel fixed-bed anaerobic reactors followed by a suspended stirred, anoxic reactor for solids, organic matter and nitrogen removal. Microbial community structure was compared between the reactors and an enriched anammox culture originated from anaerobic sludge by using the PCR (Polymerase Chain Reaction) and DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) techniques. DGGE analysis revealed three large microbial clusters, namely, the biomass in the inoculum, the biomass growing in the reactors, and the enriched anammox culture. The similarity between the microbial community recovered from the anaerobic reactors and the anammox community was considered low (32.7%), suggesting differentiation of the bacterial community as a function of the selection of specific anammox groups. The last step in the anoxic reactor had worsened the effluent quality. The potential of organic matter and ammonia removal in a single anaerobic reactor was demonstrated. Resumo Efluentes de um tanque de peixes de cultivo de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus) foram tratados em um sistema de dois reatores anaeróbios de leito fixo paralelos e seguido por um reator agitado suspenso sob ambiente anóxico para remoção de sólidos, matéria orgânica e nitrogênio. A estrutura da comunidade microbiana foi comparada entre os reatores e uma cultura enriquecida de anammox originada de lodo anaeróbio por PCR (Reação em Cadeia de Polimerase) e DGGE (Eletroforese em Gel de Gradiente Desnaturante). A análise de DGGE revelou três grandes aglomerados microbianos, a saber, a biomassa do inóculo, a biomassa nos reatores e a cultura de anammox enriquecida. A similaridade entre a comunidade microbiana recuperada dos reatores anaeróbios e a comunidade anammox foi considerada baixa (32,7%), sugerindo diferenciação da comunidade bacteriana em função da seleção de grupos específicos de anammox. Embora o reator anóxico tenha piorado a qualidade do efluente, os resultados indicam o potencial de remoção de matéria orgânica e amônia em um único reator anaeróbio.

Orientador: Bruno Coraucci Filho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: O excesso de nutrientes, provenientes principalmente de esgotos sanitários, que são lançados em corpos receptores pode levar ao processo de eutrofização, ocasionando efeitos adversos ao meio ambiente. Surge então a necessidade do tratamento avançado ser considerado no planejamento dos recursos hídricos. Deste modo, avaliou-se a desnitrificação de uma parcela do efluente sanitário proveniente UNICAMP. Para isso, esta água residuária foi tratada por um filtro anaeróbio com recheio de bambu (Bambusa tuldoides), operado com tempo de detenção hidráulica de 9 horas, sendo logo após direcionada para um filtro de areia (aeróbio). Tendo como alternativa o reuso agrícola, o processo de desnitrificação do efluente é fundamental evitando-se a percolação do nitrato no solo. Na primeira fase do estudo, o efluente dos filtros de areia foi aplicado em reator anaeróbio com recheio de brita, variando-se as vazões de fonte de carbono de 20 para 25L e o tempo de detenção hidráulica de 4 para 7 horas. Na segunda fase, o efluente nitrificado no filtro de areia foi recirculado para o filtro anaeróbio com recheio de bambu, em proporções de 15% e 20% em relação ao esgoto bruto. As duas fases do tratamento atingiram até 60% de desnitrificação, com efluente dentro de padrões de lançamento para DQO, DBO para fase 1 como também eficiência na desinfecção referente a Coliformes Totais e Escherichia Coli de acordo com Legislação, podendo o efluente ser lançado em corpos hídricos de classe 2, como também aplicado em práticas de reúso de classe A, B e C Abstract: The excess nutrients, mainly from sewage released into receptors, can lead to eutrophication, causing adverse effects to the environment and also the health of the population. Then comes the need for advanced treatment be considered in the planning of water resources. Thus, we estimated the denitrification of the University of Campinas Hospital's sanitary effluent, through a combination of aerobic and anaerobic filter. To do so, the wastewater was treated by an anaerobic filter filled with bamboo (Bambusa tuldoides), operated with hydraulic retention time of 9 hours, forwarded by a sand filter. Intermittent operation was used to ensure a wide ground layer oxygenation, causing nitrification of 80% of the affluent. Denitrification is an essential process when reusing wastewater for agricultural purposes, as it prevents the percolation of nitrate in the soil. The denitrification analysis was done in two phases. First, the sand filter's effluent hás been applied into the anaerobic reactor filled with gravel with flows of carbon source of 20 and 25L and hydraulic retention time from 4 to 7 hours. The obtained values were within the standards for reuse. Second, the nitrified effluent in sand filter is recirculated to the anaerobic filter filled with bamboo, in proportions of 15% and 20% compared to raw sewage. Both phases of the treatment achieved a rate of 60% effluent denitrification and, for first phase, the effluents are in agreement with the standards releases of COD, BOD as well as the disinfection efficiency regarding coliform and Escherichia Coli. According to law, the effluent may be flowed out into bodies of water Class 2 and also can be applied in reuse practices of class A, B and C Mestrado Saneamento e Ambiente Mestre em Engenharia Civil

Two calculation models of the Specific Denitrification Rate (SDNR) are analyzed to highlight the sensitivity of this parameter to the Food:Microorganisms ratio in the denitrification reactor (F:MDEN). One of these models is empirical while the second was elaborated on a deterministic basis. Both models reveal a linear dependence of SDNR20°C on F:MDEN and in a first approximation they are comparable only in a narrow range of concentration of dissolved oxygen (DO) in denitrification, specifically DO=0.25-0.35 mg L-1. These values frequently occur in well designed and well operated sewage treatment plants. Outside this range, the role of F:MDEN must necessarily be examined in combination with DO because of the relevant influence of the latter on the efficiency of the denitrification process. Resumo Dois modelos de cálculo do SDNR-Specific Denitrification Rate são analisados para destacar a sensibilidade deste parâmetro em relação à fração Alimento/Microrganismos no reator de desnitrificação (A: MDEN). Um desses modelos é empírico, enquanto o segundo foi elaborado em uma base determinística. Ambos os modelos revelam uma dependência linear de SDNR20°C em A:MDEN e, em primeira aproximação, eles são comparáveis apenas dentro de uma faixa estreita de concentração de oxigênio dissolvido (OD) na desnitrificação, especificamente OD=0,25-0,35 mg L-1. Esses valores ocorrem frequentemente em estações de tratamento de esgoto bem projetadas e operadas. Fora dessa faixa, o papel do A:MDEN precisa ser examinado em combinação com o OD devido à influência relevante deste último na eficiência do processo de desnitrificação.

Made available in DSpace on 2021-12-15T13:07:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 final9790.pdf: 232423 bytes, checksum: ca6b6a6302d200f734940f4dd0d2974c (MD5) Previous issue date: 2021

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2021-10-05T19:06:47Z No. of bitstreams: 1 PDF - Gerlândia Soares Bias.pdf: 1730304 bytes, checksum: ca82ff973c2a4d4a9f8a5a747aec622e (MD5) Approved for entry into archive by Rosalvo Andrade (rosalvo_andrade@servidor.uepb.edu.br) on 2021-11-10T21:39:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Gerlândia Soares Bias.pdf: 1730304 bytes, checksum: ca82ff973c2a4d4a9f8a5a747aec622e (MD5) Made available in DSpace on 2021-11-18T11:21:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Gerlândia Soares Bias.pdf: 1730304 bytes, checksum: ca82ff973c2a4d4a9f8a5a747aec622e (MD5) Previous issue date: 2020-09-28 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES The population growth associated with urban development, which is often disordered, has been increasing the quantity of wastewater in the cities. This has been causing a series of environmental impacts, such as contamination of rivers. Consequently, eutrophication of waters, soil contamination and direct impacts on public health. Therefore, the use of combined systems for wastewater biological treatment is currently a widespread reality as an alternative in the removal of matter and nutrients. In this way, the present research aimed at the biological treatment of domestic and sanitary wastewater in a combined system of anoxic reactor followed by an aerobic reactor with immobilized submerged support medium. In order to produce effluent with low concentrations of carbonaceous material and nutrients, as well how to investigate the production of biomass in both systems and the study of microbial kinetics. The system operated in two phases, the first being composed with domestic wastewater (phase I) and the second phase being composed with sanitary wastewater (phase II). Both phases had an operating time of 90 days, operating with a daily flow of 13.5 L and 8-hour TDH. The operational configuration of the system proved to be efficient for domestic and sanitary wastewater treatment, with the best results being in phase II. In percentage terms, the system of phase I showed removal efficiency of 81%, 88% and 70% for COD, SST and NT, respectively. In a phase II were 90%, 91% and 87% for COD, SST and NT, respectively. The results of the mass balance showed the organic and nitrogenous fractions that were removed from the system. The results of the kinetic constants for metabolism of heterotrophic and autotrophic bacteria showed values close to those described in the literature. O crescimento populacional associado ao desenvolvimento urbano, muitas vezes desordenado, vem aumentando o volume de águas residuárias das cidades. Isso vem gerando uma série de impactos ambientais, como contaminação de corpos hídricos, consequentemente eutrofização do meio aquático, contaminação do solo, impactos diretos à saúde pública. Frente a essa realidade, o uso de sistemas combinados para tratamento biológico de águas residuárias, atualmente, é uma realidade difundida como alternativa na remoção de material carbonáceo e dos nutrientes. Nesse sentido, o presente estudo teve como objetivo o tratamento biológico de águas residuárias em sistema combinado de reator anóxico seguido de um reator aeróbio com meio suporte submerso imobilizado, a fim de produzir efluente com baixas concentrações de material carbonáceo e de nutrientes, bem como investigar a produção de biomassa em ambos os sistemas e o estudo da cinética microbiana. O sistema operou em duas fases, sendo, na primeira, alimentado com água residuária doméstica (fase I) e, na segunda, a fase o sistema foi alimentado com água residuária sanitária (fase II), ambas as fases o período de operação foi de 90 dias, vazão diária de 13,5 L e TDH de 8 horas. A configuração operacional do sistema mostrou-se eficiente, sendo os melhores resultados obtidos na fase II. Em termos percentuais, para a remoção de DQO, SST e NT o sistema apresentou eficiências de 81%, 88% e 70%, respectivamente, na fase I; e, 90%, 91% e 87%, na fase II. Os resultados do balanço de massa estimaram as frações orgânica e nitrogenada que foram removidas do sistema. Quanto às constantes cinéticas para metabolismo das bactérias heterotróficas e autotróficas apresentaram valores próximos aos descritos na literatura.

Orientador: Luana Mattos de Oliveira Cruz Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: O lançamento de compostos de nitrogênio do esgoto doméstico nos corpos hídricos é um dos maiores problemas ambientais enfrentados, pois pode ter consequências nocivas para a saúde humana e para o meio ambiente. Sua remoção tem sido objeto de estudo e pode ser realizada por processos biológicos ou físico-químicos, sendo o primeiro mais comumente utilizado. As bactérias Anammox (Anaerobic Ammonium-Oxidazing) fazem a remoção de nitrogênio de forma anóxica e tem mostrado sua eficiência, todavia ainda há poucos estudos no Brasil relacionados a este processo. Para que o processo Anammox seja viabilizado, é importante garantir um acúmulo de nitrito no sistema, visto que este é necessário para que a reação de transformação dos compostos nitrogenados ocorra. Esta pesquisa objetivou verificar se a taxa de aplicação superficial (TAS) e a transferência de oxigênio para a massa líquida influenciam o acúmulo de nitrito no sistema, de modo a favorecer o processo Anammox em um filtro biológico percolador, bem como avaliar a influência da concentração de matéria orgânica na predominância do processo Anammox. O estudo foi realizado por meio da elaboração de um modelo matemático que simula um reator de biofilme, utilizando o programa de Simulações de Sistemas Aquáticos (AQUASIM). Deste modo foi constatado que o controle da vazão, frente a diferentes valores de taxa de transferência de oxigênio, influencia o acúmulo de nitrito no sistema, uma vez que, para os valores mais baixos de KLa considerados (0,069 e 0,167 min-1), uma vazão de 10 L.d-1 propiciou maior acúmulo, enquanto para o valor mais alto de KLa (0,278 min-1) o maior acúmulo foi observado para a TAS de 6,9 m³.m-2.d-1 (vazão de 22 L.d-1). Além disso, a adição de matéria orgânica causou uma diminuição na concentração de bactérias anammox, embora não tenha impedido sua atividade Abstract: The release of nitrogen from domestic sewage into water bodies is one of the biggest environmental problems, since there are harmful consequences for human health and for the environment. Nitrogen can be removed by biological or physical-chemical processes, the first being most commonly used. Anammox bacteria (Anaerobic Ammonium-Oxidazing) remove nitrogen in anoxic condition and have been shown to be efficient. However, there are still few studies in Brazil related to this process. For the Anammox process to be viable, it is important to guarantee an accumulation of nitrite in the system, since it is necessary for the transformation of nitrogen compounds. Thus, this research aimed to verify whether the surface application rate (SAR) and the transfer of oxygen to the bulk liquid influence the accumulation of nitrite in the system, in order to favor the Anammox process in a trickling filter. The influence of organic matter concentration in the predominance of the Anammox process was also investigated. The study was carried out with mathematical model that simulates a biofilm reactor, using the Aquatic Systems Simulations program (AQUASIM). Thus, it was verified that the flow control, using different values of oxygen transfer rate, influences the accumulation of nitrite in the system, since, for the lowest values of KLa considered (0,069 e 0,167 min-1), a flow of 10 L.d-1 provided greater accumulation, while for the highest KLa value (0,278 min-1) the highest accumulation was observed for the flow of 22 L.d-1. Besides that, the addition of organic matter caused a decrease in the anammox bacteria concentration, althought it did not disturb its activity Mestrado Saneamento e Ambiente Mestra em Engenharia Civil FAPESP 2016/21586-1)

A comparison between a mixed aerobic-anoxic horizontal fixed-bed reactor (MAAFBR) and an aerobic horizontal fixed-bed reactor coupled with an anoxic vertical fixed-bed reactor (AHFBR-AVFBR) was made in order to evaluate the nitrogen removal behavior when nitrification and sulfide-driven autotrophic denitrification occurred in a single unit or spatially separated. Both systems achieved Total-N removal efficiencies (RE) higher than 89 %. Moreover, for both reactors, the effluent pH was affected for bicarbonate alkalinities lower than 250 mg CaCO3 L−1, decreasing the biogas desulfurization from 98 to 50 % in the MAAFBR and from 100 to 61 % in the AVFBR. Hydraulic retention times (HRTs) of 6, 8, 10 and 12 h did not affect the nitrification RE on the AHFBR, maintaining values higher than 99 %. In both cases, biogas desulfurization was achieved. However, results suggested that elemental sulfur (S0) was not predominantly formed due to the interference of oxygen. Such interference was more severe for the MAAFBR, in which the results implied diffusion of O2 and H2S between the aerobic and anoxic chambers.

RESUMO Para projetos de sistemas de lodo ativado em países com temperaturas elevadas, como a do Brasil, sugere-se a introdução de um ou mais reatores anóxicos, visto que a nitrificação torna-se um fator quase inevitável. A desnitrificação é um processo capaz de reduzir custos com aeração em até 20%, recuperar a alcalinidade perdida com a nitrificação e ainda remover matéria orgânica e nitrogênio. Este estudo teve como objetivo avaliar a capacidade metabólica de bactérias heterotróficas desses sistemas em ambiente aeróbio e anóxico via nitrato e via nitrito. Para os testes foram comparadas duas configurações: Bardenpho e University of Cape Town (UCT). Os resultados mostraram significativa viabilidade da desnitrificação via nitrato, pois as taxas médias obtidas de consumo de oxigênio e oxigênio equivalente foram semelhantes para ambos os sistemas, indicando que, além da remoção do nitrogênio, a matéria orgânica é removida com a mesma eficiência de um reator aeróbio, possibilitando a redução de custos com aeração devido à possibilidade de limitá-lo apenas ao processo de nitrificação. Contudo, na desnitrificação pelo uso do nitrito, percebeu-se uma redução na capacidade de remoção de matéria orgânica em até 60%, que pode inferir em uma vantagem duvidosa na opção de um processo de nitrificação e desnitrificação simultâneo, mesmo que este apresente menor demanda de oxigênio dissolvido (OD). Entretanto, pode ser viável a sua utilização quando houver também a pretensão de remoção de fósforo via nitrito por organismos acumuladores de fósforo. ABSTRACT For projects of activated sludge systems in countries with high temperatures such as Brazil, the introduction of one or more anoxic reactors is suggested, since nitrification becomes an almost inevitable factor. Denitrification is a process able to reduce aeration costs by up to 20%, recover the alkalinity lost with nitrification and still remove organic matter and nitrogen. This study aimed to evaluate the metabolic capacity of heterotrophic bacteria of these systems in aerobic and anoxic environment via nitrate and nitrite. Two configurations were compared for the tests: Bardenpho and University of Cape Town (UCT). The results showed significant viability of denitrification via nitrate, as the average rates obtained from oxygen consumption and oxygen equivalents were similar for both systems, indicating that beyond the removal of nitrogen, organic matter is removed with the same efficiency as an aerobic reactor enabling cost reduction with aeration due to the possibility of limiting it only to the nitrification process. However, denitrification by the use of nitrite showed a reduction in the ability of removal of organic matter by 60%, which may lead to a doubtful advantage in the option of a simultaneous nitrification and denitrification process, even if it presents minor oxygen demand. However, it may present exceptions, such as when there is also the claim of phosphorus removal via nitrite by phosphorus-accumulating organisms that may overcome the weakness of this rate.

The aim of this study was to investigate the post-treatment of UASB effluent by treating animal feed production wastewater using simultaneous partial nitrification, anammox and denitrification (SNAD) in a structured-bed reactor subjected to low aeration and recirculation. The average nitrogen loads applied were 0.307, 0.249 and 0.149 kgN m−3d−1, correlated to COD/N ratios of 0.28, 0.41 and 0.26 (Phases 1, 2 and 3, respectively). The best mean values for removal efficiencies of total-N and COD were obtained in Phase 1 with 48 ± 24% and 63 ± 20%, respectively, reaching a maximum total-N removal efficiency of 79%. The anammox process was the main pathway of nitrogen removal, as pointed out in the nitrogen mass balance. High free ammonia (FA) concentrations in Phases 2 and 3, associated to the limitation of oxygen supply, caused inhibition of nitrite oxidizing bacteria (NOB) activity, leading to NO2 accumulation, having an impact on the denitrifying activity. At the end of the operational period, sequencing analysis detected sequences related to heterotrophic denitrifiers (22.5%), anammox bacteria, Candidatus Anammoximicrobium (2%) and ammonia oxidizing bacteria (AOB) belonging to Nitrosomonadales and Nitrosomonas (0.6%). These results demonstrated that nitritation, denitrification and anammox were likely in the processes involved in nitrogen removal in this reactor.

A novel horizontal mixed anoxic-aerobic fixed-bed reactor configuration based on nitrification coupled with autotrophic denitrification using hydrogen sulfide as an electron donor was developed. The nitrification removal efficiency (RE) reached values greater than 99% but was slightly affected by the accumulation of dissolved sulfur species in the liquid phase. The denitrification RE reached 99% with a H2S inlet load of 28.6 g S m−3 h−1, although the use of aluminum polychloride (PAC) as a sulfur coagulant in the anoxic zone affected the buffering capacity of the system and resulted in a decrease in the RE. The performance of the reactor was primarily affected by the buffering capacity of the system, and this effect could be controlled with an increase in the NaHCO3 concentration. The recovery of biogenic elemental sulfur was possible using PAC as a coagulant, although the solid collected at the bottom of the settling tank contained only 1.5% S0.

Tese (Doutorado em Ciências Ambientais)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB - Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais, Planaltina, 2019. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). O nitrogênio (N) é um elemento limitante da produção primária dos ecossistemas terrestres. Por isso, é importante entender os padrões de perdas de N ao longo dos ecossistemas. Medidas da razão isotópica de nitrogênio (δ 15N) no solo refletem os caminhos dominantes de entradas e saídas de N do sistema terrestre. A abordagem isotópica aparece como uma ferramenta que auxilia a modelagem de emissões e fluxos de N em modelos de balanço de massa. Para ser aplicado em modelos de ciclagem de N, o δ 15N do solo deve ser representado em modelos isotópicos espaciais (isoscapes). Além de serem fundamentais para modelos de ciclagem de N, isoscapes δ 15N do solo podem ser usadas em outras áreas, como antropologia, forense e ecologia de comunidades. Entretanto, isoscapes de δ 15N do solo disponíveis na escala global mascaram alguns padrões regionais do ciclo do N. Novas isoscapes em escala continental devem incorporar mais locais de amostragem e abordagens metodológicas que evidenciem as relações não lineares do δ 15N com as variáveis preditoras. Neste contexto, o objetivo desta tese de doutorado foi elaborar uma isoscape de δ 15N do solo em escala continental. A América do Sul foi escolhida como área modelo por apresentar grandes vazios amostrais em modelos globais anteriores e permitir a coleta de novas amostras. Posteriormente, a isoscape de δ 15N do solo foi testada em um modelo isotópico de balanço de massa para estimar as perdas de N por lixiviação e desnitrificação. No total foram consideradas 278 localidades ao longo de áreas naturais da América do Sul, com dados da literatura e novos dados de campo. Foram usadas variáveis preditoras para representar as condições pedológicas, climáticas e biológicas do ambiente. Além disso, os limites dos biomas e ecorregiões foram inseridos no modelo como variáveis discretas. Três algoritmos de machine learning foram testados para o modelo de δ 15N do solo: Cubist, Floresta Randômica (RF) e Stochastic Gradient Boosting (GBM). O melhor algoritmo foi escolhido com base na validação cruzada e aplicado na modelagem. Entre os modelos testados, a RF teve a melhor performance (R2 = 0,64). A análise de importância de variável mostrou que o tipo de bioma foi a principal variável para representar a variação espacial de δ 15N do solo, seguido por carbono orgânico do solo. A amplitude estimada foi de -2,0 ‰ a 14,3 ‰. Os maiores valores se concentraram nas regiões de clima semi-árido e os menores nas regiões mais frias. Os padrões representados na isoscape de δ 15N do solo se refletiram na variação espacial da proporção do N de entrada que se perde por vias gasosas (fgas). A região com maiores perdas relativas de N gasoso foi a de desertos e arbustos xéricos, seguida pelas florestas tropicais secas e florestas tropicais úmidas. As maiores perdas relativas por lixiviação ocorreram nos ecossistemas de florestas mistas temperadas, florestas de mediterrâneo e nos ecossistemas savânicos tropicais. A partir do modelo de fgas, foram incorporados modelos de entrada de N por fixação biológica de N (FBN) e deposição atmosférica para calcular os fluxos de perdas de N gasoso e por lixiviação. As estimativas de fluxo de N mostraram que 1,3 ± 1,1 g N m-2 ano-1 é perdido em média pelo processo de desnitrificação nos solos naturais do continente. Perdas por lixiviação foram de 2,5 ± 1,8 g N m-2 ano-1 . Foram estimados valores significativamente menores nas regiões das savanas tropicais e savanas e campos alagados da América do Sul em comparação aos modelos anteriores. Isso é reflexo do aumento da quantidade de pontos representando esses ecossistemas, visto que essas áreas foram sub-amostradas em estudos anteriores em escala global. As relações não-lineares e o uso de variáveis preditoras representando múltiplos fatores de estado dos ecossistemas evidenciaram padrões espaciais de δ 15N no solo coerentes com as observações empíricas, que ainda não haviam sido representados em modelos globais, principalmente das savanas tropicais. Nitrogen (N) is a limiting element of the terrestrial ecosystems primary production. Therefore, it is essential to understand the patterns of N losses across ecosystems. The isotopic ratio of nitrogen (δ 15N) in soil samples reflects the dominant paths of N inputs and outputs in the terrestrial system. The isotopic approach appears as a tool to estimate N emissions and fluxes in mass balance models. To be applied in N cycling models, soil δ 15N must be represented in isotopic landscapes (isoscapes). In addition to being central to N cycling models, Soil δ 15N isoscapes can be used in other scientific fields such as anthropology, forensics and community ecology. However, soil δ 15N isoscapes available at a global scale mask some regional patterns of the N cycle. New continental scale isoscapes should incorporate more sampling sites and methodological approaches that highlight nonlinear relationships between δ 15N and predictor variables. In this context, the objective of this doctoral thesis was to elaborate an isoscape soil δ 15N at the continental scale. South America was chosen as a model area because it presented large sample voids in previous global compilations and allowed the collection of new samples. Subsequently, the soil δ 15N isoscape was tested in an isotopic mass balance model to estimate the N losses by leaching and denitrification. In total, 278 geographical locations were considered in South America, with data from the literature and new field samples. The covariates represented the pedological, climatic and biological conditions of the environment. Besides, the biome boundaries and ecoregions were inserted into the model as discrete variables. Three machine learning algorithms were tested for the δ 15N soil model: Cubist, Random Forest (RF) and Stochastic Gradient Boosting (GBM). The best algorithm was chosen based on the 10-fold cross-validation and applied in the modeling. Among the tested models, RF had the best performance (R2 = 0.64). The importance of variable analysis showed that the biome type was the main variable to represent the spatial variation of δ 15N of the soil, followed by soil organic carbon. The estimated amplitude was -2.0 ‰ to 14.3 ‰. The highest values are concentrated in semi-arid climate regions and the lowest in the coldest regions. The patterns represented in the isoscape of δ 15N of the soil were reflected in the spatial variation of the proportion of the incoming N that is lost by gaseous pathways (fgas). The region with the highest relative losses of gaseous N is that of deserts and xeric shrubs, followed by dry tropical forests and humid tropical forests. The highest relative leaching losses occur in the ecosystems of temperate mixed forests and Mediterranean forests; and tropical savanna ecosystems. From the fgas model, N input models were incorporated by biological N fixation (FBN) and atmospheric deposition to calculate the flow losses of gaseous N and by leaching. N flux estimates showed that 1.3 ± 1.1 g N m-2 yr-1 is lost on average by the denitrification process on the continent's natural soils. Leaching losses are 2.5 ± 1.8 g N m-2 yr-1 . Significantly lower values were estimated in the tropical savannas and grassland savannas and floodplains of South America in comparison to previous models. That pattern is due to the increase in the number of points representing these ecosystems since they were underrepresented in previous studies on a global scale. Nonlinear relationships and the use of predictor variables representing multiple state factors revealed spatial patterns of δ 15N in soil consistent with empirical observations that had not yet been represented in global models, mainly in tropical savannas.

The worrying presence of nitrogen in wastewater is related to its potential to cause eutrophication in water bodies, in addition to the risks to human health. Simultaneous nitrification and denitrification (SND) is an innovative biological process for nitrogen removal, which minimizes the energy needed to supply oxygen and prevents the addition of an electron source. This process has been applied in batch systems, such as Sequential Batch Biofilm Reactor (SBBR), and some of their operational conditions have been tested for maximum removal along with time savings, carbon source and aeration. This work, which used synthetic sewage with low C/N ratio, was divided into tests, where batch reactors with polyurethane foam were evaluated with different concentrations of alkalinity and nitrogen tributaries. Each test followed 32 cycles of 6h (with aeration of 4.5h) and in this period analyzes were carried out to verify the environmental conditions, the carbon and nitrogen removal efficiencies as well as the evaluation of microbial adhesion. The environmental conditions indicated for the NDS process were maintained throughout the operation. With a mean C/N ratio of 5.3, a COD removal efficiency between 62 and 84% and NT removal of 14 to 34% was obtained. The nitrification and denitrification efficiencies obtained were low, but indicated that there was no limitation of the NDS process due to unavailability of electron donors. The unsatisfactory process is due to insufficient dissolved oxygen concentrations and / or aeration time. The increase of alkalinizing and of affluent nitrogen was not interesting, discouraging the removal of nitrogen. Finally, COD removal efficiency was shown by multiple regression, related to the affluent C / N ratio, while NT removal efficiency was strongly influenced by COD and alkalinity affluents. CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A preocupante presença de nitrogênio nas águas residuárias tem relação com seu potencial de causar eutrofização em corpos d’água, além dos riscos à saúde humana. A nitrificação e desnitrificação simultânea (NDS) é um processo biológico inovador para remoção de nitrogênio, que minimiza a energia necessária de fornecimento de oxigênio e evita a adição de fonte de elétrons. Esse processo vem sendo aplicado em sistemas bateladas, como sistemas de biofilme em bateladas sequenciais (RBBS), e algumas de suas condições operacionais vem sendo testadas para a remoção máxima juntamente com economia de tempo, fonte de carbono e aeração. Esse trabalho, que utilizou esgoto sintético com baixa relação C/N, foi dividido em testes, onde reatores em batelada com espuma de poliuretano foram avaliados com diferentes concentrações de alcalinidade e nitrogênio afluentes. Cada teste seguiu 32 ciclos de 6h (com aeração de 4,5h) e nesse período foram realizadas análises para verificação das condições ambientais, das eficiências de remoção de carbono e nitrogênio como também a avaliação de adesão microbiana. As condições ambientais indicadas para o processo NDS foram mantidas durante toda a operação. Com a relação C/N média de 5,3, obteve-se uma eficiência de remoção de DQO entre 62 e 84% e remoção de NT de 14 a 34%. As eficiências de nitrificação e desnitrificação obtidas foram baixas, mas indicaram que não houve limitação do processo NDS por indisponibilidade de doadores de elétrons. O processo insatisfatório deve-se as concentrações de oxigênio dissolvido e/ou tempo de aeração insuficientes. O aumento de alcalinizante e de nitrogênio afluente não foi interessante, desafavorecendo a remoção de nitrogênio. Por fim, a eficiência de remoção de DQO mostrou-se, pela regressão múltipla, relacionada com a relação C/N afluente, enquanto a eficiência de remoção de NT sofreu forte influência da DQO e da alcalinidade afluentes.

Submitted by Taís Silva (taismoreira001@gmail.com) on 2021-01-25T17:39:32Z No. of bitstreams: 1 MaryelliLudmyllaRodriguesDaSilva.pdf: 1867432 bytes, checksum: c1ad0e6b4b5d877577bbded856048789 (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-02-12T00:08:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MaryelliLudmyllaRodriguesDaSilva.pdf: 1867432 bytes, checksum: c1ad0e6b4b5d877577bbded856048789 (MD5) Made available in DSpace on 2021-02-12T00:08:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MaryelliLudmyllaRodriguesDaSilva.pdf: 1867432 bytes, checksum: c1ad0e6b4b5d877577bbded856048789 (MD5) Previous issue date: 2019-02 Esse trabalho investigou o uso de glicerol bruto oriundo da produção de biodiesel como fonte de carbono para a desnitrificação. Primeiramente, foram realizados experimentos em reator em batelada sequencial (SBR) para determinar a mínima relação DQO/N necessária para obter desnitrificação completa com o glicerol utilizado. Foram testadas seis diferentes relações DQO/N, variando de 6,5 a 8,5. Para relações DQO/N iguais ou superiores a 7, desnitrificação completa foi obtida, enquanto que para relações inferiores a 7, redução incompleta de nitrato e desnitrificação parcial a nitrito foram observadas. A partir desses dados, foram realizados testes subsequentes de desnitrificação em reator de leito móvel com biofilme (MBBR) operado continuamente sob o tempo de retenção hidráulica de 12 h. Os resultados revelaram que, mesmo aplicando uma relação DQO/N de 7, teoricamente suficiente para desnitrificação completa, o percentual de redução do nitrato foi baixo, sugerindo uma possível degradação do glicerol antes do mesmo adentrar o reator. De fato, experimentos adicionais mostraram que esse substrato sofria degradação à temperatura ambiente (26±2°C), problema contornado mantendo o meio de alimentação sob refrigeração a 4°C. Desnitrificação completa no sistema contínuo só foi possível com a aplicação de uma relação DQO/N de 8, capaz de compensar a degradação da fonte de carbono durante a sua alimentação ao reator. Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.). This work investigated the use of crude glycerol from the biodiesel production as a carbon source for denitrification. Experiments were initially performed in a sequencing batch reactor to determine the minimum COD/N ratio required to obtain complete denitrification with the glycerol used. Six different COD/N ratios were tested, ranging from 6.5 to 8.5. For COD/N ratios equal to or greater than 7, complete denitrification was obtained, while for ratios less than 7, incomplete nitrate reduction and partial denitrification to nitrite were observed. From these data, subsequent denitrification tests were carried out in a continuously operated moving-bed biofilm reactor (MBBR) under the hydraulic retention time of 12 h. The results showed that even when applying a COD/N ratio of 7, theoretically sufficient for complete denitrification, the nitrate reduction percentage was low, suggesting a possible degradation of the glycerol before entering the reactor. In fact, additional experiments showed that this substrate was degraded at room temperature (26 ± 2 °C), a problem solved by keeping the feeding medium under refrigeration at 4°C. Complete denitrification in the continuous system was only possible at a COD/N ratio of 8, capable of compensating for the degradation of the carbon source during its feed to the reactor.

Sparsely populated or peri-urban areas commonly lack access to public water supply and sewerage systems. The inhabitants must make use of excavated wells to meet their water needs and septic systems or pit latrines for domestic wastewater disposal, which can release pathogens and nutrients (nitrate and phosphate) into shallow groundwater. This study compares two on-site sanitation systems improved with permeable reactors for removal of nutrients and pathogens: a lateral flow design at Maryhill site (Canada) and a downflow design at Parelheiros site (Brazil). Both alternative latrines employed two reactive materials: BOF (Basic Oxygen Furnace) slag for pathogen removal and sawdust for nitrate removal. At Maryhill, the sawdust tank was emplaced before the BOF slag tank, and at Parelheiros, the BOF slag layer was emplaced before the sawdust layer. Maryhill latrine was able to oxidize up to 98% of ammonium to nitrate and to remove 99% of nitrate, phosphate, and E. coli from the effluent. Parelheiros latrine was more efficient in promoting nitrification, with almost complete ammonium oxidation, but nitrate removal by denitrification ranged between 13 and 57%, while phosphate and E. coli were completely removed. The BOF slag overlying sawdust layer in Parelheiros design may have negatively affected the performance in denitrifying bacteria due to the high pH created in BOF slag. The Maryhill latrine proved to be a more satisfactory design for nitrate removal. The combined use of sawdust and BOF slag in differing subsurface environments has shown considerable potential for mitigating impacts of on-site sanitation systems on groundwater.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2019 A tecnologia de lodo granular aeróbio (LGA) tem se destacado nas últimas décadas pelo seu ótimo desempenho na remoção simultânea de nitrogênio, carbono e fósforo, em tratamento de efluentes diversos. No entanto, tem-se observado que nos processos de tratamento que têm como objetivo a remoção biológica de nitrogênio, verifica-se a emissão de óxido nitroso (N2O), que é um importante gás de efeito estufa (GEE). A emissão de N2O pode estar associada a variáveis operacionais como: baixas concentrações de oxigênio dissolvido (OD); acúmulo de nitrito ou ácido nitroso e variações nas concentrações de nitrogênio amoniacal nas fases aeradas; limitação de fonte de carbono (baixa C:N); fases anóxicas/aeróbias alternadas; e mudanças abruptas no sistema (cargas de nitrogênio, níveis de OD e N-NO2-). Ademais, estes parâmetros podem provocar alterações na comunidade microbiana e consequente variação nos fatores de emissão (FE) de N2O. Neste sentido, o objetivo desta tese de doutorado foi investigar a produção e a emissão de N2O, em reator em bateladas sequenciais (RBS) com LGA, operado em regime de nitrificação e desnitrificação alternadas (NDA), no tratamento de esgoto sanitário, por meio de: (1) aplicação de diferentes configurações de ciclo; (2) estudo de rotas metabólicas; e (3) verificação dos efeitos da razão C:N (em termos de DQOS:NH4). Os efeitos das configurações do ciclo foram avaliados em RBS piloto (110 L): (i) com enchimento único e aeração contínua (NDAU) e (ii) com enchimento escalonado e aeração intermitente (NDAE). As rotas metabólicas e os efeitos da razão C:N foram avaliados em ensaios em batelada, usando um reator de bancada (1L), com LGA retirado do RBS piloto. Foram obtidas maiores remoções de nitrogênio total (NT) e de N-NH4+ em regime NDAE (54 e 95%, respectivamente), estando relacionadas à alimentação escalonada e à aeração intermitente, que promoveram a separação temporal da nitrificação e desnitrificação. Porém, esta configuração apresentou maior FE (157-480 g N-N2O pessoa-1 ano-1), relacionado à presença de OD na fase anóxica. Verificou-se que gêneros como Thauera, que são desnitrificantes heterotróficos, estiveram presentes com abundância relativa de 3,8% (dia 556, NDAE). Em NDAU, os maiores FE (227,5±41,9g N-N2O pessoa-1 ano-1) e conversão de NT a N2O (5,9±2,0%) foram associados à atividade de desnitrificação autotrófica por Nitrosomonas sp., no período de temperaturas amenas (20°C). Enquanto a desnitrificação heterotrófica foi a principal via de emissão no período de temperaturas elevadas (25°C) e pode ser associada à presença de Acidovorax e Thermomonas. Igualmente, organismos de crescimento lento, capazes de desnitrificar e também de remover o fósforo, como Defluviccocus e Tetrasphaera, estiveram presentes nessa condição. Nos experimentos em bateladas alimentados com menores relações C:N foram obtidas as maiores emissões de N2O (conversão de 19 e 18% do NT afluente a N2O, para DQO:NH4 = 0 e 1, respectivamente). Do ponto de vista estequiométrico, a relação DQO:NH4 do substrato que alimentava o RBS piloto não apresentou déficit de elétrons para realização da desnitrificação heterotrófica via N-NO3-. Em conclusão, os reatores em bateladas sequenciais com LGA, em regime de nitrificação e desnitrificação alternadas, emitem uma grande quantidade de N2O durante o tratamento de esgoto sanitário. O controle das emissões deste GEE inclui a gestão das configurações operacionais do reator, assim como o monitoramento de fatores externos (razão C:N e temperatura), com o propósito de otimizar o tratamento do efluente líquido e minimizar a geração de subprodutos gasosos. Abstract: Aerobic Granular Sludge (AGS) has recently received growing attention due to its outstanding ability on simultaneously remove nitrogen, carbon and phosphorus from wastewaters. However, a significant greenhouse gas (GEE) production ? nitrous oxide (N2O) has been reported from AGS systems regarding the nitrogen removal. N2O emissions are related to some operational conditions set in biological reactors, such as: low concentration of dissolved oxygen (DO), nitrite or nitrous acid accumulation or even ammonia nitrogen during aerobic phases, limited carbon source (e.g. low C: N ratio), alternating anoxic/aerated phases and sudden system changes (nitrogen loads, DO or NO2--N concentrations). Besides, such parameters may provide changes on the microbial ecology and deviation on the nitrous oxide emission factor (EF). Considering the aforementioned points, this study aimed to analyze the production and emission of N2O using sequencing batch reactor (SBR) with AGS and alternating nitrification denitrification (AND) process for nitrogen removal from real sanitary wastewater, considering: (1) different cycle configurations; (2) the study of metabolic pathways; and (3) analyze the effect of C/N ratios (expressed as DQOs: NH4) in the substrate. The influence of cycle configuration on nitrogen removal was performed in a pilot-scale 110L SBR, taking into account (i) single feeding and continuous aeration (ANDS) and (ii) step-feeding and intermittent aeration (ANDI). Metabolic pathways and C: N ratios were evaluated in batch tests using a 1L bench-scale reactor and AGS as inoculum collected in the pilot-scale RBS. Higher removal efficiencies of total (TN) and ammonia nitrogen (NH4+-N) were achieved in the ANDI strategy (54 and 95%, respectively), being were addressed to the step-feeding and intermittent aeration which detached the nitrification from the denitrification phase. However, this configuration presented higher EF (157-480 g N2O-N person-1 year-1), related to the presence of OD in anoxic phase. It was found that genera such as Thauera, which are heterotrophic denitrifiers, were present with a relative abundance of 3.8% (day 556, ANDI). In ANDS, the highest EF (227.5 ± 41.9g N2O-N person-1 year-1) and NT to N2O conversion (5.9 ± 2.0%) were associated with autotrophic denitrification by Nitrosomonas sp. in the period of low temperatures (20 ° C). While heterotrophic denitrification was the main N2O emission pathway in the warmer temperature period (25 ° C) and may be associated with the presence of Acidovorax and Thermomonas. Likewise, slow-growing organisms capable of denitrification and also of removing phosphorus, such as Defluviccocus and Tetrasphaera, were present in this condition. In the batch experiments fed with lower C:N ratios the highest N2O emissions were obtained (conversion of 19 and 18% of the tributary NT to N2O, for COD: NH4 = 0 and 1, respectively). Nitrous oxide emissions were higher in lab-scale sequencing batch reactors fed with low C:N substrates (around 19 and 18% of TN converted into N2O, considering COD:NH4 ratios of 0 and 1, respectively). From a stoichiometry perspective the substrate COD:NH4 ratio fed in the pilot-scale reactor did not present electron-deficiency to support the heterotrophic denitrification via NO3--N. This research, therefore, showed that sequencing batch reactors with AGS emit large amounts of nitrous oxide across the sewage treatment. Controlling this GHG emission includes the management of operational configurations of the reactor, as well as the monitoring of external factors (such as C:N ratio and temperature), in order to optimize the treatment of the liquid effluent and minimize the production of gaseous by-products.

Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar a dinâmica dos fluxos de óxido nitroso (N2O) em solo sob pastagem, em sistema de integração lavoura-pecuária, e sob cerrado nativo usado como referência, bem como identificar os atributos físicos e químicos do solo que influenciam esses fluxos. O estudo foi realizado na Fazenda Capivara, da Embrapa Arroz e Feijão, de 5 de fevereiro a 30 de setembro de 2013. As amostragens de gás foram realizadas com uso de câmaras estáticas manuais. O solo sob pastagem apresentou os maiores fluxos de N2O, com média de 14,12 ng m-2 s-1. Essa área também apresentou maior espaço poroso preenchido por água (EPPA), que, associado à temperatura e ao teor de nitrato no solo, influenciou a produção de N2O. Na época chuvosa, os fluxos apresentaram correlação positiva com o EPPA do solo e, na época seca, com seu teor de amônio e nitrato. A emissão total de N2O na área da pastagem foi de 1.644,19 gha1. No cerrado nativo, não houve emissão de N2O do solo para a atmosfera. Abstract The objective of this work was to evaluate the dynamics of nitrous oxide (N2O) fluxes in a soil under pasture, in an integrated crop-livestock system, and in native cerrado as a reference, besides identifying the physical and chemical soil properties that affect the fluxes. The study was conducted at Fazenda Capivara of Embrapa Arroz e Feijão, in the state of Goiás, Brazil, between February 5 and September 30, 2013. Gas sampling was performed using manual static chambers. The soil under pasture showed the highest N2O fluxes with average of 14.12 ng m-2 s-1. This area also showed greater water-filled pore space (WFPS), which, associated with soil temperature and nitrate content in the soil affected the production of N2O. In the rainy season, fluxes showed positive correlation with soil WFPS, and, in the dry season, they were correlated with soil contents of ammonium and nitrate. The total N2O emission in the pasture area was 1,644.19 g ha-1. In native cerrado, there was no soil-N2O emission to the atmosphere.

O nitrogênio é um dos contaminantes mais importantes presentes nas águas residuais. As alternativas tecnológicas mais usuais para o tratamento de águas contendo esse composto lançam mão do ciclo bioquímico do nitrogênio, o qual se sustenta em dois processos, a nitrificação e a desnitrificação. Dentre os parâmetros que influenciam na remoção de nitrogênio, podemos citar a concentração de oxigênio dissolvido, relação carbono/nitrogênio, temperatura, pH entre outros. Este trabalho apresenta uma revisão sobre a remoção biológica de nitrogênio das águas e os principais parâmetros que influenciam na sua remoção, dando ênfase ao processo de nitrificação e desnitrificação simultânea. Nitrogen is one of the most important contaminants present in wastewater. The most common alternative technologies for the treatment of waters containing this compound lay hold of the biochemical cycle of nitrogen, which is based on two processes, nitrification and denitrification. Among the parameters that influence the removal of nitrogen, we can mention the concentration of dissolved oxygen, carbon/nitrogen ratio, temperature, pH, and other relationships. This paper presents an overview of the biological nitrogen removal of water and the main parameters that influence the removal, emphasizing the simultaneous nitrification and denitrification process. Fil: Miranda Zoppas, Fernanda. Universidade Federal do Rio Grande do Sul; Brasil. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica ; Argentina Fil: Bernardes, Andrea Moura. Universidade Federal do Rio Grande do Sul; Brasil Fil: Meneguzzi, Álvaro. Universidade Federal do Rio Grande do Sul; Brasil

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2018-12-11T11:55:47Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Rafael Polak.pdf: 5152873 bytes, checksum: 5f30b3bcb29a2f08c434a1b4def58c5a (MD5) Made available in DSpace on 2018-12-11T11:55:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Rafael Polak.pdf: 5152873 bytes, checksum: 5f30b3bcb29a2f08c434a1b4def58c5a (MD5) Previous issue date: 2018-07-23 Essa pesquisa teve por objetivo principal avaliar o desempenho de um reator em escala piloto de leito empacotado e fluxo contínuo sob diferentes condições operacionais de aeração, na remoção biológica de matéria carbonácea e nitrogenada, de efluente sanitário. O reator possuía um volume total de 5,65 m³ e volume útil de 4,75 m³, devido ao volume ocupado pelo material suporte. O meio suporte utilizado para fixação de microrganismos foi o dispositivo denominado Biobob®, que consiste em uma matriz de espuma de poliuretano envolta por uma estrutura de polipropileno, com geometria cilíndrica de 45 mm de diâmetro e 60 mm de altura. O reator foi operado com um Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 12 horas, razão de recirculação de 2 vezes vazão de alimentação e foi alimentado continuamente por afluente composto por mistura de esgoto sanitário não tratado e efluente de Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado (RALF) na proporção de 1:1 (v:v). Foram explorados três ciclos de operação de 180 minutos: (10) aerando continuamente por 180 minutos, (2) aerando 60 minutos e não aerando 120 minutos, e (3) aerando 120 minutos e não aerando 60 minutos. Os resultados mostraram não haver diferença estatística nas eficiências de reduções de Demanda Química Oxigênio (DQO) entre as três condições estudadas, com eficiências médias de 76,34%, 75,32% e 79,80%, respectivamente, indicando que o tempo de aeração não influenciou na eficiência de redução. A DQO efluente do reator variou entre 31 mg.L-1 e 206 mg.L-1. A eficiência de nitrificação se mostrou fator limitante na remoção de NT. As condições (1) e (3) com maiores taxas de nitrificação, 75% e 70% respectivamente, obtiveram as melhores eficiências de remoção de NT, com taxas de 65% em ambas. A relação DQO/NTK durante as 3 etapas da pesquisa foi próxima a 9,59. A condição (3) apresentou diferença estatística significativa na remoção de NT devido a maior disponibilidade de doadores de elétrons, com relação DQO/NTK de 11,2. A desnitrificação apresentou médias de remoções de 87%, 89% e 94%, nas condições 1, 2 e 3, respectivamente. Pelos resultados obtidos, pode-se concluir que o reator piloto de leito empacotado e aeração intermitente foi eficiente na remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogenada, podendo ser considerado uma alternativa interessante a ser utilizada no tratamento combinado de efluente de UASB e esgoto bruto. The main objective of this research was to evaluate the performance of a pilot scale reactor of packed bed and continuous flow, on different aeration operating conditions, in the biological removal of carbonaceous and nitrogenous matter from sanitary effluent. The reactor has a total volume of 5.65 m³, and a useful volume of 4.75 m³ due to the volume occupied by the structured bed. The medium used to fix microorganisms was the device called Biobob®, which consists of a polyurethane foam matrix enveloped by a polypropylene structure, with a cylindrical geometry of 45 mm in diameter and 60 mm in height. The reactor was operated with a 12 hour Hydraulic Retention Time (HRT), recirculation rate of 2 times feed rate and was continuously fed by a mixture of untreated sewage and effluent from an Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) in the proportion of 1:1 (v:v). Three 180-minute cycles of operation were performed: (1) continuous aeration for 180 minutes, (2) aeration 60 minutes and no aeration for 120 minutes and (3) aeration for 120 minutes and no aeration for 60 minutes. The results showed that there was no statistical difference in the efficiency of Chemical Oxygen Demand (COD) reductions between the three conditions studied, with mean efficiencies of 76.34%, 75.32% and 79.80%, respectively, indicating that the aeration did not influence the reduction efficiency. The COD concentrations effluent from the reactor varied between 31 mg.L-1 and 206 mg.L-1. The efficiency of nitrification was shown to be a limiting factor in NT removal. The conditions (1) and (3) with higher nitrification rates, 75% and 70%, respectively, obtained the best NT removal efficiencies, with rates of 65% in both. The COD / NTK ratio presented a high average during the 3 stages of the research, with an observed value of 9.59. Denitrification showed mean removals of 87% (1), 89% (2) and 94% (3). Condition (3) presented a statistically significant difference with the others due to the greater availability of electron donors, with a COD/NTK ratio of 11.2. From the results, we can conclude that the packed bed reactor and intermittent aeration is efficient in the simultaneous removal of organic matter and nitrogen and is an interesting alternative to be used in the treatment and post treatment of anaerobic reactors.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Agriculture is responsible for 80% of nitrous oxide emissions on earth's atmosphere, the most potential greenhouse gas among the three main gases (CO2, CH4 and N2O). Citriculture and silviculture play an important role on Brazilian economics due to the high demand of orange and wood products for exportation. Thus, in order to get a better understand about the role of those cultures on N2O emission, this research aims to evaluate N2O emissions from Citrus sinensis and Eucalyptus spp. crops, adjacent forests of each agriculture field were used as control. Citrus and eucalyptus sites are located in Sorocaba and Salto de Pirapora municipality, both in the state of Sao Paulo, Brazil. In each agriculture field and adjacent forest, eight static chambers were randomly installed, and gas sample were collected during dry and wet region season. Soil samples were collected in each field of study from five random sampling points, for further physicochemical, molecular analysis and microcosm incubation. Gas samples were collected from microcosm after moisture adjustment in 70% of field capacity. All gas samples were analyzed by gas chromatography technique. The number of copies of genes related to denitrifying process (nirK, nirS e nosZ) was determined by quantitative real time PCR. Seasonality had significant (P

Submitted by Daniele Fonseca (daniele@ct.ufrj.br) on 2020-07-24T12:42:52Z No. of bitstreams: 1 SandraMariaDeSouzaCao-min (1).pdf: 1535030 bytes, checksum: 6e053dfde0ee5bd602a662d0d704dd74 (MD5) Made available in DSpace on 2020-07-24T12:42:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SandraMariaDeSouzaCao-min (1).pdf: 1535030 bytes, checksum: 6e053dfde0ee5bd602a662d0d704dd74 (MD5) Previous issue date: 2018-05 Esse trabalho avaliou o efeito de longos períodos com disponibilidade limitada de substrato (amônio) e oxigênio no processo nitrificante e o desempenho de um sistema desnitrificante submetido a altas cargas de nitrato, em reatores de leito móvel com biofilme (MBBR). Dois reatores nitrificantes foram operados em paralelo e submetidos a diferentes condições experimentais de limitação de amônio e oxigênio. Rápida recuperação da eficiência de remoção amônio foi observada após os sucessivos períodos de perturbação. No entanto, a ausência de oxigênio ocasionou efeito mais drástico na nitrificação quando comparada à limitação de amônio. A atividade nitrificante decaiu gradualmente após os períodos contínuos de limitação de amônio e de oxigênio até atingir um valor mínimo constante, revelando a capacidade do consórcio microbiano imobilizado em manter uma atividade mínima. O estudo envolvendo o processo de desnitrificação demonstrou que o sistema MBBR submetido a elevadas cargas de nitrato (2,6 kgNO3-N/(m3 .d)) foi capaz de atingir completa desnitrificação, particularmente em relações DQO/N superior a 6. No entanto, para menores relações DQO/N, ocorreu acúmulo de nitrito e possível inibição, principalmente em condições de maior carga nitrogenada afluente. A taxa específica desnitrificante foi proporcional à carga de nitrato afluente, chegando a 60 mgNO3-N/(gSAV.h). This work evaluated the effect of long periods with limited availability of substrate (ammonium) and oxygen in the nitrification process and the performance of a denitrifying system subjected to high nitrate loading in moving bed biofilm reactors (MBBR). Two nitrification reactors were operated in parallel and have undergone different ammonium and oxygen limiting conditions. Fast recovery of ammonium removal efficiency was observed after the successive disturbing periods. However, the absence of oxygen caused a more drastic effect in the nitrification process as compared to the ammonium limitation. Nitrifying activity gradually decreased after the continuous ammonium and oxygen limitation periods until reaching a constant minimum value, revealing the capacity of the biofilm microbial consortium in sustaining a minimum nitrifying activity. The study involving the denitrification process demonstrated that the MBBR system subjected to elevated nitrate loads (2.6 kgNO3-N/(m3 /d)) was capable of reaching complete denitrification, particularly under COD/N rations above 6. Conversely, for lower COD/N ratio, nitrite accumulation and possible inhibition took place, especially at higher influent nitrogen loading rates. The specific denitrifying activity was proportional to the influent nitrate load, reaching up to 60 mgNO3- N/(gSAV.h). Forma adicional Também disponível on-line.

The present study evaluated the efficiency of a structured-bed reactor subjected to recirculation and intermittent aeration (SBRRIA) to promote nitrogen and carbon removal from domestic sewage. The intermittent aeration and the recycling rate of 3 keeps the desired mixing degree inside the SBRRIA. Four different operational conditions were tested by varying the hydraulic retention time (HRT) from 12 to 8 h and aerated and non-aerated periods (A/NA) from 2 h/1 h and 3 h/1 h. At the THD of 8 h and A/NA of 2 h/1 h there was a decrease in the nitrification process (77.5%) due to the increase of organic matter availability, affecting the total-N removal performance. However, by increasing the aerated period from 2 h to 3 h, the nitrification efficiency rose to 91.1%, reaching a total-N removal efficiency of 79%. The system reached a maximum total-N loading removed of 0.117 kgN.m−3.d−1 by applying an HRT of 8 h and an intermittent aeration cycle of 3 h, aerated and 1 h non-aerated. The simultaneous nitrification and denitrification (SND) process was related to a complex interplay among microorganisms affiliated mostly to Acidovorax sp., Comamonas sp., Dechloromonas sp., Hydrogenophaga sp., Mycobacterium sp., Rhodobacter sp., and Steroidobacter sp.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2018-05-30T14:40:38Z No. of bitstreams: 2 Camila Ester Hollas.pdf: 1390526 bytes, checksum: fda6b2a6373f5f1f7bf0cf8b63022b1e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Made available in DSpace on 2018-05-30T14:40:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Camila Ester Hollas.pdf: 1390526 bytes, checksum: fda6b2a6373f5f1f7bf0cf8b63022b1e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-16 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES The intensive animal production generates high volume of effluents, which is potentially damaging to the environment, when improperly managed. One of the production chains known for its high pollutant load is the swine production. An alternative of treatment is to remove ammoniacal nitrogen, which is one of the main pollutant, by nutrient biological removal processes. However, for this to occur properly the solid-liquid separation (SLS) becomes a fundamental step, due to the necessity to reduce total solids and its carbon/nitrogen ratio. Therefore, with the solids removal the discrete particles are removed thereby avoiding overload in subsequent treatment steps. In addition, besides the high nitrogen load, swine manure also presents high organic load when compared to sanitary sewage, which makes possible to use nitrification and denitrification processes to remove nitrogen without the need to add external carbon sources. The modified Ludzack-Ettinger system (MLE) is known as an efficient configuration to use this process for nitrogen and carbon removal from effluents. The objective of this study was to evaluate the influence of SLS process in swine manure for nitrogen removal using a MLE system. For such purpose, a MLE system was carried out with continuous feeding and aeration. The system was fed with effluent from a SLS in tapered decanter, with variable hydraulic retention time (HRT) as a function of volumetric organic matter concentration (volatile solids). The study was conducted in three stages (I, II and III), according to three different hydraulic retention times of the decanter (5, 10, and 30 minutes), pre-determined through tests of sedimentation. The system showed high nitrogen removal efficiency in the three phases under study, 99.6, 99.1%, and 96.5% in each respective phases I, II and III, with high total solids concentration reaching the value of 18.45 g L-1 in the third stage. In addition, the average of carbon removal efficiency was 74.8, 86.3, and 86.3% to phases I, II and III respectively. It was possible verify that the carbon (solids) increase has a detrimental effect on the MLE system, since there is an increase in the oxygen consumption and the sludge volume discarded, leading to an inhibitory effect observed in the kinetic data. It was possible to conclude that the proposed SLS technique used is efficient as a pre-treatment before the nitrogen removal from pig slurry in a MLE system. Moreover, settling times shorter than 30 minutes may cause reduction of nitrification and denitrification efficiency, as well as make the treatment system more expensive. A produção intensiva de animais gera elevado volume de resíduos com potencial causador de impactos ambientais quando não gerenciados corretamente. Nesse sentido, a suinocultura é conhecida pela elevada carga poluente de seus dejetos. Uma das principais alternativas de tratamento do nitrogênio amoniacal, o qual é um dos principais poluentes, é a remoção biológica desse nutriente. Porém, para que esta ocorra corretamente, a separação sólido-líquido (SSL) torna-se uma etapa fundamental, devido à necessidade de reduzirem-se os sólidos totais e a relação carbono nitrogênio para que não haja comprometimento do processo supracitado. Com a remoção dos sólidos, as partículas discretas são removidas, evitando assim a sobrecarga nas etapas subsequentes de tratamento. Os dejetos de suínos, além da alta carga de nitrogênio apresentam elevada carga orgânica, quando comparados com esgoto sanitário, o que viabiliza a utilização do processo de nitrificação e desnitrificação para a remoção de nitrogênio, sem a necessidade de adição de fontes externas de carbono. O sistema Ludzack-Ettinger modificado (MLE) se caracteriza como uma configuração eficiente na remoção de nitrogênio e carbono de efluentes. Nesse sentido, o objetivo deste estudo foi avaliar a influência das técnicas de separação sólido-líquido em dejetos suínos, na remoção de nitrogênio em sistema Ludzack-Ettinger modificado (MLE). Para isto, foi utilizado um sistema MLE com alimentação e aeração contínua. O sistema foi alimentado com efluente proveniente do processo de separação sólido-líquido, em decantador cônico, com TRH variável em função da carga orgânica volumétrica (sólidos voláteis) planejada. O estudo foi conduzido em três fases (I, II e III), em função de três diferentes tempos de retenção hidráulico no decantador (5, 10 e 30 minutos), pré-determinados por meio de testes de sedimentação. O sistema apresentou uma alta eficiência na remoção de nitrogênio nas três fases em estudo, em média de 99,6, 99,1 e 96,5% nas fases I, II e III, respectivamente, e suportou altas concentrações de sólidos, atingindo o valor de 18,45 g L -1, na terceira fase. Além disso, em média a eficiência de remoção de carbono foi de 74,8, 86,3 e 86,3% para as fases I, II e III, respectivamente. Foi possível verificar que o acréscimo de carbono (sólidos) tem um efeito prejudicial sobre o sistema MLE, visto que há um aumento no consumo de oxigênio e no volume de lodo a ser descartado, acarretando em um efeito inibitório, observado com base nos dados cinéticos. Diante desses resultados foi possível concluir que a SSL proposta é eficiente, como pré-tratamento para a remoção de nitrogênio de dejetos suínos em sistema MLE, sendo que tempos de decantação inferiores a 30 minutos podem causar redução na eficiência do processo de nitrificação e desnitrificação, além de encarecer o sistema de tratamento.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2018-06-04T14:55:24Z No. of bitstreams: 2 Leandro Fleck.pdf: 1468286 bytes, checksum: 89cca0c76a9f2e0200eb49ec5186fb83 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Made available in DSpace on 2018-06-04T14:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Leandro Fleck.pdf: 1468286 bytes, checksum: 89cca0c76a9f2e0200eb49ec5186fb83 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-01 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES As a direct consequence of industrial development, the generation of organic waste exceeds the levels of the natural capacity for biological degradation. In the field of food production, the cassava starch stands out, because the wastewater coming from the processing of cassava, when not properly treated, results in a deterioration of the ecological balance. The present study aimed to optimize the main operating conditions that directly influence the efficiency of the processes of anaerobic biodigestion, nitrification and denitrification of the wastewater coming from cassava processing. For the anaerobic biodigestion process, an anaerobic reactor of 20 L, operating in a batch system was used. The effects of temperature and total volatile solids from the inoculum (TVSi) on the removal of chemical oxygen demand (COD) and total volatile solids of the reactor (TVSr) were evaluated using a Central Composite Rotational Design (CCRD), being the variables responses simultaneously evaluated by the desirability function. The effluent from the anaerobic biodigestion process was used as affluent for the nitrification of the wastewater. In this stage, an aerated reactor was used, with a useful volume of 4 L and aeration control by rotameter. The air flow and cycle time parameters were controlled, and their effects on the removal of ammoniacal nitrogen and conversion to nitrate were evaluated using a CCRD. The wastewater previously treated under anaerobic and aerobic optimized conditions was used as affluent for the denitrification process, performed under anoxic conditions in a reactor with a useful volume of 2 L, operating in a batch system. The temperature and COD:N ratio were monitored, and their effects on nitrite and nitrate removal were evaluated using a CCRD, with ethanol as the external carbon source. Simultaneous optimization of the response variables were performed using the desirability function technique. For the anaerobic treatment of wastewater, the highest COD removal (96.82%) occurred at 42 °C and 12.0% TVSi. The highest TVSr removal (69.31%) was recorded at 45 °C and 10.0% TVSi. The representative equations of the process are statistically significant at a confidence interval of the 90%. Based on the desirability function, it is observed that the optimum operating condition for the anaerobic reactor is 39.7 °C and 10.8% TVSi. The COD and TVSr removal efficiencies estimated under these operating conditions were 90.45 and 63.12%, respectively. In aerobic conditions, the highest ammoniacal nitrogen removal, of 96.62%, occurred under 24 hours conditions and 0.15 L min-1 Lreactor-1, and the lowest removal, of 24.48%, occurred under conditions of 7,08 hours and 0.15 L min-1 Lreactor-1. The highest conversion to nitrate, of 24.81%, occurred under conditions of 40.92 hours and 0.15 L min-1 Lreactor-1, and the lowest conversion, of 11.65%, occurred under the conditions 7.08 hours and 0.15 L min-1 Lreactor-1. The optimum operating values of the aerated reactor, obtained by the desirability function, are 29.25 hours and 0.22 L min-1 Lreactor-1. The efficiencies of ammoniacal nitrogen removal and conversion to nitrate estimated under these operating conditions were 94.66 and 23.49%, respectively. In anoxic conditions, the highest removals of nitrite and nitrate, 97.38 and 98.70%, occurred under the conditions of 22.50 °C and COD:N ratios of 5.00 and 8.00, respectively. The mathematical models representative of the process are statistically significant for the removal of nitrite and nitrate. The optimum values of temperature and COD:N ratio which result in higher efficiencies of nitrite and nitrate removals, simultaneously, are 24.32 ° C and 5.81, respectively. The nitrite and nitrate removal efficiencies estimated under these operating conditions were 97.46 and 98.70%, respectively. The optimization of the biological treatment of the starch wastewater, considering the interdependence between the steps, proved to be feasible and with satisfactory removal of the different constituents of interest for the process. Como consequência direta do desenvolvimento industrial, a geração de resíduos orgânicos supera os níveis da capacidade natural de degradação biológica. No âmbito da produção de alimentos, as fecularias de mandioca se destacam, pois a água residuária proveniente do processamento da mandioca, quando não adequadamente tratada, resulta na deterioração do equilíbrio ecológico. O presente estudo teve como objetivo otimizar as principais condições operacionais que influenciam na eficiência dos processos de biodigestão anaeróbia, nitrificação e desnitrificação da água residuária proveniente do processamento da mandioca. Para o processo de biodigestão anaeróbia utilizou-se um reator de 20 L, operando em sistema de batelada. Foram avaliados os efeitos da temperatura e dos sólidos totais voláteis do inóculo (STVi) sobre a remoção da demanda química de oxigênio (DQO) e sólidos totais voláteis do reator (STVr), utilizando um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), sendo as variáveis respostas avaliadas simultaneamente pela função de desejabilidade. O efluente proveniente do processo de biodigestão anaeróbia foi utilizado como afluente para a nitrificação da água residuária. Nesta etapa utilizou-se um reator aerado, com volume útil de 4 L e controle de aeração por rotâmetro. Foram controlados os parâmetros fluxo de ar e tempo de ciclo, avaliando-se seus efeitos sobre a remoção de nitrogênio amoniacal e a conversão a nitrato, utilizando-se um DCCR. A água residuária previamente tratada em condições anaeróbias e aeróbias otimizadas foi utilizada como afluente para o processo de desnitrificação, realizado em condições anóxicas em um reator com volume útil de 2 L, operando em sistema de batelada. Foram controlados os parâmetros temperatura e relação DQO:N, sendo seus efeitos sobre a remoção de nitrito e nitrato avaliados utilizando-se um DCCR, com etanol como fonte externa de carbono. A otimização simultânea das variáveis-respostas foi realizada utilizando a técnica da função de desejabilidade. Para o tratamento anaeróbio da água residuária a remoção mais elevada de DQO (96,82%) ocorreu a 42 °C e 12,0% de STVi. A maior remoção de STVr (69,31%) foi registrada a 45 °C e 10,0% de STVi. As equações representativas do processo são estatisticamente significativas a um intervalo de confiança de 90%. Com base na função de desejabilidade, observa-se que a condição operacional ótima para o reator anaeróbio é de 39,7 °C e 10,8% de STVi. As eficiências de remoção de DQO e STVr estimadas nestas condições operacionais foram de 90,45 e 63,12%, respectivamente. Em condições aeróbias, a maior remoção de nitrogênio amoniacal, de 96,62%, ocorreu nas condições de 24 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1, e a menor remoção, de 24,48%, ocorreu nas condições 7,08 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1. A maior conversão a nitrato, de 24,81%, ocorreu nas condições de 40,92 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1, e a menor conversão, de 11,65%, ocorreu nas condições 7,08 horas e 0,15 L min-1 Lreator-1. Os valores ótimos de operação do reator aerado, obtidos pela função de desejabilidade, são de 29,25 horas e 0,22 L min-1 Lreator-1. As eficiências de remoção de nitrogênio amoniacal e conversão a nitrato estimadas nestas condições operacionais foram de 94,66 e 23,49%, respectivamente. Em condições anóxicas as maiores remoções de nitrito e nitrato, de 97,38 e 98,70%, ocorreram nas condições de 22,50 °C e relações DQO:N de 5,00 e 8,00, respectivamente. Os modelos matemáticos representativos do processo são estatisticamente significativos para remoção de nitrito e nitrato. Os valores ótimos de temperatura e relação DQO:N que resultam em maiores eficiências de remoções de nitrito e nitrato, simultaneamente, são de 24,32 °C e 5,81, respectivamente. As eficiências de remoção de nitrito e nitrato estimadas nestas condições operacionais foram de 97,46 e 98,70%, respectivamente. A otimização do tratamento biológico do efluente de fecularia, considerando a interdependência entre as etapas, mostrou-se viável e com remoção satisfatória dos diferentes constituintes de interesse para o processo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia e Biociências, Florianópolis, 2018. A agroindústria brasileira tem crescido de forma significativa nos últimos anos. Esse crescimento traz consigo um alto volume de efluentes gerados com um grande aporte de matéria orgânica e nutrientes, principalmente nitrogênio e fósforo. Quando esses efluentes não são devidamente tratados, apresentam um alto potencial poluidor, impactando no meio ambiente e na saúde humana e de outros animais. Dessa forma, diversos processos de remoção de nutrientes vêm sendo estudados. Processos de desamonificação que combinam a nitritação parcial com o processo anammox vêm ganhando posição de destaque no cenário mundial e diversos estudos são desenvolvidos para otimização dos mesmos. Os microrganismos responsáveis pelo processo são de suma importância, e os estudos sobre caracterização dos consórcios microbianos em reatores são recentes e se tornado frequentes devido ao avanço de técnicas moleculares e a necessidade de entender e otimizar a comunidade de microrganismos em reatores operacionais. O presente estudo teve como objetivo identificar e caracterizar o lodo anammox presente em três reatores com diferentes condições experimentais, visando determinar a comunidade microbiana nesses ambientes e entender como elas se comportam frente a mudanças operacionais. Foram coletadas amostras de dois reatores exclusivamente anammox (1 e 2) e de um reator de desamonificação (3). Realizou-se a extração de DNA e amplificação do material genético para sequenciamento de amplicons 16S em na plataforma Illumina MiSeq. Reator 1, foi identificado dois gêneros anammox Ca. Jettenia, com uma abundância relativa de 7% e Ca. Brocadia (3%), além dos filos Chloroflexi (27%), Proteobacteria (24%), Chlorobi (20%) e Acidobacteria (9%). No Reator 2 foram os mesmos filos não anammox, e os mesmos dois gêneros anammox, porém em abundâncias relativas diferentes Ca. Brocadia (8%) e Ca. Jettenia (3%). Já no Reator 3, foi identificado apenas o gênero anammox Ca. Jettenia (10%), acompanhado dos mesmos filos não anammox identificados nos reatores 1 e 2. O lodo do Reator 1 serviu de inóculo para os reatores 2 e 3, indicando que mudanças nas condições operacionais dos reatores influenciam na dinâmica da comunidade microbiana. Abstract : Brazilian agribusiness has shown a significant growth in recent years. With it, high volumes of effluents are generated, with a large supply of organic matter and nutrients, mainly nitrogen and phosphorus. When these effluents are not properly treated, they present a high polluting potential, impacting the environment and human health and other animals. Several processes of nutrient removal have been studied. Deamonification processes that combine partial nitration with the anammox process have been gaining a prominent position in the world scenario and several studies are developed to optimize them. The microorganisms responsible for the process are of great importance and studies on the characterization of microbial consortia in reactors are recent and have become frequent due to the advance of molecular techniques and the need to understand and optimize the community of microorganisms in operational reactors. The present study aimed to identify and characterize the anammox sludge present in four reactors with different experimental conditions, aiming to determine the microbial community in these environments and understand how they behave with operational changes. Samples were collected from two reactors exclusively anammox (1 and 2) and one deamonification reactor (3). DNA extraction and amplification of the genetic material were performed for the sequencing of 16S amplicons on the Illumina MiSeq platform. In Reactor 1, two genera anammox Ca. Jettenia were identified, with a relative abundance of 7% and Ca. Brocadia (3%), besides the Chloroflexi phyla (27%), Proteobacteria (24%), Chlorobi (20%) and Acidobacteria (9%). In Reactor 2 were the same phyla not anammox, and the same two genera anammox, but in different relative abundances Ca. Brocadia (8%) and Ca. Jettenia (3%). In Reactor 3, only the genus anammox Ca. Jettenia (10%) was identified, accompanied by the same non-anammox phyla identified in reactors 1 and 2. Sludge from Reactor 1 served as inoculum for reactors 2 and 3, indicating that changes in reactor operating conditions influence the dynamics of the microbial community.

Este trabalho visa estudar o desempenho de um sistema combinado na remoção de matéria orgânica e nitrogênio de esgoto sanitário, por meio da recirculação interna do efluente. Os reatores, em escala de bancada, foram: filtro anóxico (32,6 L), biofiltro aerado submerso (17,6 L) e decantador secundário (7,2 L). As razões de recirculação foram 0,5; 1,5; 2,0 e 4,0 sem adição de carbono externo ou alcalinizante. Na razão de recirculação de 4,0 foram aplicadas taxas de carregamento orgânico e de nitrogênio ao sistema de 0,7±0,3 Kg DQO.m-3.d-1 e 0,08±0,02 kg N-NH4+.m-3.d-1, atingindo remoções de demanda química de oxigênio e nitrogênio total de 92±4% e 83±8%, respectivamente. Os resultados mostram viabilidade do uso da recirculação do efluente, uma vez que as concentrações finais de nitrogênio total (12±3 mg N.L-1) estão abaixo do valor estipulado pela Resolução CONAMA nº 430/2011. This work aims to study the performance of a combined system in the removal of organic matter and nitrogen from sanitary sewage through internal recirculation of the effluent. The bench scale reactors were: anoxic filter (32.6 L), submerged aerated biofilter (17.6 L) and secondary settler (7.2 L). The recirculation rates were 0.5; 1.5; 2.0 and 4.0 without added external-carbon or alkalising. In 4.0 recirculation rate, the organic and nitrogen loading rates applied to the system were 0.7±0.3 kg chemical oxygen demand.m-3.d-1 and 0.08±0.02 kg N-NH4+.m-3.d-1, reaching removals of chemical oxygen demand and total nitrogen of 92±4% and 83±8%, respectively. The results show the feasibility of using recirculation of effluent, once the final concentrations of total nitrogen (12±3 mg.L-1) are below the value stipulated by CONAMA Resolution nº 430/2011.

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Dissertação Paula (final1).pdf: 4074329 bytes, checksum: b4e87799b76f0a2635d5a1511a22d2f0 (MD5) Approved for entry into archive by Roberta Honorato Goria null (robertacgb@reitoria.unesp.br) on 2017-12-06T13:16:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 chaucanes_pam_me_ilha.pdf: 4074329 bytes, checksum: b4e87799b76f0a2635d5a1511a22d2f0 (MD5) Made available in DSpace on 2017-12-06T13:16:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 chaucanes_pam_me_ilha.pdf: 4074329 bytes, checksum: b4e87799b76f0a2635d5a1511a22d2f0 (MD5) Previous issue date: 2017-10-20 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Este estudo mostra o funcionamento dos processos de oxidação de matéria orgânica junto com os processos simultâneos de nitrificação e desnitrificação (SND) dentro do reator aeróbio de leito fluidizado de tubos concêntricos com uma terceira câmara para gerar condições anóxicas (necessárias para garantir o processo de desnitrificação). O reator foi operado por um período de 140 dias, durante o qual a remoção de demanda química de oxigênio (DQO) e de nitrogênio total (NT), atingiu 80% e 44% respectivamente, para um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 3 horas. A configuração dos diâmetros dos tubos concêntricos resultou em diferentes relações de áreas e, portanto em diferentes vazões para cada câmara. Na operação do reator foram aplicadas duas relações de vazões alterando o nível de esgoto dentro do reator. Os efeitos destas relações de vazões, alterou a concentração de oxigênio dissolvido (OD) entre os compartimentos aeróbio e anóxico do reator e a relação C:N, as quais foram estudadas durante o funcionamento deste sistema. Os resultados indicaram que a relação de vazões 2(4,8: 3,8: 1 para as câmaras 1, 2 e 3, respectivamente) beneficiou as remoções de DQO e NT. A concentração de OD no compartimento aeróbio apresentou valores médios de 3,57 ± 1,24 mg.L -1 , e no topo da câmara 3, a concentração de OD foi de 1,41 ± 0,78 mg.L -1 . As relações C:N que apresentaram maiores eficiências de remoção de NT foram as superiores a 10, sendo a máxima remoção de T na relação C:N de 17. O tempo de retenção celular (TRC) alcançado no reator foi de 3,16 ± 3,07 dias. Neste trabalho de pesquisa foi concluído que a configuração de três câmaras concêntricas para o reator aeróbio de leito fluidizado beneficia a remoção de NT, tornando este reator uma alternativa para o tratamento de águas residuárias domésticas. This study shows the operation of the organic matter oxidation processes together with the simultaneous processes of nitrification and denitrification (SND) inside the aerobic fluidized bed reactor of concentric tubes with a third chamber to generate anoxic conditions (necessary to guarantee the denitrification process). The reactor operated over a period of 140 days, during which chemical oxygen demand (COD) and total nitrogen (TN) removal reached 80% and 44% respectively, for a 3 hour hydraulic detention time (HDT). The configuration of the diameters of the concentric tubes resulted in different area ratios and therefore in different flow rates for each chamber. In the reactor operation were applied two flow ratios, altering the sewage level inside the reactor. The effects of these flow rates were changing the concentration of dissolved oxygen (DO) between the aerobic and anoxic compartments of the reactor and the C: N ratio, which was studied during the operation of this system. The results indicated that the ratio of flows 2 (4.8: 3.8: 1 for chambers 1, 2 e 3, respectively) benefited the COD and TN removal. The DO concentration in the aerobic compartment presented average values of 3.57 ± 1.24 mg.L-1 , and on top of chamber 3, the DO concentration was 1.41 ± 0.78 mg.L-1 . The C:N ratios that showed higher nitrogen removal efficiencies were higher than 10, with the maximum TN removal at the C:N ratio of 17. The cell retention time reached (CRT) in the reactor was 3.16 ± 3.07 days. In this research, was concluded that three concentric chambers configuration for the aerobic fluidized bed reactor benefits the TN removal, became this reactor an alternative in domestic wastewater treatment.

Fertilizers used in excess may harm the environment and increase the costs of crop production. The present study aimed to predict the monetary expenditure related to nitrogen (N) losses by leaching, volatilization and denitrification in a fertigated coffee plantation in the Cerrado, and also to bring up the advantages of reducing N rates applied in such an agroecosystem. SWAP and ANIMO models were used to simulate the N balances for a simulated area of coffee cultivation managed with rates of 200, 300, 400 and 600 kg ha-1 y-1 of N. The average annual investment for coffee production varied from 36.1 to 65.3 thousand BR-Real per pivot, and the expenses with soil and canopy N storage were 13.6 to 85.3 thousand BR-Real. The average annual expenses with N leaching by pivot were between 7.5 to 25.4 thousand BR-Real, and with volatilization and denitrification between 4.4 to 8.8 thousand BR-Real. Reducing the N rate employed for coffee plants from 600 kg ha-1 y-1 of N to 400 kg ha-1 y-1 of N, would diminished by 33% the costs of N fertilizer application, by 46% the expenses with N leaching and by 26% the expenses with nitrogenous compoundsloss to the atmosphere. Fertilizantes aplicados em excesso podem ser prejudiciais ao ambiente e encarecer os custos de produção agrícola de uma fazenda. Este estudo tem por objetivo estimar os dispêndios associados às perdas de nitrogênio (N) por lixiviação, volatilização e desnitrificação em um cafezal fertirrigado do Cerrado, e apresentar as vantagens econômicas da redução da quantidade de N no manejo de adubação para tal agroescossistema. Balanços de N simulados com os modelos SWAP e ANIMO foram obtidos para um cafezal simulado empregando-se as doses de 200, 300, 400 e 600 kg ha-1 ano-1 de N. Os investimentos anuais médios para produção do cafezal variaram de 36,1 a 65,3 mil reais por pivô, e os gastos com armazenamento de N no solo e serrapilheira foram de 13,6 a 85,3 mil reais. As perdas anuais médias com lixiviação por pivô foram de 7,5 a 25,4 mil reais, e com volatilização e desnitrificação somadas de 4,4 a 8,8 mil reais. A redução da dose de N para o cafezal do Cerrado de 600 kg ha-1 ano-1 de N para 400 kg ha-1 ano-1 de N, além de diminuir em 33% os gastos de aplicação de fertilizantes, sem reduzir a produtividade, reduziria em 46% as perdas por lixiviação e em 26% as perdas das emissões de compostos nitrogenados para a atmosfera.

Submitted by Eunice Novais (enovais@uepg.br) on 2018-02-05T17:21:21Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ana C Wendling.pdf: 1711610 bytes, checksum: 68dc677af063a5833bd222516d408814 (MD5) Made available in DSpace on 2018-02-05T17:21:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ana C Wendling.pdf: 1711610 bytes, checksum: 68dc677af063a5833bd222516d408814 (MD5) Previous issue date: 2017-05-05 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O consumo do oxigênio dissolvido nos corpos hídricos é um dos principais problemas resultantes da poluição nas águas por matéria orgânica. Outro ponto importante é a eutrofização, que é o crescimento excessivo das plantas devido ao excesso de nutrientes presentes nesse meio. As estações de tratamento de esgoto brasileiras costumam utilizar processos biológicos para a remoção da matéria orgânica e do nitrogênio. Nesse sentido visando a remoção simultânea da Demanda Química de Oxigênio (DQO) e de Nitrogênio Total (NT) do esgoto sanitário, o presente estudo teve como objetivo avaliar a eficiência de um reator de leito estruturado com aeração intermitente, com períodos de aeração de 60 minutos seguidos de 120 minutos sem aeração, a cada ciclo de 180 minutos. O reator foi operado com Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 8 horas, temperatura de 30 ± 1ºC, alimentação contínua e razão de recirculação igual a 2. Foram realizados 5 ensaios que se diferenciaram em a composição do afluente. Os afluentes foram compostos por uma combinação de parcelas de esgoto sanitário bruto da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) Verde e efluente de Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado (RALF) da mesma ETE. As concentrações de cada parcela no afluente foram de 0%, 25%, 50%, 75% e 100%. Como meio suporte para a fixação dos microrganismos foram utilizados 13 cilindros de espuma de poliuretano dispostos verticalmente no reator. Para avaliação da eficiência do processo, foram realizadas as análises de pH, alcalinidade, Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK), nitrogênio amoniacal (N-NH4+), nitrito (N-NO2-), nitrato (N-NO3-), Demanda Química de Oxigênio (DQO) e fósforo. A eficiência mínima de remoção de DQO obtida foi de 76% e a máxima de 95%, porém os resultados apontaram que não houve diferença estatística significativa entre os ensaios para esse parâmetro. A melhor eficiência de remoção de NT foi de 78%, com afluente composto apenas por efluente do RALF, que foi o ensaio 3. Nestas condições o efluente apresentou teores de DQO de 14 mg.L-1, de N-NH4+ de 3 mg.L-1, de N-NO3- de 2 mg.L-1 e de N-NO2- de 3 mg.L-1. Diante dos resultados foi possível concluir que o reator de leito estruturado e aeração intermitente é eficiente para a remoção simultânea da matéria orgânica carbonácea e nitrogenada com afluente contendo uma mistura do esgoto bruto e efluente de RALF nas mais diferentes proporções. The consumption of dissolved oxygen in water bodies is one of the main problems resulting from water pollution by organic matter. Another important point is eutrophication, which is the excessive growth of plants due to the excess of nutrients present in this medium. Brazilian sewage treatment plants usually use biological processes for the removal of organic matter and nitrogen. In this sense, aiming at the simultaneous removal of Chemical Oxygen Demand (COD) and Total Nitrogen (TN) from sanitary sewage, the present study aimed to evaluate the efficiency of a structured bed reactor with intermittent aeration, with aeration periods of 60 Minutes followed by 120 minutes without aeration, with each cycle of 180 minutes. The reactor was operated with Hydraulic Detention Time (HDT) of 8 hours, temperature of 30 ± 1ºC, continuous feed and recirculation ratio equal to 2. Five trials were performed that differed in the composition of the influent. The influente were composed of a combination of raw sewage plots from the Green Sewage Treatment Station (ETE) and the Fluidized Bed Anaerobic Reactor (RALF) effluent from the same ETE. The concentrations of each plot in the affluent were 0%, 25%, 50%, 75% and 100%. As a support medium for Microorganisms were used 13 polyurethane foam cylinders arranged vertically in the reactor. In order to evaluate the efficiency of the process, pH, alkalinity, Total Kjeldahl Nitrogen (TKN), ammoniacal nitrogen (N-NH4+), nitrite (N-NO2-), nitrate (N-NO3-), Chemical Demand Oxygen (COD) and phosphorus. The minimum COD removal efficiency obtained was 76% and the maximum of 95%, but the results showed that there was no significant statistical difference between the tests for this parameter. The best effluent removal efficiency was 78%, with an effluent composed only of RALF effluent, which was test 3. Under these conditions, the effluent had COD contents of 14 mg.L-1, 3 mg N-NH4+.L-1, N-NO3- of 2 mg.L-1 and N NO2- of 3 mg.L-1. In view of the results it was possible to conclude that the structured bed reactor and intermittent aeration is efficient for the simultaneous removal of carbonaceous and nitrogenous organic matter with a influent containing a mixture of crude sewage and RALF effluent in the most different proportions.

Submitted by Tatiana Santos da Silva null (tatianaengambiental@gmail.com) on 2017-04-27T16:58:43Z No. of bitstreams: 1 2017_Tatiana Santos da Silva.pdf: 2674148 bytes, checksum: 550a2730ada1290262c2c460de534577 (MD5) Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2017-05-02T17:11:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_ts_me_ilha.pdf: 2674148 bytes, checksum: 550a2730ada1290262c2c460de534577 (MD5) Made available in DSpace on 2017-05-02T17:11:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_ts_me_ilha.pdf: 2674148 bytes, checksum: 550a2730ada1290262c2c460de534577 (MD5) Previous issue date: 2017-03-02 A aplicação do Reator de Biofilme Aerado em Membrana (MABR) no tratamento de esgotos apresenta como desafio o controle da espessura ótima do biofilme uma vez que elevadas espessuras impedem a transferência de oxigênio e de substratos paras as camadas que compõem o biofilme, findando no decaimento do desempenho do MABR. O objetivo central deste trabalho foi analisar o efeito da velocidade de recirculação sobre a eficiência de remoção de nutrientes e carbono orgânico, em um MABR operado em batelada sequencial com esgoto doméstico bruto. Com um volume de 20 L, o MABR continha um módulo de membranas com 0,08 m2m-3 de área específica, operando com ciclo de batelada de 12 horas. Foram monitorados os seguintes parâmetros: pH, temperatura, oxigênio dissolvido, nitrogênio amoniacal, nitrogênio total, nitrato, nitrito, DQO, fósforo e SSV. A taxa de remoção de amônia alcançada foi de até 75,17% e 62,5% na remoção de Nitrogênio Total para a velocidade de 11 cm/s. Nesta pesquisa houve pouca remoção do fósforo. Na remoção de carbono orgânico foram alcançadas eficiências em torno de 80% nas velocidades de recirculação de 6,3 e 11 cm/s. Assim, a melhor velocidade de recirculação para operação do MABR nas condições apresentadas neste trabalho, seria uma velocidade intermediária a 6,3 e 11 cm/s, na qual ocorreriam tanto a nitrificação e desnitrificação, pela permanência da camada anóxica, e a oxidação pelas heterótrofas.

FACEPE A disponibilidade hídrica é uma das maiores preocupações ambientais a nível mundial. O aumento da demanda por água sugere uma necessidade maior do tratamento e reutilização das águas consumidas. A eutrofização dos corpos hídricos é um problema ambiental recorrente, causado pelas descargas excessivas de nutrientes nos corpos hídricos. Os reatores em bateladas sequenciais (RBS) possibilitam a remoção de nutrientes em esgotos através de processos biológicos. Uma vez que a população microbiológica é exposta a condições alternadas anaeróbia/aeróbia/anóxica, o fósforo é removido devido à atividade de micro-organismos que o acumulam; simultaneamente, o nitrogênio é removido por nitrificação e desnitrificação. Neste trabalho, um RBS de 140 L de volume útil foi operado recebendo esgoto doméstico de baixa carga orgânica proveniente do tratamento preliminar de uma ETE. O estudo foi dividido em duas fases, em que foram alterados os tempos de ciclos e das fases de reação. O sistema foi monitorado por meio de coletas semanais para análise das variáveis de interesse. Quando se atingiu o estado estacionário, foram traçados perfis do funcionamento do reator em cada fase operacional. Para isto, foram realizadas análises físico-químicas (fósforo, nitrogênio, sólidos, alcalinidade, DQO, AGV e PHA) e microbiológicas (microscopia óptica, testes de atividade da biomassa e teste de biologia molecular por PCR). Os resultados das variáveis físico-químicas mostraram eficiência na remoção de fósforo, nitrogênio e matéria orgânica; O processo EBPR se efetivou conforme o esperado em ambas as fases; sugerindo a atividade de PAOs e DPAOs no sistema. A remoção de nitrogênio amoniacal foi completa e efetiva. Os testes biomoleculares confirmaram a presença no sistema operado dos principais grupos de micro-organismos responsáveis pela remoção biológica de nutrientes: PAOs, Anammox, desnitrificantes e nitrificantes. The water availability is one of the major environmental concerns worldwide. The increased demand for water suggests a greater need for treatment and reutilization of the wastewater. The eutrophication of the water bodies is a recurrent environmental issue, caused by the excessive discharge of nutrients in the water bodies. Sequencing batch reactors (SBR) allow the removal of nutrients from sewage by biological processes. Once the microbiological population is exposed to alternate anaerobic/aerobic/anoxic conditions, the phosphorus is removed due the activity of the microorganisms that accumulate it; at the same time, the nitrogen is removed by nitrification and denitrification. In this work, one SBR with 140 L of working volume was operated receiving a low organic load of domestic sewage from the preliminary treatment of a sewage treatment plant. The study was divided in two phases, in which the times of the cycles and of the reaction phases were changed. The system was monitored by weekly sampling for analysis of the parameter of interest. When the stationary state was reached, the operating profiles of the reactor in each operational phase were plotted. For this aim, physical-chemical (phosphorus, nitrogen, solids, alkalinity, COD, VFA and PHA) and microbiological (optical microscopy, biomass activity test and molecular biology test by PCR) analysis were performed. The physical-chemical results showed efficiency on the removal of phosphorus, nitrogen and organic matter; The EBPR process took effect as expected in both phases; suggesting the activity of PAO and DPAO in the system. The removal of ammonia nitrogen was complete and effective. The biomolecular tests confirmed the presence of the main microorganisms groups responsible for the biological removal of nutrients in the operated system: PAO, Anammox, denitrifying, nitrifying.

FACEPE Para controlar as descargas de nutrientes no meio ambiente, incluindo o uso de sistemas químicos, físicos e biológicos, diversos métodos de tratamento de efluentes têm sido utilizados. Dos métodos propostos, inúmeros processos têm sido desenvolvidos para remover fósforo e nitrogênio biologicamente. Os Reatores em Bateladas Sequenciais, são sistemas onde, em uma única unidade se faz possível a remoção de matéria orgânica e nutrientes. No presente trabalho foi operado um RBS em escala piloto. Na fase de reação, o reator foi submetido a condições anaeróbias, aeróbias e anóxicas. 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 estudo avaliou a remoção biológica de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo, assim como a identificação da biomassa, ao longo do período de operação. A carga orgânica média aplicada ao sistema foi de 63,8 g.DQO⁻¹d⁻¹ e relação DQO/P de 108,5. Foram coletadas amostras da biomassa desenvolvida no reator para aplicar a técnica de biologia molecular de reação em cadeia polimérica (PCR) e identificar quais organismos estavam presentes no sistema. As remoções de matéria orgânica e de fósforo foram satisfatórias para o sistema com valores de remoções acima de 80%, já a remoção de nitrogênio só se manteve estável no final do período estudado, onde foi alcançado 86% para nitrogênio amoniacal e 79% para nitrogênio total. As análises de PCR confirmaram a presença dos grupos de interesse: bactérias oxidantes de amônia (BOA), bactérias desnitrificantes, anammox, o gênero de bactérias oxidantes de nitrito – Nitrospira- e organismos acumuladores de fósforo (PAO) no reator. To control discharges of nutrients in the environment, including the use of chemical, physical and biological systems, various methods of treatment of effluents have been used. Of the proposed methods, numerous processes have been developed to remove phosphorus and nitrogen biologically. In Sequential Batch reactors, are systems where, in a single unit makes possible the removal of organic matter and nutrients. In the present work was operated a RBS on a pilot scale. In reaction, the reactor was subjected to anaerobic conditions, aerobic and anoxic conditions. The pilot system is installed in the experimental area of UFPE in sewage treatment station that receives the sewer hose to a low-income community of Recife-PE. The study evaluated the biological removal of organic matter, nitrogen and phosphorus, as well as the identification of biomass, over the period of operation. The organic load was applied to the system average of 63.8 g. COD⁻¹d⁻¹ and COD/P to 108.5. We collected samples of biomass reactor developed to apply the technique of molecular biology of polymer chain reaction (PCR) and identify which organisms were present in the system. The removal of organic matter and phosphorus were satisfactory to the system with values of removals over 80%, nitrogen removal only remained stable at the end of the period studied, where 86% was reached to ammoniacal nitrogen and 79% for total nitrogen. PCR analysis confirmed the presence of interest groups: ammonia-oxidizing bacteria (BOA), desnitrificantes bacteria, organelle, the genus of nitrite-oxidizing bacteria and organisms Nitrospira accumulators (PAO) in the reactor.

CAPES O tratamento biológico é comumente empregado para remoção de matéria orgânica e nitrogênio de esgotos sanitários, em ambientes anaeróbio, aeróbio e anóxico, com o uso de reatores de diversas configurações. Neste estudo, utilizou-se dois reatores híbridos operando em série, um anaeróbio composto por reator UASB e filtro anaeróbio, e outro aeróbio com reator de lodos ativados e biofiltro aerado submerso. O objetivo foi avaliar o desempenho de cada um destes compartimentos, no que tange à remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio nos dois reatores híbridos, tratando esgoto doméstico. O experimento com duração total de 210 dias tiveram três fases, uma sem recirculação do efluente nitrificado (Fase I) e duas outras com taxas de recirculação de 0,25 e 0,50 (Fases II e III, respectivamente). Nas três fases estudadas adotou-se tempo de detenção hidráulica de 8 h (vazão afluente de 57 L/h). Em todas as fases foram obtidas eficiências superiores a 83% na remoção de DQO, com efluente do sistema apresentando concentração inferior a 47 mg L⁻¹. As concentrações de nitrogênio amoniacal no efluente do reator híbrido aeróbio nas Fases I e II ficaram abaixo de 7 mgN.L⁻¹ e na Fase III, inferior a 18 mgN.L⁻¹. Na fase II e III a desnitrificação foi superior a 97%, apresentando concentrações de nitrito abaixo de 0,3 mg.L⁻¹ e nitrato 0,5 mg.L⁻¹ no efluente do reator híbrido anaeróbio. Biological treatment is commonly used to remove organic matter and nitrogen from sanitary sewers, in anaerobic, aerobic and anoxic environments, using reactors with different configurations. In this study, two hybrid reactors were operated in series, one anaerobic composed of UASB reactors and anaerobic filter, and another aerobic reactor with activated sludge and submerged aerated biofilter. The objective of this study was to evaluate the acting of each of these compartments in relation to the simultaneous removal of organic substance and nitrogen in the two hybrid reactors, treating domestic sewage. The experiments with total duration of 210 days had three steps, one without nitrite effluent recirculation (Phase I) and two others with recirculation rates of 0.25 and 0.50 (Phases II and III, respectively). In the three phases studied, hydraulic holding time of 8 h (flow rate of 57 L / h) was adopted. In all steps, efficiencies of more than 83% were obtained in COD removal, with system effluent with a concentration lower than 47 mg L⁻¹. The concentrations of ammoniacal nitrogen in the effluent of the aerobic set in Phases I and II were below 7 mg N L⁻¹ and in Phase III below 18 mg N L⁻¹. In phase II and III the denitrification was respectively than 97%, presenting nitrite concentrations below 0.3 mgL⁻¹ and 0.5 mgL⁻¹ nitrate in the effluent of the anaerobic hybrid reactor.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2017. Os reatores em bateladas sequenciais com grânulos aeróbios (RBSG) têm sido propostos como uma opção promissora para o tratamento biológico de efluentes domésticos e industriais, alcançando elevadas remoções de matéria orgânica e de nutrientes. No entanto, a remoção biológica de nutrientes como o nitrogênio, por meio dos processos de nitrificação e desnitrificação, pode ter como consequência a geração e emissão de óxido nitroso (N2O). O presente trabalho avaliou a produção de óxido nitroso durante o processo de remoção de nitrogênio por lodo granular aeróbio (LGA) em um RBSG piloto, e o desempenho deste reator no tratamento de esgoto doméstico. A emissão de N2O do LGA, foi ainda, avaliada sob diferentes relações de carga orgânica e nitrogenada (DQO/NH4 de 1,55, 1,17 e 0) em um RBSG em escala de bancada. Durante todo o período monitorado, as eficiências de remoção de DBO5 no efluente tratado atingiram os critérios de qualidade de efluentes da lei estadual de Santa Catarina (= 60 mg / L ou 80% de eficiência para DBO5). A eficiência de remoção do nitrogênio amoniacal foi de 84%. A produção de N2O no reator piloto foi de 2,06 mg/L, com emissão de N2O de 2,26% do nitrogênio amoniacal oxidado durante o ciclo do reator. Observou-se nos experimentos realizados em escala de bancada uma produção total de N2O superior a 1,77 mg/L; 9,43% do nitrogênio amoniacal removido foi convertido em N2O para menor relação DQO/NH4. Constatou-se uma diminuição da taxa de remoção de nitrogênio amoniacal com a redução da razão DQO/NH4. A quantidade de N2O emitida no tempo foi de 1,41 mg N2O/ciclo na razão DQO/NH4 igual a 0, e diminuiu para 1,03 mg N2O/ciclo com o aumento da razão DQO/NH4 para 1,55. Os resultados apontaram que não foi observada nitrificação-desnitrificação simultânea significativa. Verificou-se a ocorrência de nitrificação parcial com acúmulo de nitrito e produção de N2O associada. A análise de hibridização in situ por fluorescência indicou alta abundância de bactérias oxidadoras de amônia (AOB), enquanto as bactérias oxidadoras de nitrito (NOB) foram encontradas em baixa abundância, corroborando os resultados de nitrificação parcial. A comunidade bacteriana que teve maior destaque foi representada pelas Pseudoxanthomonas sp., microrganismos desnitrificantes, encontrados em abundância relativa de 45%. Abstract : Aerobic granular sequencing batch reactors (AGSBR) have been used as a promised alternative to treat domestic and industrial wastewater because their high organic matter and nutrients removal efficiencies. However, nitrification and denitrification process used to remove nitrogen may produce and release nitrous oxide (N2O). This study evaluated the N2O production and release to atmosphere along the nitrogen removal by using a pilot-scale AGSBR. Besides, the reactor was evaluated regarding the wastewater treatment performance. Further, N2O were also evaluated in bench-scale AGSBR considering different carbon and nitrogen organic loads (COD/NH4+ as 1.55, 1.17 and zero). The effluent concentrations for BOD were always below the Environmental Santa Catarina State Directive - 14.675/2009 (= 60 mg/L or minimal BOD5 efficiency of 80%). The removal efficiency for ammonia nitrogen reached 84%. N2O production in the pilot-scale reactor ranged 2.06 mg/L while the N2O emission accounted 2.26% of the influent ammonia nitrogen oxided in the reactor. The highest N2O production (1.77 mg/L) was observed using the COD/NH4+ ratio at 1.77 while 9.3% of the ammonia nitrogen removed in the lower COD/NH4+ ratio (zero) was converted into nitrous oxide. Ammonia nitrogen removal efficiencies reduced accordingly with the reduction of COD/NH4+ ratios. The emission ranged 1.41 mg N2O/cycle at zero COD/NH4+ ratio. Then, it reduced to 1.03 mg N2O/cycle at 1.55 COD/NH4+ ratio. The results pointed that the simultaneous nitrification and denitrification process was negligible. Moreover, partial nitrification with nitrite accumulation associated to N2O production was depicted. In fact, the molecular technique in situ fluorescence hybridization highlighted higher abundance of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) than nitrite-oxidizing bacteria (NOB), which supports the partial nitrification outcomes. The denitrify bacteria Pseudoxanthomonas sp. presented relative abundance of 45% and arose the greatest bacteria group found in granular sludge samples.