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The Structured Bed Reactor with Recirculation and Intermittent Aeration (SBRRIA) is a reactor configuration that presents high efficiency of organic matter and nitrogen removal, besides low sludge production. However, operational parameters, as the recirculation rate, aeration time, and airflow, are not fully established. A bench-scale structured bed reactor with intermittent aeration was fed with synthetic effluent simulating the characteristics of sanitary sewage. The reactor was operated for 280 days with an operational hydraulic retention time (HRT) of 10 h. The reactor was operated without effluent recirculation for the first time since this approach was not yet reported, and was named Structured Bed Reactor with Intermittent Aeration (SBRIA). The COD removal was higher than 81% for all operational conditions, and the total nitrogen removal ranged from 10 to 80%. The highest efficiencies were obtained with an aeration time of 1 h 45 min (total cycle of 3 h) and an airflow rate of 4.5 L.min

Turbidity curtains, also called as turbidity barriers and silt curtains, were designed to contain plumes of suspended solids in water bodies. The high concentration of suspended solids in the raw water impacts on the costs of its treatment. Water with higher turbidity requires more coagulants in water treatment and needs a sludge management. In order to reduce turbidity in the water intake, the present study used a central composite rotational design (CCRD) for a set of 2 in-line turbidity curtains in a laboratory hydraulic flume. Three factors were analyzed: the grammage of the first barrier, the grammage of the second barrier and the solids application rate. The experimental design was made of 18 experiments. Furthermore one blank test was performed. The analyses of variance revealed which factors were significant for each answer. The first curtain efficiency was related positively with the first grammage and negatively with the second curtain grammage. The second curtain efficiency was related positively with the second grammage and application load, and negatively related with the first grammage. The system retention mass was influenced positively by the application load.

RESUMO O estudo do escoamento superficial e transporte de poluentes é de grande importância, pois ajuda na prevenção de impactos ambientais, auxiliando em planejamentos a serem realizados pelo poder público. Neste trabalho, teve-se como objetivo estudar, em laboratório, a dinâmica do transporte de material (cloreto de sódio - NaCl) disposto sobre uma superfície impermeável, dissolvido pela aplicação de água via simulador de chuva, tendo como fonte de variação três variáveis independentes: declividade, intensidade de precipitação e posição do material. Utilizou-se o delineamento experimental de faces centradas, que contemplou diferentes cenários reproduzidos nos experimentos, onde se avaliou a influência das três variáveis independentes sobre às dependentes (tempo de transporte, valor de pico, tempo de pico e massa total transportada), cujas respostas foram monitoradas no exutório do modelo experimental. A análise de resultados obtidos permitiu identificar o efeito significativo da declividade e posição do material sobre todas as variáveis dependentes estudadas e ainda o efeito quadrático da declividade para o tempo de transporte e a massa total transportada. Já para a intensidade de precipitação, verificou-se influência apenas para o tempo de transporte, dentro dos intervalos de estudo com nível de significância de 95%. O modelo produzido para o tempo de transporte é capaz de explicar 90% da variabilidade dos dados, enquanto o para o valor de pico possui uma capacidade de explicação de 67,9%. O tempo de pico possui um modelo capaz de explicar 74,2% da variabilidade dos dados, e o modelo produzido para a massa total transportada possui uma capacidade de explicação de 62,4% da variabilidade dos dados. ABSTRACT The study of surface runoff and transport of pollutants is of major importance, as it helps preventing environmental impacts, and supports planning tasks carried out by public authorities. The goal of this research was to study the dynamics of the transport of material (NaCl) on an impermeable surface, dissolved by the application of water through a rainfall simulator, having as its source of variation three independent variables: slope, rainfall intensity and position of the material. Face-centered experimental design was used, which contemplated different scenarios reproduced in the experiments, where the influence of the three independent variables on the dependent variables (transport time, peak value, peak time and total mass transported) was evaluated, whose responses were monitored at the outlet of the experimental model. The analysis of the results allowed to identify the significant effect of the slope and position of the material on all the dependent variables studied, as well as the quadratic effect of the slope for the transportation time and total mass transported. As for the rainfall intensity, only influence was observed for transportation time, within the study intervals with a level of significance of 95%. The resulting model is capable of explaining: 90% for transport time, 67.9% for peak value, 74.2% for peak time and 62.4% total mass transported.

Oil and gas, mining, among others, are examples of facilities where naturally occurring radioactive materials can be found. This study aims to evaluate the presence of natural radioactive series, especially those of 238U and 232Th, in the water treatment plants of Poços de Caldas City, Minas Gerais. The presence of these series was investigated in samples of raw water, treated water, sludge from decanters, and scale from Parshall gutters. The sludge, input, and scale samples were submitted to the gamma spectrometry technique to determine the 226Ra, 228Ra, and 210Pb radionuclides. For U and Th, ultraviolet visible spectrophotometry was performed, and for the alpha and beta total values, radiochemical separation and subsequent alpha and beta total counts were performed. The results indicate that water samples are within the Ministry of Health Ordinance n° 5 (2017). Due to the different concentrations of radionuclide activity in the sludge, it was not possible to affirm the same order of magnitude with the sediment from the catchments. However, the values are in accordance with those established by the European Union Council for Naturally-Occurring Radioactive Materials. In the scale, the contents of 1192, 1704, and 301 Bq kg−1 were identified for 226Ra, 228Ra, and 210Pb, respectively. In the inputs of aluminum sulfate and calcium hydroxide, no relevant activities were identified. The results obtained in the study can serve as an indicative regarding the need for a more detailed evaluation of the radiological issue in question concerning public water supplies. RESUMO Petróleo e gás, mineração, estações de tratamento de água, entre outros, são exemplos de instalações que podem apresentar Materiais Radioativos de Ocorrência Natural. Neste estudo, objetivou-se avaliar a presença de séries radioativas naturais, especialmente as de 238U e 232Th nas estações de tratamento de água da cidade de Poços de Caldas/MG. Foram investigadas as presenças dessas séries em amostras de água bruta, de água tratada, no lodo dos decantadores e nas incrustações das calhas Parshall, além dos principais insumos utilizados. As amostras de lodo, insumos e incrustações foram submetidas à técnica de espectrometria gama para a determinação dos radionuclídeos 226Ra, 228Ra e 210Pb. Para U e Th, realizou-se espectrofotometria ultravioleta-visível, e para os valores de Alfa e Beta totais foram realizadas separação radioquímica e posterior contagem Alfa e Beta total. Os resultados indicaram que as amostras de águas estão em conformidade com a Portaria de Consolidação n° 5 de 2017 do Ministério da Saúde. Dadas as diferentes concentrações de atividade dos radionuclídeos no lodo, não foi possível afirmar a mesma ordem de magnitude com o sedimento das captações. Entretanto, os valores estão consonantes com o estabelecido pelo conselho da União Europeia para Materiais Radioativos de Ocorrência Natural. Nas incrustações foram identificados teores de 1.192 Bq.kg-1, 1.704 Bq.kg-1 e 301 Bq.kg-1 para 226Ra, 228Ra e 210Pb, respetivamente. Já para os insumos Sulfato de Alumínio (Al4(SO4)3) e Hidróxido de Cálcio Ca(OH)2 não foram identificadas atividades relevantes. Os resultados obtidos no estudo podem servir como indicativos da necessidade de uma avaliação mais detalhada sobre a questão radiológica em foco, em relação ao abastecimento público de águas.

The performance of Penicillium citrinum whole cells in decreasing lipid and organic contents in dairy wastewater was investigated using sequential and simultaneous treatment processes (enzymatic hydrolysis and anaerobic digestion). Free and immobilized whole cells were used as catalysts for the treatment of dairy wastewater at pH 4.0, 7.0, and 8.0 (optimal pH for P. citrinum whole cell activity) for 48 h. Percent hydrolysis was higher at pH 8.0. Free whole cells achieved a 1.3-fold higher percent hydrolysis (92.5%) than immobilized whole cells. Biodegradability tests were conducted using crude wastewater (E1), wastewater prehydrolyzed by whole cells (E2), and wastewater simultaneously submitted to whole-cell hydrolysis and biodigestion (E3). Low removal of organic matter was obtained in all tests (mean of 43%). E2 and E3 resulted in higher methane production rate than E1, which demonstrates the benefits of combining enzymatic hydrolysis and anaerobic digestion for wastewater treatment, whether sequentially or simultaneously.

Cortinas ou barreiras de redução de turbidez foram idealizadas para conter plumas de sólidos suspensos em corpos d’água. A captação de água com elevada turbidez causa o aumento de custos com produtos químicos e na gestão do lodo em estações de tratamento de água (ETA). Com a finalidade de reduzir a turbidez no manancial, o presente estudo avaliou o desempenho de 7 diferentes barreiras flutuantes utilizando geotêxteis com gramaturas de 130 a 600 g/m2 . A metodologia criada utilizou um canal de acrílico com duas barreiras em sequência, vazão de 2,4 L/min e concentração de sólidos de 1g/L. Os resultados apresentaram reduções média de turbidez entre 10 a 71%, retenção de massa de 1,3 a 22%, a perda de carga final em cada barreira variando entre 0,0 e 2,5 centímetros e o Jar-test apresentou valores de 15mg/L de coagulante para a amostra coletada após a barreira e 25mg/L para a água bruta.

O tratamento e reutilização de efluentes tem ganhado destaque nas pesquisas científicas, visando a redução de impactos ambientais, soluções associadas à escassez de recursos hídricos e produção de energia (biogás) como alternativa aos combustíveis fósseis. O objetivo do trabalho foi avaliar o potencial de produção de metano e geração de energia no tratamento de esgoto do município de Poços de Caldas (MG), comparando os indicadores econômicos do custo de implantação de uma usina de geração de energia nesses estabelecimentos. Foram selecionadas três Estações de Tratamento de Esgoto (ETE), sendo que duas possuem reator UASB e uma é composta por um sistema compacto, onde as etapas anaeróbicas e aeróbicas ocorrem no mesmo reator. As amostras do afluente e do efluente foram caracterizadas nos laboratórios do DMAE (ETE 1) e Qualin Serviços LTDA (ETE 2 e 3). Os parâmetros avaliados, através do software probio 1.0, foram a produção de biogás e seu potencial energético, análise técnica-econômica dos custos de implantação de uma usina de geração de energia, custos de investimento e operação, análise energética e a viabilidade econômica. Conclui-se então que, apenas a ETE 1 apresenta viabilidade para instalação de usina de energia a partir do biogás gerado pelo tratamento de esgoto, considerando a sua capacidade de produção energética e o tempo de retorno de investimento.

Simultaneous nitrification and denitrification (SND) is a process that can remove both nitrogen and organic matter in a single unit. Several bench-scale studies show that the structured bed reactors (STBR) subjected to recirculation and intermittent aeration have achieved a good performance for SND treating different types of wastewater. Thus, this study took a step forward and evaluated the efficiency and stability of treating domestic sewage in a pilot-scale STBR. COD removal efficiencies higher than 87% were achieved in the whole experimental period. The highest Total-N removal efficiency was approximately 74 ± 7% by adopting a hydraulic retention time (HRT) of 47.2 h and intermittent aeration (2 h aerated and 1 h non-aerated). The setup of the aeration system was an important mechanism to ensure the optimal balance between nitrification and denitrification in a pilot-scale system. El proceso de nitrificación y desnitrificación simultánea (SND) permite alcanzar la eliminación combinada de nitrógeno e de la materia orgánica en una sola unidad. Varios estudios en escala de banco muestran que los reactores de lecho estructurado (STBR) con recirculación y aireación intermitente han logrado un buen desempeño para NDS, tratando diferentes tipos de aguas residuales. El propósito de este estudio fue evaluar la eficiencia y estabilidad del STBR a escala piloto tratando aguas residuales domésticas. Se lograron eficiencias de remoción de DQO superiores al 87% a lo largo del experimento. La mejor eficiencia de remoción de N-total fue aproximadamente 74 ± 7%, con un tiempo de retención hidráulica (HRT) de 47.2 h y aireación intermitente (2h airadas y 1 h no airada). La configuración del sistema de aireación fue un mecanismo importante para garantizar el equilibrio óptimo entre la nitrificación y la desnitrificación en un sistema a escala piloto. A remoção concomitante de matéria orgânica e nitrogênio em uma única unidade pode ser obtida a partir do processo de nitrificação e desnitrificação simultânea (SND). Diversos trabalhos em escala laboratorial mostram que os reatores de leito estruturado (STBR) submetidos à recirculação e aeração intermitente têm atingido desempenho satisfatório no tratamento de diversos tipos de águas residuárias, via processo SND. Desta forma, este trabalho teve como principal objetivo avaliar a eficiência e estabilidade do processo SND para o tratamento de esgoto doméstico em reator STBR em escala piloto. Eficiências de remoção de DQO superiores a 87% foram observadas ao longo de todo o período experimental. A máxima eficiência de remoção de N-total foi de, aproximadamente, 74 ± 7%, com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 47.2 h e ciclo de aeração intermitente de 2h com aeração ligada e 1h sem aeração. A configuração do sistema de aeração se mostrou como um mecanismo fundamental para garantir o equilíbrio na ocorrência dos processos de nitrificação e desnitrificação na unidade piloto.

Among the novel system configurations that remove organic matter and nitrogen simultaneously, the structured bed reactor with recirculation and intermittent aeration (SBRRIA) can be mentioned. Studies addressing the SBRRIA have shown high efficiency of organic matter and nitrogen removal, as well as low sludge production. However, operational parameters such as the recirculation rate, intermittent aeration time, and airflow are not fully established. Therefore, this research aimed to evaluate the effect of these three parameters on the mixing characteristics of an SBRRIA adopting established hydrodynamic models, also proposing a new flow model for the reactor. Hydrodynamic tests were performed using sodium chloride as a tracer, and the variables were the recirculation rate, intermittent aeration time, and airflow. Results showed that the reactor presented a plug-flow behavior when the aeration was turned off and behaved as a completely stirred reactor when the aeration was turned on. Traditional models were not sufficient to explain the flow of the SBRRIA, resulting in the development of a simplified programming pseudo-code to adequately represent the flow in the reactor. The tested airflow and recirculation rates did not affect the mixing behavior in the SBRRIA. These observations represent a significant advance in SBRRIA studies as they show that energy consumption could be optimized, making the system even more advantageous by saving electrical energy up to 75% due to pumping.

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.

This paper assesses a wastewater treatment plant (WWTP) regarding the technology used, as well as organic matter and nutrient removal efficiencies aiming to optimize the treatment processes involved and wastewater reclamation. The WWTP consists of a dissolved air flotation (DAF) system, an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, an aerated-facultative pond (AFP) and a chemical-DAF system. The removal efficiencies of chemical oxygen demand (COD) (97.9 ± 1.0%), biochemical oxygen demand (BOD) (98.6 ± 1.0%) and oil and grease (O&G) (91.1 ± 5.2%) at the WWTP, the nitrogen concentration of 17 ± 11 mgN-NH3 and phosphorus concentration of 1.34 ± 0.93 mgPO4−3/L in the final effluent indicate that the processes used are suitable to comply with discharge standards in water bodies. Nitrification and denitrification tests conducted using biomass collected at three AFP points indicated that nitrification and denitrification could take place in the pond.

Objectives. The study aimed to evaluate the effect of sows’ of different parities and the supplement of coconut oil for piglets, on the development of litter. Materials and methods. A total of 51 sows of different parities and their 642 piglets were used in the trial. Each piglet was weighed and identified at birth in a sequential order. They were randomly distributed in two treatments (CG=control group and TG=test group). TG piglets had the first access to a dosage of 3.0 ml of coconut oil 12 hours after birth, and the second at 36 h after the first. Piglets were weighed at 21 days. In order to analyze the effect of the coconut oil supplement as a function of the weight at birth, piglets were grouped according to their weight (0.600 to 0.900 kg; 1.000 to 1.499kg; 1.500 to 1.999 kg; and 2.000 to 2.499 kg). Results. Sows parity affected the number and weight of born piglets. Sows in 4th, 5th and 7th parity had a larger litter than those from the 2nd parity. Sows from 2nd and 3rd parity had a lower number of piglets but heavier litter. No effect of the coconut oil supplement on neonatal piglets’ performance was found. Conclusions. The coconut meal was neither beneficial to neonatal piglets nor to those with low weight at birth, which usually present low body energy.RESUMENObjetivo. El objetivo del estudio fue evaluar el efecto del número de partos y el suplemento de aceite de coco en lechones recien nacidos. Materiales y métodos. Se utilizaron 51 cerdas de diferentes partos y sus 642 lechones. Cada lechón se pesó y se identificó al nacer en orden secuencial. Fueron distribuidos aleatoriamente en dos grupos (CG = control y TG=tratamiento). Lechones TG tenían el primer acceso a una dosis de 3.0 ml de aceite de coco 12 horas después del nacimiento, y el segunda a las 36 h después de la primera. Los lechones fueron pesados a los 21 días. Con el fin de analizar el efecto de los suplementos de aceite de coco con relación al peso al nacer. Los lechones fueron agrupados de acuerdo con su peso (0.600 a 0.900 kg; 1.000 a 1.499 kg; 1.500 a 1.999 kg y 2.000 a 2.499 kg). Resultados. El número de partos afectó el peso y el número de lechones nacidos. Cerdas en cuarto, quinto y séptimo parto, tuvieron una camada mayor que las de segundo parto. Las cerdasde segundo y tercer parto tuvieron menor número de lechones y con peso mayor. No se encontró efectodel suplemento de aceite de coco en el desarrollo de los lechones recién nacidos. Conclusiones. Loaceite de coco no es favorable para los lechones recién nacidos, tampoco para aquellos con el bajopeso al nacer, que normalmente presentan la energía corporal baja.

This study aimed to evaluate the influence of COD/N ratio and carbon source on simultaneous nitrogen and carbon removal processes. A continuous up-flow structured-bed reactor subjected to recirculation and intermittent aeration (SBRRIA) was operated with hydraulic retention time (HRT) of 11.2 ± 0.6 h. The carbon sources were meat peptone and sucrose. The COD/N ratio varied by maintaining the organic loading rate fixed at 1.07 kg COD m(-3) d(-1) and changing the total-N concentration. The COD/N ratios tested were 9.7 ± 1 (sucrose); 7.6 ± 1 (meat peptone); 2.9 ± 1 (meat peptone) and 2.9 ± 0.4 (sucrose). COD removal efficiencies remained above 90% in all experimental phases. At lower COD/N ratios, NH4(+)-N oxidation efficiencies were higher than 90%. An autotrophic metabolism by anammox process was observed in Phases III and IV, which was responsible for 35% and 27% of total-N loading removal rates, respectively. Therefore, the system achieved total nitrogen removal efficiencies of 84.6 ± 10.1 and 81.5 ± 5.3%, under low availability of organic electron donors.

The removal of nitrogen and organic matter using a single reactor has been a common focus of investigation, and reactors operated in batch mode and under intermittent aeration have attracted special attention. This study aimed to evaluate the application of a new reactor configuration consisting of a fixed-bed reactor that was operated under conditions of continuous feeding and intermittent aeration. The reactor was built using acrylic, with a working volume of 6.1 L. The fixed bed used for biomass support was composed of polyurethane foam cylinders vertically oriented inside the reaction zone. The reactor was operated under intermittent aeration (2 h aerated and 1 h non-aerated) and a recirculation ratio Q r / Q = 5. Three different operating conditions (Phase I, Phase II, and Phase III) corresponding to hydraulic retention times (HRT) of 12 h, 8 h, and 10 h, respectively, were tested. In Phase I, the system achieved total nitrogen (TN) and chemical oxygen demand (COD) removal efficiencies of 82% and 89%, respectively. At HRTs of 8 h and 10 h, the reactor was unstable with respect to TN removal, and the average resultant removal efficiencies were 49% and 45%, respectively. However, COD removal efficiencies remained high with mean values of 85% and 88% for Phases II and III, respectively. Based on these results, it can be concluded that this new reactor configuration constitutes an alternative method for effective removal of organic matter and nitrogen from wastewater.

Essa pesquisa teve como objetivo principal avaliar o desempenho de um reator de leito estruturado e fluxo contínuo, sob diferentes condições operacionais como aeração intermitente e recirculação do efluente, na remoção biológica de carbono e nitrogênio de uma água residuária sintética. Foi utilizado um reator vertical, construído em acrílico, com um volume total de 11,6 L e um volume útil de 6,1 L. O meio suporte utilizado para fixação dos microrganismos foi espuma de poliuretano na forma de cilindros dispostos verticalmente suportados por hastes, presos nas extremidades. A razão de recirculação utilizada durante todo o experimento foi igual a 5. Os períodos adotados de aeração e não aeração foram de 2 horas e 1 hora, respectivamente. Estabelecidos a vazão de recirculação e os períodos de aeração e não aeração, estudou-se o efeito da variação do TDH na eficiência de remoção de \'N\'-total e DQO. Como resultado, observou-se que a melhor condição operacional foi com TDH de 12 horas, que apresentou eficiência de remoção de \'N\'-total de 82% e remoção de DQO de 89%. O sistema mostrou-se estável ao ser operado nessas condições, apresentando pouca variação nos resultados. Por outro lado, quando o sistema foi operado com TDH de 8 horas e 10 horas, houve queda nas eficiências de remoção de \'N\'-total para valores de 49% e 45% respectivamente. Com relação à remoção de DQO, as eficiências com TDH de 8 horas e 10 horas foram de 85% e 88% respectivamente, indicando uma boa remoção de matéria orgânica mesmo com TDH menor. Não houve presença significativa de biomassa no efluente, indicando que a biomassa permaneceu fortemente aderida ao meio suporte. Foram realizados ensaios cinéticos para determinação das velocidades de nitrificação e desnitrificação da biomassa do reator operando em sua melhor condição operacional. Por meio e perfis temporais em reatores em batelada, obteve-se uma velocidade de nitrificação via \'N\'-amoniacal de 1,43 mg\'N\'/gSSV.h. As velocidades de nitrificação via \'N\'-nitrito foram 1,87 mg\'N\'/gSSV.h e 1,3 mg\'N\'/gSSV.h. Na desnitrificação de \'N\'-nitrato à \'N\'-nitrito, foram obtidas velocidades de 3,4 mg\'N\'/gSSV.h e 4,0 mg\'N\'/gSSV.h. Para a desnitrificação de \'N\'-nitrito a \'N IND.2\', as velocidades obtidas foram 2,3 mg\'N\'/gSSV.h e 2,9 mg\'N\'/gSSV.h. This research aimed at evaluating the performance of a structured bed reactor continuously fed, operated with intermittent aeration and effluent recirculation, in the biological removal of carbon and nitrogen from a synthetic effluent. A vertical reactor was built in acrylic, with a total volume of 11.6 L and a working volume of 6.1 L. Polyurethane foam cylinders supported by sticks vertically disposed were used for biomass attachment. The recirculation flow rate was 5. Aerated and non-aerated periods ware 2 hours and 1 hour, respectively. Once established the recirculation flow and the length of aerated and non-aerated period, the study of effect of the hydraulic retention time (HRT) on the removal efficiencies of Total-\'N\' and COD was started. The best operating condition was achieved with HDT of 12 hours, with removal efficiency of Total-\'N\' and COD removal of 82% of 89% respectively. Under such condition, the system exhibited high stability with little variation of the monitoring parameters. On the other hand, when the system was operated with HDT of 8 hours and 10 hours, there was a decrease in removal efficiencies of Total-\'N\', to 49% and 45% respectively. Regarding COD removal, the efficiencies at HDT of 8 hours and 10 hours were 85% and 88% respectively, indicating that organic matter removal efficiency is not limited in such range of HDT. The low concentration of suspended solids in the effluent indicates the biomass was firmly attached to the bed. Kinetic assays were performed to determine the rates of nitrification and denitrification in the reactor operating at its best operational condition. Temporal profiles obtained from batch reactors allowed for obtaining an ammonia oxidation rate of 1.43 mg\'N\'/gVSS.h. The nitrite oxidation rates were 1.87 mg\'N\'/gVSS.h and 1.3 mg\'N\'/gVSS.h. The reduction rates of nitrate to nitrite were 3.4 mg\'N\'/gVSS.h and 4.0 mg\'N\'/gSSV.h. The denitrification rate of nitrite to \'N IND.2\' were 2.3 mg\'N\'/gSSV.h and 2.9 mg\'N\'/gSSV.h.

O objetivo deste trabalho foi o de avaliar o desempenho de um reator de leito estruturado submetido à aeração intermitente (LEAI) na remoção de matéria orgânica e nitrogênio de esgoto sanitário. O reator apresentava um volume total de 11,6 L, com uma porosidade do leito de 52%. O leito estruturado era composto de 13 estruturas cilíndricas (diâmetro igual a 3 cm) de espuma de poliuretano, dispostas verticalmente no interior do reator. A alimentação do reator era feita continuamente com esgoto sanitário, sendo este proveniente de um interceptor de esgoto que passava próximo ao laboratório onde o sistema foi montado. O reator era provido de sistema de recirculação interna, com razão de recirculação igual a 3, valor este adotado após a realização de ensaios hidrodinâmicos. Foram testadas 4 condições operacionais diferentes, variando-se o tempo de detenção hidráulica (TDH) e os períodos de aeração e não aeração. Para cada condição operacional, foram feitos os seguintes estudos: avaliação da eficiência de remoção de matéria orgânica e nitrogênio, determinação da atividade nitrificante e desnitrificante, determinação do número mais provável (NMP) da comunidade nitrificante e desnitrificante, perfis temporais e análise da comunidade microbiana. O sistema apresentou elevada remoção de N-total, com valores médios de 80% para valores de TDH de 12 e 10 horas, sob 2 horas de aeração e 1 hora sem aeração. Com a diminuição do TDH para 8 horas, houve queda na eficiência do sistema para 70% (mantendo-se os períodos de aeração de 2 horas e não aeração de 1 hora). Alterando-se o período de aeração para 3 horas, mantendo-se em 1 hora o período sem aeração, o reator apresentou eficiência média de remoção de N-total de 79% com o TDH de 8 horas. A remoção de DQO foi elevada em todas as fases, com valores médios em torno de 90%. Os resultados da atividade nitrificante e desnitrificante foram condizentes com valores encontrados na literatura para sistemas que operam com remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio. Os perfis temporais mostraram que não houve variação nas formas de nitrogênio (N-NH4+, N-NO2- e N-NO3-) no efluente, apesar da operação sob a aeração intermitente devido ao grau de mistura imposto pela recirculação interna. A concentração de sólidos no efluente foi relativamente baixa quando comparada à concentração de efluentes de reatores de biomassa suspensa, com valor máximo de SSV igual a 108mgSSV.L-1. A presença do Metazoário Aelosomas sp no efluente do reator indica um possível consumo do lodo excedente no reator por esses microrganismos. As análises microbiológicas mostraram uma elevada abundância relativa de gêneros aeróbios facultativos, capazes de utilizar N-NO3- e N-NO2- como receptor de elétrons na ausência de oxigênio. Também se verificou a presença do gênero Comamonas sp em elevada abundância relativa. Esse gênero apresenta microrganismos capazes de realizar a nitrificação heterotrófica e a desnitrificação aeróbia. No entanto, os ensaios realizados não permitem inferir sobre a ocorrência desses processos. Desse modo, os processos convencionais de nitrificação e desnitrificação, tanto pela estratificação do biofilme devido à formação de gradiente de concentração de oxigênio dissolvido, quanto devido à aeração intermitente, certamente tiveram papel preponderante na remoção de nitrogênio. Os resultados obtidos permitem considerar o reator LEAI como uma alternativa tecnicamente viável para a remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio de esgotos sanitários. This study aimed at evaluating the organic matter and nitrogen removal from sewage in a structured bed reactor subjected to intermittent aeration. The reactor had a total volume of 11.6 L and bed porosity of 52%. Thirteen polyurethane foam cylinders of 3 cm diameter and 60 cm height were fixed vertically inside the reactor using PVC rods. The reactor was continuously fed with sewage collected from a sanitary sewer passing near the laboratory where the system was assembled. The reactor was provided with internal recirculation system with a recirculation ratio at 3, a value adopted after conducting hydrodynamic tests. Four different operating conditions were tested, varying the hydraulic retention time (HRT) and aeration and non-aeration periods. Nitrogen and organic matter removal efficiencies, nitrifying and denitrifying activities, and the most probable number (MPN) of nitrifying and denitrifying communities were evaluated for each operational condition. The reactor presented a Total-N removal efficiency of 80%, at HRT of 12 hours and 10 hours and aerated and non-aerated periods of 2 hours and 1 hour, respectively. With decreasing the HRT to 8 hours, the Total-N removal efficiency decreased to 70% for the same aeration and non-aeration periods. After increasing the aerated period to 3 hours and keeping the non-aerated periods of 1 hour and HRT of 8 hours, the system attained the Total-N removal efficiency of 79%. COD removal efficiencies were about 90% in all operational condition. Nitrifying and denitrifying activities were similar to those found in the literature for systems presenting simultaneous nitrification and denitrification, and carbon removal. No variation in nitrogen forms (NO3--N, NO2--N and NH4+-N) was observed during a cycle of intermittent aeration. The solids concentration in effluent was relatively low compared to the concentration of suspended-growth biomass reactors, with a maximum value of VSS of 108 mgVSS.L-1. The presence of the metazoan Aelosomas sp in the effluent in all operational conditions indicated a possible use of the excess sludge in the reactor by these microorganisms. Microbiological analysis showed a high relative abundance of aerobic/facultative microorganisms, capable to use NO3--N and NO2--N as electron acceptor in the absence of oxygen. It was also verified the presence of the genus Comamonas sp with high relative abundance. This genus presents microorganisms able to perform heterotrophic nitrification and aerobic denitrification. However, the assays do not allow us to infer the occurrence of these processes. Thus, the conventional processes of nitrification and denitrification certainly played a preponderant role in nitrogen removal both by the stratification of the biofilm due to the formation of a concentration gradient of dissolved oxygen, as due to the intermittent aeration. The results allow considering the reactor as a viable technological alternative for the simultaneous removal of organic matter and nitrogen of sewage.

This work aimed at evaluating the effect of recirculation ratio on the degree of mixing in the flow of a structured bed reactor. Stimulus-response assays were carried out with hydraulic retention times of 6 h and 12 h, subjected to recirculation ratios of 0, 1, 2, 3, and 4. The assays were undertaken with dextran blue as a tracer and without aeration. The results fitted a compartment model, allowing the determination of the mixed-flow and plug-flow volumes inside the reactor. The model application showed that recirculation ratios between 1 and 3 do not increase the mixed-flow volume of the reactor. Higher mixed-flow volumes were obtained at recirculation rates higher than 4 for both 6 h and 12 h of hydraulic retention times. The results obtained in this research are important for future applications of this reactor configuration, promoting a mixed flow in the reactor with a minimum recirculation ratio.

A produção de insumos para fabricação de ração animal, a partir de resíduos de abatedouro de aves, gera efluente contendo elevadas concentrações de matéria orgânica e de nutrientes que trazem diversos prejuízos ao meio ambiente e por isso têm sido alvo de estudos recentes. O efluente de reator UASB usado no tratamento da água residuária de uma indústria desse ramo, contém residual de matéria orgânica e nitrogênio, sendo necessária sua remoção para a adequação ambiental do efluente final. O objetivo deste trabalho, é avaliar o processo de nitrificação parcial, seguido do processo Anammox (NP/A) para águas residuárias com altas concentrações de nitrogênio amoniacal e baixa relação C/N, como é o caso do efluente estudado, uma vez que este processo ser considerado uma alternativa tecnicamente viável e economicamente favorável para remoção de nitrogênio. A avaliação da NP foi feita utilizandose dois tipos de reatores: reator de leito estruturado (R1.1) que, na Etapa I apresentou eficiência de oxidação de N-amoniacal de 30,6 ± 15,4% para TDH de 6,5 ± 0,8 horas e na Etapa II apresentou 42,8 ± 12,3% de remoção de N-amoniacal para TDH de 11,3 ± 11,1 horas e reator de biomassa suspensa (R1.2) que apresentou 49,2 ± 19,4 de eficiência de remoção de Namoniacal. Nas condições adotadas, ambos os reatores se mostraram ineficientes para promover a NP na proporção adequada para a aplicação do processo Anammox. A carga de nitrogênio aplicada ao reator Anammox variou de 1,3 a 6,1 gN.L-1 .d-1 , sendo a relação C/N constante e igual a 0,5. Períodos com e sem correção das proporções estequiométricas dos componentes nitrogenados, pela adição de nitrito, foram avaliados e apresentaram interferência na eficiência de remoção de nitrogênio total ao longo de 440 dias de operação que foi de 78,5 ± 18,21%. A manutenção da nitrificação parcial nas proporções desejadas foi a etapa mais crítica do uso dessa tecnologia. Análises microbiológicas tanto da biomassa aderida quanto da biomassa suspensa, realizadas ao final de cada experimento, revelaram a baixa taxa de abundância relativa de microrganismos BOA e BON, e predominância de microrganismos heterotróficos desnitrificantes nos reatores destinados à nitrificação parcial, o que pode justificar a instabilidade do processo para o tratamento da água residuária escolhida. No reator destinado ao processo Anammox, as análises microbiológicas do lodo granular em meio sintético e após a operação com água residuária real, indicaram o aumento de gêneros de espécies desnitrificantes heterotróficos, enquanto que a abundância relativa das espécies que realizam a oxidação anaeróbia da amônia diminuía. Embora ambas as espécies possam coexistir de forma sinérgica, a matéria orgânica contribuiu para o crescimento das espécies desnitrificantes e redução da proporção das bactérias responsáveis pelo processo Anammox. The production of animal feed from slaughterhouse by products is a predominant waste valorization route of the meat industry. This practice generates complex effluents containing high concentrations of organic matter and nutrients. The UASB reactor effluent used in the treatment of wastewater from a slaughterhouse by products in this field contains residual organic matter and nitrogen, and its removal is necessary for the environmental adequacy of the final effluent. The partial nitrification process followed by the Anammox process (PN/A) has been considered a technically viable and economically favorable alternative, particularly for wastewaters with high concentrations of ammonia and low COD/N ratios, such as case of the studied effluent. The efficiency of the Anammox process depends on the synergy between the existing species, in such a way that the organic matter is not inhibitory. The PN evaluation was performed using two types of reactors: structured bed reactor (R1.1) which, in Stage I, showed an ammonia oxidation efficiency of 30.6 ± 15.4% for TDH of 6.5 ± 0.8 hours and in Stage II it showed 42.8 ± 12.3% of removal of N-ammoniacal for TDH of 11.3 ± 11.1 hours and suspended biomass reactor (R1.2) which showed 49.2 ± 19.4 N-ammoniacal removal efficiency. Under the conditions adopted, both reactors proved to be inefficient to promote NP in the appropriate proportion for the application of the Anammox process. The nitrogen loading rate (NLR) in the Anammox reactor varied from 1.3 to 6.1 g N L-1 .d-1 , with a constant COD/N ratio of 0.5 ± 0.1 mg COD.mg N-1 . Periods with and without correction of the stoichiometric proportions of the nitrogen components, by the addition of nitrite, were evaluated and showed interference in the efficiency of total nitrogen removal over 440 days of operation, which was 78.5 ± 18.2%. Maintaining partial nitrification in the desired proportions was the most critical step in using this technology. Microbiological analyzes of both adhered and suspended biomass revealed the low rate of relative abundance of AOB and NOB microorganisms, and the predominance of denitrifying heterotrophic microorganisms in the reactors intended for partial nitrification, which may explain the instability of the process for the treatment of wastewater chosen. In the reactor intended for the Anammox process microbiological analyzes of both adhered and suspended biomass revealed a low rate of relative abundance of AOB and NOB microorganisms, and a predominance of denitrifying heterotrophic microorganisms in the reactors intended for partial nitrification, which may explain the instability of the process for the treatment of the chosen wastewater. In the reactor intended for the Anammox process, the microbiological analyses of the granular Anammox sludge performed before and after the operation revealed an increase in the population of heterotrophic denitrifying bacteria, while the relative abundance of Anammox species decreased. It was demonstrated that although both microbial groups can coexist synergistically, the presence of organic matter contributed to the growth of heterotrophic denitrifying species and impaired the growth of Anammox bacteria, without affecting system performance.

O objetivo desta pesquisa foi estudar o desempenho de um reator de leito estruturado operado sob aeração intermitente (RLEAI), em diferentes condições operacionais, no tratamento de efluentes de laticínios. O RLEAI foi operado com aeração intermitente (AI) - ciclos de três horas: 2h aeração ligada/ 1h desligada, Tempo de detenção hidráulica (TDH) de 16 horas e recirculação interna (Qr = 3.Qe). O leito foi preenchido com estruturas cilíndricas de poliuretano, fixadas em hastes de aço. Foi operado por 1327 dias, divididos em três fases: A (419 dias), B (645 dias) e C (88 dias). Na fase A, foram realizados estudos preliminares para a definição das condições operacionais. Na fase B, o reator foi submetido a diferentes cargas orgânicas volumétricas aplicadas (COVa): 1,0 (COV1.0); 1,2 (COV1.2); 1,4 (COV1.4); 1,8 (COV1.8); 2,0 (COV2.0) e 1,4 kg DQO m-3d-1 (COV1.4B), e na fase C, a variações na relação DQO/NTK afluente (11 e 3). O RLEAI foi alimentado com água residuária de laticínios coletada na indústria após o flotador e o monitoramento do sistema foi realizado por meio de análises físico-químicas e microbiológicas. Após 1327 dias de operação, o lodo presente em seu fundo foi coletado para verificar a viabilidade do seu uso, suplementado com esterco bovino, na produção de biocarvão ativado (BCA) quimicamente com KOH (1:1). O percentual de remoção de DQOT ficou acima de 89±3% na fase B e 71±11% na C. A eficiência de remoção de Nitrogênio Total (NT) foi superior a 66±18% até a COV1.4, porém da COV1.8 até a COV1.4B diminuiu, ficando abaixo de 47±27%. Na COV1.8, esse resultado foi associado ao aumento da concentração de nitrogênio orgânico efluente. Enquanto da COV2.0 à COV1.4B, foi relacionado à baixa oxidação do N-NH4+. Na fase C, a remoção de NT foi inferior a 53±6%, creditada à falta de alcalinidade no meio e baixa disponibilidade de matéria orgânica para desnitrificação heterotrófica. Durante toda operação não houve acúmulo expressivo das formas oxidadas de nitrogênio, o que indica que ocorreu o processo de Nitrificação e Desnitrificação Simultânea (NDS). A concentração de polissacarídeos e proteínas sugeriu que a espessura do biofilme, flocos e grânulos formados no reator aumentou com a COVa, o que pode ter impactado negativamente a remoção de NT. A análise estatística aplicada à estimativa do NMP g STV-1 mostrou que os microrganismos nitrificantes e desnitrificantes estiveram presentes em todas as condições estudadas na fase B, e que as bactérias desnitrificantes foram predominantes no reator, especialmente no lodo (LD). A microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostrou que com o aumento da COVa, a diversidade de microrganismos diminuiu, havendo predominância de fungos filamentosos. Foi possível produzir o BCA com as matérias-primas utilizadas, com rendimento de 44% na etapa de pirólise e 70% na ativação. O RLEAI apresentou potencial para ser utilizado no tratamento de efluentes com variadas COVa, porém com o aumento do tempo de operação observou-se que cuidados adicionais devem ser realizados, no que tange ao descarte da biomassa e à limpeza do material suporte, devido ao desenvolvimento em excesso dos microrganismos heterotróficos. The objective of this research was to study the performance of a structured bed reactor operated under intermittent aeration (SBRRIA), in different operating conditions, in the treatment of dairy effluents. The SBRRIA was operated with intermittent aeration (IA) (cycles of three hours: 2h aeration on/1h off), hydraulic detention time (HDT) of 16 hours and internal recirculation (Qr = 3.Qe). Its bed was filled with cylindrical polyurethane structures, fixed to steel rods. The SBRRIA was operated for 1327 days, divided into three phases: A (419 days), B (645 days) and C (88 days). In phase A, preliminary studies were carried out for the adequacy of operating conditions. In phase B, the reactor was subjected to different organic loading rates (OLR): 1.0 (OLR1.0); 1.2 (OLR1.2); 1.4 (OLR1.4); 1.8 (OLR1.8); 2.0 (OLR2.0) and 1.4 kgCOD m-3d-1 (OLR1.4B), and in step C, variations in the influent COD/NTK ratio (11 and 3). The SBBRIA was fed with wastewater from dairy products collected in the industry after the floater and the monitoring of the system was carried out through physical-chemical and microbiological analyses. After 1327 days of operation, the sludge present in the bottom of the SBBRIA was collected to verify the feasibility of its use, supplemented with cattle manure, in the production of biochar chemically activated with KOH (1:1) (BCA). The percentage of removal of COD was above 89±3% in phase B and 71±11% in phase C. The removal efficiency of Total Nitrogen (TN) was superior to 66±18% up to COV1.4, but from COV1 .8 to COV1.4B decreased to below 47±27%. In OLR1.8, this result was associated with an increase in the concentration of effluent organic nitrogen. Já da OLR2.0 à OLR1.4B, foi relacionado a baixa oxidação do NH4+-N. In phase C, TN removal was less than 53±6%, credited to the lack of alkalinity in the medium and low availability of organic matter for heterotrophic denitrification. During the entire operation there was no significant accumulation of oxidized forms of nitrogen, which indicates that the Simultaneous Nitrification and Denitrification (SND) process occurred. The concentration of polysaccharides and proteins suggested that the thickness of the biofilm, flakes and granules formed in the reactor increased with the OLR, which may have negatively impacted TN removal. The statistical analysis applied to the estimation of MPN gSTV-1 showed that nitrifying and denitrifying microorganisms were present in all conditions studied in phase B, and that denitrifying bacteria were predominant in the reactor, especially in the sludge (SL). Scanning electron microscopy (SEM) showed that with increasing OLR, the diversity of microorganisms decreased, with a predominance of filamentous fungi. It was possible to produce BCA with the raw materials used, with a yield of 44% and 70% in the pyrolysis and activation steps, respectively. The SBBRIA has the potential to be used in the treatment of effluents with various OLR, but with the increase in operating time it was observed that additional care must be taken about the disposal of biomass and cleaning of the support material, due to the development of heterotrophic microorganisms.

A remoção de nitrogênio é um aspecto muito importante do tratamento de águas residuárias, incluindo lixiviados de aterros sanitários. A aplicação de rotas biológicas alternativas para a sua remoção é de extrema importância e pesquisas baseadas no processo anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) e em outros bioprocessos inovadores têm sido conduzidas mundialmente para remoção de nitrogênio de águas residuárias. Os biodiscos (Rotating Biological Contactors - RBCs) surgem como uma alternativa de interesse para o tratamento de lixiviado de aterros sanitários frente aos processos convencionais, uma vez que reatores de biofilmes têm como principais vantagens idade do lodo elevada e alta resistência ao choque de cargas de matéria orgânica e de nitrogênio. Neste contexto, o presente trabalho objetivou avaliar o desempenho desta tecnologia na remoção de nitrogênio de lixiviados de aterros sanitários. O reator de bancada com volume útil de 3,9 L foi operado inicialmente sem inóculo, para observação do desenvolvimento natural da biomassa nitrificante, que ocorreu com poucos dias de funcionamento. A alimentação foi realizada na primeira etapa da pesquisa com efluente sintético, incrementando-se gradualmente a concentração de nitrogênio amoniacal na alimentação de 50 a 1000 mg N.L-1, e na segunda etapa com lixiviado de aterro sanitário diluído na proporção de 1:3, com concentração média de 500 mg N.L-1 . Com exceção do período de adaptação, onde foi utilizado um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 36 horas, a operação do reator foi realizada variando-se o valor na faixa de 24-10 h. Foram avaliadas rotações contínuas e intermitentes e velocidades de rotação entre 5 e 10 rpm para rotação contínua, assim como diferentes ciclos de rotação para rotação intermitente. O uso de rotação contínua, independente da velocidade, nas primeiras fases da Etapa I, gerou elevados valores de OD (7,7-1,4 mg.L-1), e altas eficiências de nitratação, com valores chegando a 99,7%, e ficou evidente que, para a ocorrência especificamente de nitritação e posteriormente desenvolvimento simultâneo de anammox, maiores concentrações de nitrogênio amoniacal seriam necessárias para supressão das bactérias nitratantes. Entretanto, a concentração de 1000 mg N.L-1 causou a falência do sistema, explicada principalmente pela inibição por amônia livre. A utilização de rotação intermitente consistiu em abordagem inovadora e resultou na obtenção de microaeração (0,15-2,1 mg.L-1 ). Juntamente com a redução do TDH para 12 horas, esta estratégia permitiu alcançar valores mais elevados de eficiência de nitritação, com valor máximo obtido de 54,6%, que foram comprovados pela dominância das espécies nitritantes e supressão das nitratantes, em análises de hibridização fluorescente in situ (FISH). Na Etapa II, a alimentação do sistema com lixiviado foi agressiva à comunidade microbiana e afetou as eficiências de nitritação observadas anteriormente, obtendo uma máxima de 34,0% e valores de OD entre 0,8 e 1,8 mg.L-1. Foi observada a presença de bactérias anammox no biofilme em ambas as etapas, mas não foi possível criar condições favoráveis para sua dominância. Ainda assim, os resultados indicaram o potencial do sistema para o desenvolvimento do processo de nitritação parcial-anammox e sua aplicação para lixiviados de aterros sanitários, desde que uma adaptação gradual da comunidade microbiana seja realizada para este tipo de efluente. Nitrogen removal is important for wastewater treatment, including landfill leachate treatment. The application of alternative biological routes for its removal is essential and research based on the anammox process (Anaerobic Ammonium Oxidation) and other innovative bioprocesses has been conducted worldwide. Rotating Biological Contactors (RBCs) appear as an interesting alternative for the treatment of leachate when compared to conventional processes, since biofilm reactors have, as main advantages, a long retention time of the biomass and high resistance to organic and nitrogen shock loads. In this context, the present research aimed to evaluate the performance of this technology for nitrogen removal from landfills leachate. A bench-scale reactor with a working volume of 3.9 L was initially operated without inoculum, to observe the natural development of nitrifying biomass, which occurred within a few days of operation. The feed was carried out in the first stage of the research with synthetic wastewater, with the gradual increase of the concentration of ammoniacal nitrogen from 50 to 1000 mg N.L-1, and in the second stage with diluted landfill leachate in the proportion of 1:3, with an average concentration of 500 mg N.L-1 . Except for the adaptation period, in which a hydraulic retention time (HRT) was maintained at 36 hours, the reactor was operated with HRTs in the range of 24-10 h. Continuous and intermittent rotation were evaluated and rotation speeds between 5 and 10 rpm for continuous rotation, as well as different rotation cycles for intermittent rotation. The use of continuous rotation, regardless of speed, in the first phases of Step I, reached high DO values (7.7-1.4 mg.L-1), and high nitratation efficiencies, with values reaching 99.7 %, and it was evident that, for the specific occurrence of nitritation and posterior simultaneous development of anammox, higher concentrations of ammoniacal nitrogen would be necessary to supporting the suppression of NOB. However, the concentration of 1000 mg N.L-1 caused system failure, mainly explained by the inhibition by free ammonia. The use of intermittent rotation consisted of an innovative approach and resulted in micro aeration (0.15-2.1 mg.L-1). Along with the reduction of HRT for 12 hours, this approach possible to reach higher values of nitritation efficiency, with a maximum value obtained of 54.6%, which were proven by the dominance of AOB and suppression of NOB in molecular biology analyses using the FISH technique. In Step II, feeding the system with leachate was aggressive to the microbial community and affected the nitritation efficiencies observed previously, obtaining a maximum of 34.0% and OD values between 0.8 and 1.8 mg.L-1. The presence of anammox bacteria in the biofilm was observed in both stages, but it was not possible to create favorable conditions for its dominance. Even so, the results indicating the potential of the system for the development of the partial nitritation-anammox process and its application for landfill leachate, provided that a gradual adaptation of the microbial community is carried out for this type of effluent.

Devido a razões ambientais, o tratamento de lixiviados de aterros sanitários faz-se necessário e o cotratamento de lixiviado com esgotos sanitários mostra-se atrativo, uma vez que o sistema de tratamento de esgoto apresenta amplitude operacional, além de consistir em uma medida prática, visto que permite o aproveitamento da estrutura de tratamento já existente em uma ETE. Entretanto, devido à presença de compostos orgânicos refratários, tóxicos e altas concentrações de nitrogênio amoniacal no lixiviado, a eficiência do tratamento da ETE pode ser diminuída. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi de avaliar o cotratamento de lixiviados e esgotos sanitários sob uma abordagem de modelação matemática, estudar cenários e predizer situações para a avaliação operacional da ETE. Assim, a aplicabilidade do Activated Sludge Model No 1 (ASM1) e No 3 (ASM 3) para lagoas aeradas e lodo ativado promovendo o cotratamento de esgoto e lixiviado foi estudada. Os cenários simulados consistiram em proporções crescentes de adição de lixiviado aos sistemas, que variaram de 0 a 10%, sendo para cada um deles avaliado o desenvolvimento de biomassa heterotrófica e autotrófica, consumo de DQO em diferentes frações, nitrificação, consumo de oxigênio e variação da alcalinidade. Experimentos em bancada foram realizados para a obtenção de parâmetros cinéticos da nitrificação, estudando cotratamento por lodo ativado de lixiviados e esgoto em proporções de 1 a 3%. Os resultados obtidos demonstraram que não houve limitação da nitrificação em nenhum dos cenários aplicados e os mesmos foram usados para a calibração do ASM1. Os resultados das simulações indicaram que, antes e depois da calibração, ambos os modelos foram otimistas em relação ao período de partida do sistema e à adaptação das comunidades microbianas frente aos cenários progressivamente agressivos oferecidos pela maior presença de lixiviado. Porém, representou adequadamente os problemas relacionados à manutenção da nitrificação, frente ao aumento da necessidade de aeração e demanda de alcalinidade, além do prejuízo à qualidade do efluente devido à matéria orgânica recalcitrante e, no caso do ASM3, também devido à matéria orgânica biodegradável não hidrolisada. Teve boa aplicabilidade, portanto, como ferramenta para avaliar qualitativamente o comportamento de ETEs ao receber lixiviado para cotratamento, necessitando, porém, de ajustes e detalhamentos adicionais para otimização de sistemas reais. Due to environmental reasons, the treatment of leachate from landfills is necessary and the co-treatment of leachate with sanitary sewage is attractive, since the wastewater treatment system has operational amplitude, besides being a practical measure, since it allows the use of the existing wastewater treatment plant (WWTP) structure. However, due to the presence of inhibitory organic compounds, toxic substances and high concentrations of ammoniacal nitrogen in leachate, the efficiency of the wastewater treatment can be reduced. Therefore, the aim of this work was to evaluate the co-treatment of leachate and sanitary sewage under a mathematical modeling approach, to study scenarios and to predict situations to determine the best operational conditions and practices in the WWTP. Thus, the applicability of Activated Sludge Model No. 1 (ASM1) and No 3 (ASM 3) to aerated lagoons and activated sludge promoting the co-treatment was studied. The simulated scenarios consisted of leachate addition to the systems, in different concentrations, varying from 0 to 10% of leachate, and for each scenario were evaluated the heterotrophic and autotrophic biomass concentrations, COD consumption in different fractions, nitrification, oxygen and alkalinity consumption. Bench scale experiments using activated sludge were carried out to obtain kinetic parameters of nitrification, studying the co-treatment of leachate and sewage in proportions of 0 to 3% leachate to the sewage. The results showed that there was no limitation of nitrification in any of the applied scenarios and the results were used to support ASM1 calibration. The simulations results indicated that, before and after the model calibration of ASM1, both models were optimistic regarding the growth and time used by the biomass to adapt to the progressively aggressive scenarios offered by the greater presence of leachate. However, the models adequately represented the problems related to the maintenance of nitrification, due to the increased aeration requirement and alkalinity demand, and also predicted the damage to the treated effluent due to recalcitrant organic matter and, in the case of ASM3, also due to biodegradable organic matter that did not suffer hydrolysis. The models presented good applicability as a tool to qualitatively evaluate the behavior of WWTP when co-treating leachate; however, requires adjustments for optimization of real systems.

A liquefação hidrotermal (HTL) é uma tecnologia muito utilizada para a conversão de diversos tipos de biomassa em Bio-óleo bruto; contudo, enquanto tal combustível é produzido uma fase aquosa (PHWW), rica em matéria orgânica e alguns compostos tóxicos, também é gerada, podendo ocasionar severos impactos ambientais negativos. O objetivo da presente pesquisa foi aplicar dois bio-adsorventes: in natura (BAA) e ativado quimicamente (BAAA), derivados da casca de amendoim, como pré-tratamentos da PHWW afim de melhorar sua biodegradabilidade anaeróbia. O carvão ativado granular (GAC) foi utilizado como adsorvente modelo para comparação. Os processos de adsorção foram otimizados com a utilização de desenhos compostos centrais rotacionais (DCCR), no quais as variáveis independentes foram: pH do adsorvato, temperatura e quantidade de (bio) adsorvente no meio. A porcentagem de remoção de DQO e do íon amônio foram as variáveis dependentes. Isotermas de adsorção foram obtidas em ensaios em batelada. Após realizado o estudo do processo de adsorção, o potencial metanogênico dos efluentes pré-tratados e do efluente in natura foi determinado. Esses ensaios foram conduzidos com três concentrações de PHWW (6,5%, 13% e 26%), com dois ensaios controle, um negativo e outro positivo. A pressão nos frascos reatores foi monitorada diariamente e a determinação da composição do biogás produzido foi realizada por cromatografia gasosa uma vez por semana. Os resultados para a processo adsortivo foram encorajadores, uma vez que cada bio-adsorvente testado foi otimizado para diferentes variáveis resposta: BAA (NH4+) e BAAA (DQO). Os ensaios anaeróbios mostraram que uma maior taxa de produção metanogênica, dos efluentes pré-tratados, pode estar ligada à modificação química da superfície nas cascas de amendoim. Foi possível concluir que a bio-adsorção se perfila como uma alternativa sustentável para o pré-tratamento de efluentes advindos da HTL de cianobactérias. Hydrothermal liquefaction (HTL) is a technology widely used for the conversion of several types of biomass to bio-crude oil; however, while such a fuel is produced an aqueous phase (PHWW), rich in organic matter and some toxic compounds, is also generated and can cause severe negative environmental impacts. The objective of the present research was to apply two bio-adsorbents: peanut bio-adsorbent (PB) and activated peanut bio-adsorbent (APB), as pre-treatments of PHWW to improve their anaerobic biodegradability. Granular activated carbon (GAC) was used as an absorbent model for comparison. The adsorption process was optimized with the use of central rotational composite designs (DCCR), in which the independent variables were: pH of the adsorbate, temperature and amount of (bio) adsorbent in the medium. The percentage of COD removal and ammonium ion were the dependent variables. After the study of the adsorption process, the methanogenic potential of the pretreated effluents and raw PHWW was determined. These trials were conducted with three concentrations of PHWW (6.5%, 13% and 26%), with two control trials, one negative and one positive. The pressure in the reactor flasks was monitored daily and the composition of the biogas produced was determined by gas chromatography once a week. The results for the adsorption process were encouraging, and ach bio-adsorbent tested was optimized for different response variables: PB (NH4+) and APB (COD). The anaerobic assays showed that a higher rate of methanogenic production of pretreated effluents may be linked to the chemical modification of the surface in the peanut shells. It was possible to conclude that the bio adsorption is outlined as a sustainable alternative for the pretreatment of effluents coming from HTL.

O principal objetivo deste trabalho foi a avaliação da viabilidade do pós-tratamento de efluente rico em sulfato pré-tratado em sistema anaeróbio, explorando o processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS), em reator de leito estruturado submetido a aeração intermitente (LEAI), utilizando sulfeto como doador de elétrons na redução do nitrogênio oxidado remanescente. O trabalho foi dividido em duas etapas, sendo o sulfeto (HS-) fornecido como doador de elétrons preferencial para desnitrificação. Na Etapa 1, HS- produzido pelas bactérias redutoras de sulfato (BRS) no reator anaeróbio (RAn) esteve continuamente presente no efluente encaminhado ao reator LEAI, uma vez que os dois sistemas foram operados em série. Como resultado, observou-se efeitos tóxicos sobre a comunidade nitrificante, limitando a remoção de N-total. A eficiência máxima de oxidação de N-NH4+ atingida foi de 60 ± 12%. Na Etapa 2, HS- passou a ser adicionado por bombeamento de solução concentrada de sulfeto de sódio. Duas estratégias de adição do sulfeto foram testadas, iniciadas após os 30 min iniciais de cada etapa não-aerada: solução de sulfeto adicionada em pulsos únicos, com tempo de bombeamento de 15 min (Estratégia I) e adição de maneira contínua ao longo dos 90 min restantes de cada fase não-aerada (Estratégia II). A forma de administração de sulfeto reduziu seu efeito inibitório à comunidade nitrificante na Etapa 2, alcançando eficiência de oxidação de N-NH4+ de 65 ± 7,8%. Entretanto, a remoção de N-total no reator LEAI foi limitada pela etapa de desnitrificação, uma vez que aporte de doador de elétrons inorgânico manteve-se abaixo da demanda estequiométrica nas duas estratégias de adição de sulfeto testadas. Observou-se que a adição de sulfeto mais diluída ao longo do tempo (Estratégia II) teve efeitos menos negativos à biota nitrificante na fase subsequente, refletindo em maior estabilidade e aumento da eficiência média de nitrificação de 59 para 65%, em comparação com a Estratégia I. Testes de perfis temporais de concentrações foram realizados ao final de cada etapa para elucidar a dinâmica e os efeitos do sulfeto sobre os processos combinados de nitrificação e desnitrificação. Observou-se que o sulfeto dissolvido foi efetivamente utilizado como doador de elétrons em ambas as Etapas Experimentais, resultando em cargas máximas de N-total removido de 0,095 e 0,065 kgN m-3d-1 nas Etapas 1 e 2, respectivamente. Ao final do período operacional, análises de sequenciamento do rRNA 16s detectaram sequências relacionadas a microrganismos nitrificantes do gênero Luteimonas, desnitrificantes heterotróficos (Thauera e Azoarcus) e autotróficos (Thiobacillus). Esses resultados demonstram que os processos de nitrificação e desnitrificação (autotrófica e heterotrófica) foram os envolvidos na remoção de nitrogênio no reator LEAI. The present study evaluated the feasibility of the post-treatment of the effluent from an anaerobic system treating sulfate-rich wastewater. The post-treatment was based on simultaneous nitrification and sulfide-driven autotrophic denitrification of the remaining oxidized nitrogen using a structured-bed reactor subjected to recirculation and intermittent aeration (SBRRIA). This investigation was divided into two main sections (Stages 1 and 2), with the sulfide (HS-) supplied as the preferred electron donor for denitrification. In Stage 1, the HS- biologically produced by the sulfate-reducing bacteria (SRB) in the anaerobic reactor (ARn) was continuously provided in the SBRRIA feeding, as the two systems were operated in series. As a result, sulfide partially inhibited the nitrifying activity, limiting the overall nitrogen removal performance. The maximum NH4+-N oxidation efficiency reached was 60 ± 12%. In Stage 2, HS- was added in the SBBRIA by pumping a concentrated solution of sodium sulfide. Two strategies of sulfide addition were tested, both of them initiated after 30 min of each non-aerated period of the intermittent aeration cycle. In Strategy I, the sulfide solution was added by single pulses of 15 min in each non-aerated period. In Strategy II, a continuous sulfide addition during 90 min of each non-aerated period was tested. The sulfide-controlled addition reduced its inhibitory effect on the nitrifying community in Stage 2, resulting in an NH4+-N oxidation efficiency of 65 ± 7.8%. However, the Total-N removal was still limited by the denitrification, as the sulfide supply remained below the stoichiometric demand in both two strategies tested. Strategy II was less harmful for the nitrifying activity in the subsequent aerated period, reflecting in higher stability and increase of the NH4+-N oxidation efficiency from 59 to 65%, compared to Strategy I. At the end of each stage, temporal profiles were performed to elucidate the dynamics of sulfide and its impacts on combined processes. Dissolved sulfide was effectively used as an electron donor for autotrophic denitrification in both stages, resulting in maximum Total-N removed loads of 0.095 and 0.065 kgN m-3d-1 in Stages1 and 2, respectively. At the end of the operational period, rRNA 16S sequencing analysis detected sequences related to nitrifiers belonging to Luteimonas, heterotrophic (Thauera and Azoarcus) and autotrophic (Thiobacillus) denitrifiers. These results demonstrated that nitrification and denitrification (autotrophic and heterotrophic pathways) were likely in the processes involved in nitrogen removal in SBBRIA reactor.

O tratamento biológico anaeróbio aparece como uma opção importante para remover a carga orgânica poluidora da vinhaça, e vem despertando interesse entre pesquisadores do mundo todo devido aos sucessos já alcançados, principalmente em trabalhos científicos. O interesse científico aponta para o aprimoramento do processo de degradação desse efluente em taxas elevadas, além de promover a produção de biogás, com potencial para produção de energia. A tecnologia de tratamento anaeróbio mais utilizada para o tratamento da vinhaça é o reator UASB, apresentando resultados satisfatórios inclusive em unidades em escala plena. A interrupção do funcionamento do reator em períodos de entressafra é, indubitavelmente, um problema a ser enfrentado na operação do reator UASB, cujo período de partida é lento. A repartida do sistema é agravada nos reatores de alta taxa, requerendo estratégias adequadas para reduzir o período necessário permitindo mitigar prontamente os efeitos do aporte de vinhaça ao ambiente e recuperar energia a partir dessa matriz. Diante disso, um reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB) em escala piloto foi utilizado para o estudo da repartida do sistema e do tratamento da vinhaça e do melaço, sendo o último utilizado como fonte de carbono no período relativo à entressafra. O reator UASB foi operado durante 335 dias. Na Fase I utilizou-se a vinhaça como afluente, na Fase II o melaço de cana-de-açúcar e na Fase III novamente a vinhaça. Após período de interrupção de 30 dias, o período de repartida do sistema em estudo foi de 69 dias. Logo no início da repartida do reator, a eficiência de remoção de DQO foi superior a 80%, alcançando eficiência de 89,95 % em apenas oito dias de operação. O reator UASB apresentou valor médio de eficiência de remoção de DQO para as Fases I (vinhaça), II (melaço) e III (vinhaça) de 84 ± 3,35%; 82 ± 5,12% e 80 ± 9,22%, para cargas aplicadas de 5 a 34 kgDQO.m-3.d-1, 33 kgDQO.m-3.d-1 e 5 a 19 kgDQO.m-3.d-1, respectivamente. Em relação à produção de metano, de todo o período operacional, a Fase I referente à repartida do reator utilizando vinhaça como substrato após um mês sem alimentação foi a que apresentou a maior produção média no período, 7,93 LCH4. (L.d) -1, devido aos maiores valores de carga orgânica volumétrica (COV) aplicadas (5 a 34 kgDQO.m-3.d-1). A Fase II referente ao período de entressafra utilizando o melaço, foi de 7,28 LCH4. (L.d) -1 devido ao acúmulo de ácidos voláteis totais. A Fase III com retorno da safra utilizando a vinhaça, foi de 1,23 LCH4. (L.d) -1 devido aos menores valores de carga aplicada ao reator (5 a 8,5 kgDQO.m-3.d-1). As análises microbiológicas mostraram elevada diversidade microbiana e permitiu observar que com a utilização do melaço ocorreu alteração da população de microrganismos presente no reator, que apresentaram longo período de adaptação quando submetidos novamente à vinhaça, na última fase de operação. De forma geral, os resultados apontam que a tecnologia UASB é adequada no tratamento de vinhaça e melaço de alta carga orgânica e na geração de biogás. A substituição por melaço permitiu obter produção de biogás semelhante ao uso da vinhaça, entretanto dificultou a repartida, quando substituído pela vinhaça novamente (Fase III). Biological anaerobic treatment systems are a promising approach for the removal of organic loading content of vinasse. Previous studies have demonstrated the optimization of the vinasse degradation process at high rates, promoting the biogas production with potential for energy use. Upflow anaerobic with sludge blanket (UASB) is the most applied anaerobic technology for the treatment of vinasse. Such reactor configuration presents satisfactory results even in full-scale units. The interruption of reactor operation during the off-season is undoubtedly an operational problem to be faced, whose restarting period is slow. The system restarting is intensified in high-rate reactors, requiring adequate strategies to reduce the time needed to mitigate the environmental effects of vinasse supply and to recover energy from that matrix. Therefore, a pilot-scale UASB was used to investigate the system restart and the treatment of vinasse and molasses. Sugarcane molasses was used as the carbon source during the off-season period. The system was operated during 335 days. The operational procedure consisted of three phases, in which different streams were used as carbon source: vinasse (Phases I), sugarcane molasses (Phases II) and vinasse (Phases III). After an interruption period of 30 days, the restarting period was 69 days. At the beginning of the restarting period, the average COD removal efficiency was higher than 80%, reaching COD removal efficiencies of 89.95% in only eight days of operation. The average COD removal efficiencies for Phases I (vinasse), II (molasses) and III (vinasse) were 84 ± 3.35%; 82 ± 5,12% and 80 ± 9,22%, respectively. Those removal efficiencies were achieved with organic loading rate 5 to 34 kgCOD.m-3.d-1 , 33 kgCOD.m-3.d-1 and 5 to 19 kgCOD.m-3.d-1, respectively. Regarding methane (CH4) production, Phase I (vinasse as substrate after one month without feeding) presented the highest average CH4 production (7.93 LCH4. (L.d) -1), due to the higher values of OLR (5 to 34 kgCOD.m-3.d-1). The CH4 production during Phase II (off-season using molasses as substrate) was 7.28 LCH4. (L.d) -1, due to the accumulation of volatile fatty acids (VFA). In Phase III, in which vinasse was applied again as substrate the CH4 production was 1.23 LCH4.(L.d)-1, due to the lower values of organic loading rate to the reactor (5 to 8.5 kgCOD.m-3.d-1). Microbiological analyses showed high microbial diversity in biomass developed at UASB reactor. Moreover, it was possible to observe that with molasses used as carbon source probably promotes changes in the microorganisms population, After period with molasses feeding, such microbiota presented a long adaptation period when resubmitted to vinasse, as the main carbon source in the feeding. In general, the results indicate that the UASB configuration was adequate for the vinasse and molasses treatment at high organic loading rate, resulting in high biogas production. In which the feeding with sugarcane molasses resulted in a biogas production similar to that obtained by vinasse feeding, but it made it difficult to divide when replaced by vinasse (Phase III).