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Recirculation of treated effluent is usually used to prevent organic overloading events in anaerobic digestion of high concentrated wastewater. The aim of this study was to determine the influence of effluent recirculation in anaerobic baffled reactors (ABR) treating high concentrated wastewater as the literature is not conclusive about its effects. To achieve this, an innovative experimental and mathematical modeling dual approach was used. A bench-scale ABR was fed with sugarcane vinasse (COD = 18.0 g L−1) and monitored for 273 days. Real kinetic and mass transfer parameters were obtained and used to create a mathematical model for the organic matter conversion. Operating data and the kinetic parameters showed that at high COD concentrations the ABR does not behave as a two-stage system as expected. Both results, i.e. the mathematical model and the operational data, showed that in terms of conversion capacity using high recirculation ratios is not necessary for suitable ABR performances, only increasing operational costs due to pumping.

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 pilot-scale upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor (120 L) was operated for biogas production by vinasse degradation. The reactor was operated for 700 days using a recirculation rate of 1:3 with organic loading rates (OLR) ranging from 0.5 to 32.4 kgCOD.m−3.d−1, upflow velocities ranged from 0.008 to 0.292 m h−1(feed added with recirculation) and the hydraulic retention time ranged from 33.33 to 0.86 days. The reactor demonstrated a stable performance at OLR at all applied loads. The COD removal efficiencies throughout the experiment were 87.5 ± 5.3 and 90.5 ± 3.6% for raw and soluble COD, respectively. Total volatile acids ranged from 59 mg L−1 to 585 mg L−1. The concentration of acetic and propionic acids at the reactor effluent reached 28 mg L−1 on OLR 20 kgCOD.m−3.d−1. The methane content in the biogas was 68.8 ± 7.14%.The methane yield of 0.299 ± 0.066 LCH4.g−1COD corresponds to about 76.4% of the theoretical methane yield. The methane productivity reached the highest value of 8.059 LCH4.L−1.d−1 at 32.27 kgCOD.m−3.d−1., corresponding to 83.9% of the theoretical value (9.611 LCH4.L−1.d−1). This result is very promising for power generation in the sugar and ethanol industry, complementing the energy balance of sugarcane, as shown by an energy balance evaluation.

BACKGROUND Biological technologies for biogas upgrading such as anoxic biotrickling filters (BTF) and algal–bacterial photobioreactors (PBR) constitute a cost-effective, environmentally friendly alternative to conventional physical–chemical methods. Nonetheless, there is a lack of studies comparing their performance when treating real biogas. RESULTS A H2S removal efficiency >98% was consistently recorded in both systems, with elimination capacities up to 26 and 12.4 g S-H2S m−3 h−1 in the BTF and PBR, respectively, at empty bed residence times (EBRTs) of ∼ 30 min. Both bioreactors demonstrated a high robustness towards fluctuations in biogas composition and flowrate, maintaining nearly complete desulfurization despite the variations in sulfur load and EBRT. The BTF also showed an immediate recovery from a 15 days operational shut-down, and the ability to utilize the nutrients from nitrate-supplemented digestate during biogas desulfurization. In addition, the PBR supported an average CO2 removal of 23.0 ± 11.8%, increasing to 62% at higher pH of 8.1, with a carbon fixation rate of 285 mg CO2 L−1 d−1. CONCLUSIONS The BTF was confirmed as a robust technology for the desulfurization of real biogas, even when supplemented with effluent from the digester. High H2S removal was also achieved in the PBR, the CO2 fixation capacity of microalgae enhancing biogas purification. © 2015 Society of Chemical Industry

A utilização de reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo no tratamento de águas residuárias tem tido grande aceitação dos projetistas e pesquisadores pelas vantagens que esse sistema apresenta sobre os demais (aeróbios e anaeróbios). Uma das principais limitações do processo relaciona-se com o período de partida, normalmente lento e de difícil controle. Esse trabalho apresenta os resultados de pesquisas em laboratório sobre a partida de dois reatores de manta de lodo, um deles inoculado com lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de gel agar e o outro com lodo livre. A imobilização de microrganismos em gel surge como uma nova possibilidade de retenção da população microbiana no reator e consequentemente, esse trabalho objetiva também verificar a viabilidade do uso de lodo imobilizado em qel agar no estudo sobre fatores que afetam o desempenho de reatores com manta de lodo. Os dois reatores anaeróbios utilizados neste trabalho eram idênticos e possuiam volume de 10 L cada um. Utilizou-se substrato sintético para que se obtivesse alimento com características estáveis durante a maior parte do tempo necessário à partida dos reatores, preparados de maneira a se obter DQO de aproximadamente 2000 mg/L. Os reatores estiveram em operação durante 179 dias e foram submetidos a cargas orgânicas volumétricas que variaram de 0,47 a 12,83 KgDQO.m-3.d-1 e a cargas hidráulicas volumétricas que variaram de 0,23 a 6,0 m3.m-3.d-1. As principais análises realizadas foram DQO, alcalinidade, ácidos voláteis, pH, temperatura e altura do leito de lodo. A eficiência de remoção de DQO esteve em geral entre 70 e 80%. Em vista dos resultados obtidos, conclue-se que a utilização de lodo anaeróbio imobilizado em matrizes de gel agar pode ser útil no estudo de partida de reatores anaeróbios com manta de lodo. Sugere-se a continuidade dos estudos, utilizando-se as técnicas descritas no trabalho, na ampliação do conhecimento dos processos anaeróbios neste tipo de reator. The use of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactor for wastewater treatment has been well accepted by designers and researchers due to the advantages shown over athers reactors (aerobic and anaerobic). The reactor start-up remains as one of the most important limitations of the process. It is usualy slow and is difficult to control. This thesis shows the results of a laboratory research on the start-up of two UASB reactors. One of them was seeded with anaerobic sludge immobilized in gel agar and the other with free anaerobic sludge. The immobilization of microorganisms in gel represents a new possibility of biomass retention within the reactors. Consequently this research also aims to check the viability of using immobilized sludge in gel agar in the study of factors affecting UASB reactors performance. Both the UASB reactors used in this research were exatly alike and had a volume 10 L each. Synthetic substrate was used to provide, consistent feed during the most of the start-up period. The substrate was prepared to contain about 2000 mg/L COD. The reactors were aperated for 179 days and were submitted to organic loading rates which varied from 0,47 to 12,83 KgCOD.m-3.d-1 and to hydraulic loading rates which varied from 0,23 to 6,0 m3.m-3.d-1. The main physical-chemical parameters measured were COD, alkalinity, volatite fatly acids, pH, temperature and sludge bed height. The COD removal efficiency was between 70 and 80%. This research comproved the feasibility of sludge immobilized in gel agar for UASB reactor start-up. It is suggested to continue the studies to achieve the best conditions for the use of this technique.

Esse trabalho apresenta a avaliação de dados de operação de sistema de tratamento de águas residuárias de abatedouro de frango, através da análise de séries temporais. O objetivo principal foi a obtenção de modelo de previsão capaz de antecipar o controle da operação do sistema de tratamento de águas residuárias do abatedouro, constituindo subsídio para obtenção de estratégias de gestão do sistema de tratamento existente. Registros de 42 meses de parâmetros de monitoramento foram utilizados na modelagem de séries temporais. O modelo de ajuste exponencial para previsão dos valores de demanda química de oxigênio do efluente industrial e do afluente dos reatores biológicos apresentou bom ajuste (erro percentual absoluto da média aritmética menor que 20%) com diferenças na capacidade de previsão menores que 15%.This paper presents the evaluation of the operating data of the poultry slaughterhouse wastewater treatment plant, by means of time series analysis. It aimed at obtaining a forecasting model able to have the operation of the slaughterhouse wastewater treatment system under control, what leads to subsidy for acquiring the management strategies of the wastewater treatment system. Records of 42 months of the monitoring parameters were used in the time series modeling. The exponentially weighted moving average model for obtaining chemical oxygen demand values of the industrial effluent and the reactors influent stream showed proper adjustment (mean absolute percentage error values smaller than 20%), where the differences on the prediction feasibility were smaller than 15%.

The performance and the granules characteristics of a 450 m 3 -UASB reactor operating for 1228 days, treating poultry slaughterhouse wastewater with an average COD reduction of 85% was examined. Granules were sampled in three different positions along the vertical central line of the reactor, revealing variations in the concentration of volatile total solids. Although the reactor had been in operation for an extended period of time, granule sizes of 0.5–1.5 mm appeared to predominate. The hollow core was well defined for granules with sizes ranging from 2 to 3 mm in all the sampling ports. The granules exhibited no layered microbial distribution and were packed with different morphotype cells intertwined randomly throughout the cross-section. Methanogenic Archaea predominated in the granules taken from every sampling port along the reactor. The results indicated that the characterization of the granules is a useful tool for the adoption of operational strategies toward optimization of UASB reactors.

O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e também o primeiro do mundo na produção de açúcar e etanol, o biocombustível mais utilizado como alternativa energética no país (BRASIL, 2017). No entanto, esse processo produtivo precisa considerar os subprodutos gerados, principalmente a vinhaça, que se não tratada e disposta corretamente podem causar problemas ambientais sérios. Sendo um efluente com alta carga orgânica, a vinhaça concentra potencial substancial para geração de bioenergia como o metano. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da concentração de sulfato, advindo da utilização de ácido sulfúrico para manutenção da pureza das cepas fermentativas e incorporado à vinhaça, na produção de metano. Para tanto, testes em batelada foram feitos com relações DQO/Sulfato diferentes. As respostas obtidas no planejamento experimental fatorial 22 com ponto central, utilizando a demanda química de oxigênio (DQO) e sulfato como os fatores, foram a produção de metano, a eficiência de remoção de matéria orgânica e a eficiência de remoção de sulfato ao longo dos ciclos de operação. As faixas estudadas foram de 4,6 a 2,0 gDQO.L-1 e 0,3 a 2,3 gSO4-2.L-1. Dessa forma, para o intervalo de concentrações testadas, a quantidade de matéria orgânica foi o fator mais importante para a produção de metano, e foi constatado que o sulfato possuiu efeito negativo em sua produção. Para a eficiência de remoção de matéria orgânica, a interação dos fatores foi a mais significativa, mostrando que a participação das bactérias redutoras de sulfato foi positiva, aumentando a eficiência de remoção. Com relação à eficiência de remoção do sulfato, apenas a concentração de sulfato foi significativa para a remoção do mesmo, quanto maior a concentração menor foi a eficiência de remoção observada. A maior produção de metano ocorreu na condição 4,6 gDQO.L-1 e 0,3 gSO4-2.L-1, DQO/SO42- de 12,5, em que a eficiência de remoção de matéria orgânica foi de 80% e a de sulfato foi de 89%. A biomassa desenvolveu as rotas metanogênica e sulfetogênica, sendo a metanogênica responsável pela maior eficiência de remoção (85% do total). Sequenciamento Illumina MiSeq 16S rRNA foi feito no inóculo utilizado nos experimentos, indicando a presença abundante das bactérias capazes de produzir acetato (54,75%), dentre elas o gênero Desulfofaba (Bactéria Redutora de Sulfato Oxidativa Incompleta, 7,08%), mostrando uma predisposição da rota metanogênica pela via do acetato ser a predominante. Brazil is the world\'s largest producer of sugarcane and the world\'s leading producer of sugar and ethanol, the most used biofuel as an energy alternative in the country (BRASIL, 2017). However, this productive process needs to consider the by-products generated, especially the vinasse, which if not treated and disposed properly can cause serious environmental problems. Being an effluent with high organic load, vinasse concentrates potential for bioenergy generation as methane. The objective of this work was to evaluate the influence of the sulfate concentration, resulting from the use of sulfuric acid to maintain purity of fermentative strains and incorporated into vinasse, in the production of methane. For that, batch tests were done with different COD/SO42- ratios. The responses obtained in the 22 design of experiment with central point, using the chemical oxygen demand (COD) and sulfate, as the factors were the methane production, the organic matter removal efficiency and the sulfate removal efficiency along the cycles of operation. The ranges studied were 4.6 to 2.0 gDQO.L-1 and 0.3 to 2.3 gSO42-.L-1. Therefore, for the range of concentrations tested, the amount of organic matter was the most important factor for the production of methane, and it was verified that the sulfate had a negative effect on its production. For the removal efficiency of organic matter, the interaction of the factors was the most significant, showing that the participation of the sulfate reducing bacteria was positive, increasing the removal efficiency. Regarding the sulfate removal efficiency, only the sulfate concentration was significant for the removal of itself, the higher the concentration the lower the observed removal efficiency. The highest methane production occurred in the condition 4.6 gDQO.L-1 and 0.3 gSO4-2.L-1, COD/SO42- of 12.5, where the removal efficiency of organic matter was 80% and sulfate was 89%. The biomass developed the methanogenic and sulfetogenic routes, being the methanogenic responsible for the greater removal efficiency (85% of the total). Sequencing Illumina MiSeq 16S rRNA was done in the inoculum used in the experiments, indicating the abundant presence of bacteria capable of producing acetate (54.75%), among them the genus Desulfofaba (Incomplete Oxidative Sulfate Reducing Bacteria, 7.08%), showing a predisposition of the methanogenic route through the acetate route is the predominant one.

A utilização de combustíveis renováveis tem se destacado nos últimos anos, principalmente devido aos impactos ambientais gerados pelo uso de combustíveis fósseis e escassez dos mesmos. Dentre os combustíveis renováveis destaca-se o biodiesel, cujo processo produtivo apresenta como principal subproduto o glicerol bruto, que tem instigado nos últimos anos intensas discussões sobre a problemática de sua destinação e disposição final. Apesar de ser utilizado na indústria química, o seu teor de impurezas limita o seu processamento industrial. Buscando agregar valor a esse resíduo bruto e contribuir para a produção de bioenergia, este trabalho teve por intuito avaliar a produção dos biocombustíveis hidrogênio e metano, assim como de intermediários químicos a partir de glicerol bruto como substrato em reatores anaeróbios de leito fluidificado (RALF), mesofílicos (30°C), utilizando inóculo de cultura mista. O RALF-H2, com o objetivo de produzir hidrogênio e metabólitos solúveis, foi submetido à concentração de 10 g.L-1 de glicerol e variação do tempo de detenção hidráulica (TDH) de 8, 6, 4, 2, 1 e 0,5 h. Já o RALF-CH4, com intuito de produzir metano, operou sob TDH fixo de 24 h, submetido à variação da concentração de glicerol de 1, 2, 3, 4, 5 e 7 g.L-1, e portanto, da taxa de carregamento orgânico (TCO) de 1, 2, 3, 4, 5 e 7 kgDQO.m-3.d-1, respectivamente. No RALF-H2, os valores máximos de conteúdo de hidrogênio no biogás (69,2 %), produtividade volumétrica de hidrogênio (1,90 L.h-1.L-1) e rendimento de hidrogênio (0,28 molH2.mol-1glicerolconsumido) foram verificados no TDH de 0,5 h. O 1,3-propanodiol se destacou entre os metabólitos produzidos, com rendimento máximo de 0,57 mol1,3-PDO.mol-1glicerolconsumido, alcançado no TDH de 8 h. No RALF-CH4, o máximo conteúdo de metano no biogás (83,0%) foi verificado na TCO de 1 kgDQO.m-3.d-1, a maior produtividade volumétrica de metano (2,26 L.d-1.L-1) na TCO de 5 kgDQO.m-3.d-1 e o máximo rendimento (0,19 m3H4.kg-1DQOaplicada ou 0,77 molCH4.mol-1glicerolconsumido) na TCO de 4 kgDQO.m-3.d-1. Portanto, os resultados evidenciaram a possibilidade de produção de biocombustíveis e metabólitos de valor agregado utilizando glicerol bruto como substrato no processo da digestão anaeróbia. The use of renewable fuels has been highlighted in recent years, mainly due to the environmental impacts generated by the use of fossil fuels and their scarcity. Among the renewable fuels highlights the biodiesel, whose production process displays as the main byproduct crude glycerol, which has instigated in recent years, intense debates about a problem of its destination and final disposal. Although it is used in the chemical industry, its impurities content limits its industrial processing. In order to add value to this crude residue and to contribute to the production of bioenergy, this work aimed to evaluate the production of biofuels hydrogen and methane, as well as chemical intermediates from crude glycerol as substrate in anaerobic fluidized bed reactors (AFBR), mesophilic (30°C), using mixed culture inoculum. The AFBR-H2, with the objective of producing hydrogen and soluble metabolites, was submitted to a concentration of 10 g.L-1 of glycerol and a variation of the hydraulic retention time (HRT) of 8, 6, 4, 2, 1 and 0.5 h. The AFBR-CH4, with the intention of producing methane, operated under fixed HRT of 24 h, subjected to the variation of the glycerol concentration of 1, 2, 3, 4, 5 and 7 g.L-1 and, therefore, of the organic loading rate (OLR) of 1, 2, 3, 4, 5 and 7 kgCOD.m-3d-1, respectively. In the AFBR-H2, the maximum values of hydrogen content in the biogas (69.2%), hydrogen volumetric productivity (1.90 L.h-1.L-1) and hydrogen yield (0.28 molH2.mol-1glycerolconsumed) were verified in the HRT of 0.5 h. The 1,3-propanediol was highlighted among the metabolites produced, with a maximum yield of 0.57 mol1,3-PDO.mol-1glycerolconsumed, reached in the TDH of 8 h. In the AFBR-CH4, the higher methane content in the biogas (83.0%) was detected in the OLR of 1 kgCOD.m-3.d-1, a higher volumetric productivity of methane (2.26 L.d-1.L-1) in the OLR of 5 kgCOD.m-3.d-1 and the maximum yield (0.19 m3CH4.kg-1CODapplied or 0.77 molCH4.mol-1glycerolconsumed) in the OLR of 4 kgCOD.m-3d-1. Therefore, the results evidenced the possibility of producing biofuels and value-added metabolites using crude glycerol as a substrate at the anaerobic digestion process.

Modelos matemáticos são representações ou interpretações simplificadas da realidade ou uma representação de um fragmento de um sistema. As simulações destes fenômenos auxiliam na tomada de decisão da parte interessada, ou seja, aqueles que trabalham em uma área. A modelagem de um sistema de processos anaeróbios, como o tratamento de um efluente em reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), auxilia os gestores destes sistemas na operação e no controle de estabilidade. O modelo ADM1 (Anaerobic Digestion Model Nº 1), criado pela IWA em 2002, simula o comportamento da digestão anaeróbia. Entretanto, este modelo não considera a hidrodinâmica do sistema como fator relevante no desempenho do processo. O estudo do comportamento do escoamento de efluente no interior de um reator é possível através de ensaios de hidrodinâmica. Estes são conduzidos, majoritariamente, por meio de experimentos laboratoriais que se utilizam de traçadores que, por sua vez, podem resultar em custos elevados. A Dinâmica de Fluidos Computacional (DFC) é uma área na mecânica dos fluidos que utiliza análises numéricas e algoritmos para solucionar e analisar problemas relacionados com escoamento de fluidos. Os softwares de DFC que resolvem estes algoritmos podem ser utilizados na simulação dos ensaios de hidrodinâmica. Foi utilizado nesta tese o pacote de DFC Ansys®, em que o software CFXTM foi o escolhido para realizar as simulações de escoamento. Um dos objetivos desta tese foi a validação desta simulação por meio de ensaios de laboratório e ensaios virtuais em um reator UASB em escala de bancada (1,5 L). Resultou-se, dessa comparação, em dados estatisticamente similares (teste U de Mann-Whitney), proporcionando validação do método. Após esta validação, simulou-se o mesmo tipo de ensaio para um reator UASB em formato de \"Y\" (escala piloto; 119,3 L). Foram simuladas três condições operacionais, em que se variou a vazão de alimentação, sendo esta função da carga orgânica volumétrica aplicada ao lodo (COV). As COV foram 7,5, 12,5 e 17,5 kgDQO m-3d-1. Obteve-se N-CSTR (número de reatores de mistura completa em série) igual a 11, 10 e 10 unidades para cada condição, respectivamente. A ferramenta de Dinâmica de Sistemas utiliza-se de uma abordagem de entendimento de modelos complexos e, por meio de ciclos de retroalimentação (feedback) e estoques e fluxos (stocks and flows), demonstra que modelos aparentemente simples podem ser muito complexos. Existem vários softwares de Dinâmica de Sistemas e neles podem ser implementados os mais variados modelos. Utilizando o software Vensim PLE®, modelou-se a digestão anaeróbia do ácido acético por meio de equações baseadas no modelo de cinética enzimática de Monod e no modelo de digestão anaeróbia ADM1. Considerou-se as taxas de consumo de substrato e crescimento de biomassa bacteriana, a inibição causada pelo pH e a quantidade de alcalinizante necessária para atingir o pH desejado deste meio. De forma complementar, integrou-se um modelo de cálculo de alcalinidade do meio e, desta forma, foi possível determinar as concentrações de cada espécie que confere alcalinidade ao meio, considerando o equilíbrio do carbonato. Denominou-se esta modelação (DFC e dinâmica de sistemas) de Modelo Hidro-bioquímico do processamento anaeróbio. Os resultados obtidos por Del Nery et al. (2016) corroboraram com os obtidos nesta tese. Mathematical models are representations and simplified interpretations of reality or a representation of a system fragment. The modeling of anaerobic processes, such as wastewater treatment in UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactors, helps managers in the operation of these systems and stability control. The Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1), created by IWA in 2002, simulates the behavior of anaerobic digestion. However, this model does not consider the system hydrodynamics as a relevant factor in the performance of the process. The effluent flow behavior studies on the reactor inside is possible by hydrodynamic tests. These are conducted through laboratory experiments that uses tracers and this can result in high costs in the conduct of the tests. The Computational Fluid Dynamics (CFD) is an area in fluid mechanics that uses numerical analysis and algorithms to solve and analyze problems related to fluid flow. CFD software can be used to simulate the hydrodynamics assays. It was used in this thesis Ansys® workbench, wherein the CFXTM software was chosen to perform CFD flow simulations. One objective of this thesis was to validate the CFD simulation through laboratory and virtual testing in a UASB bench scale (1.5 liters). In this comparison, it resulted in similar data statistically (Mann-Whitney U test). After validation of the hydrodynamic test, was simulated the same type of assay for an UASB reactor \"Y\" shaped (pilot scale; = 82.27 liters working volume). The test result was N-CSTR (number of complete mixing reactors in series) equal to 4 units, considering a 103.9 liters per day of feed flow (hydraulic retention time of 19 hours). The system dynamics tool makes use of understanding approach of complex models and, through feedback loops and stocks and flows, shows that seemingly simple models can be very complex. There are several system dynamics software and most varied models can be implemented. Using Vensim PLE® software, it was developed an acetate anaerobic digestion model (in this case acetic acid) via equations based on the Monod and ADM1 model. It was considered for the hydro-biochemical modeling, substrate consumption and growth of bacterial biomass rates, the pH inhibition and the amount of alkalizing necessary to achieve the desired pH of the medium. Complementarily, integrated into a calculation alkalinity model of the medium and thus it was possible to determine the concentrations of each species imparts environment alkalinity, considering the carbonate balance.

A digestão anaeróbia tem se apresentado como um processo de grande interesse sob a ótica da potencial produção de energia renovável (H2 e CH4), considerando-se a ampla variedade de compostos orgânicos que podem ser utilizados. Neste estudo desejou-se avançar na compreensão do sistema de reatores anaeróbios de duas fases (acidogênico seguido de metanogênico) operados em condições termofílicas (55°C), alimentados com melaço da cana-de-açúcar, subproduto da indústria sucroalcooleira. Os experimentos foram conduzidos em reatores anaeróbios de leito fixo estruturado com fluxo ascendente e o melaço foi diluído com água de abastecimento, para adequação da concentração aos processos de tratamento de águas residuárias. Na 1ª Etapa dois reatores acidogênicos foram operados em paralelo para avaliar diferentes formas de inoculação e meios suportes, a fim de manter a produção continua e estável de hidrogênio. Para isso foram aplicadas diferentes cargas orgânicas (2,5, 5 e 10 gDQO.L-1) que resultam em COV de 30, 60 e 120 g.DQO.Lreator1.dia-1, com TDH fixo de 2 horas. A expressão do gene hidrogenase foi detectado em ambos os reatores, mas em maior proporção no reator inoculado com lodo de reator UASB e usando como material suporte a espuma de poliuretano. Sequencialmente a este reator, foi acoplado um reator metanogênico, alimentado com efluente do reator acidogênico, estabilizado nas condições apresentadas, e operado com COV crescentes de 1, 2, 5, 7, 14, 17 e 26,5 gDQO.Lreator-1.dia-1 e consequente diminuição do TDH de 240, 96, 48, 32, 24, 16 e 12 horas. O reator acidogênico na 2ª etapa foi operado por 417 dias consecutivos e COV de 120 g.DQO.Lreator1.dia-1, produzindo hidrogênio continuamente, alcançado valores de produção bruta de H2 de 7,60 LH2.dia-1. O reator metanogênico foi operado por 251 dias consecutivos, produzindo metano e alcançado valores de produção bruta de CH4 de 5,90 LCH4.dia-1. A eficiência de remoção de DQO do sistema de reatores foi de aproximadamente 90%, com contribuição aproximadamente de 10% para o reator acidogênico e contribuição aproximadamente de 80% para o reator metanogênico. O reator acidogênico alcançou rendimento de produção de hidrogênio por kg de melaço aplicado de 392 LH2.kgmelaço-1 e o reator metanogênico de 387 LCH4.kgmelaço-1. Para finalidade de comparações e aplicabilidade, o ganho energético global do sistema de reatores de duas fases foi de aproximadamente 5,7 kWh.kgmelaço-1 (1,4 kWh.kgmelaço-1 para o reator acidogênico e 4,3 kWh.kgmelaço-1 para o reator metanogênico). A produção continua de H2 obtida neste estudo está relacionada à associação das vias dos ácidos produtores de hidrogênio já consolidados pela literatura pertinente (acético e butírico) e pela produção de hidrogênio pela rota do ácido lático, devido a associação entre as comunidades de microrganismos estabelecidas no reator. O sequenciamento massivo MiSeq mostrou a seleção de diversos gêneros de microrganismos com redundância funcional e pertencentes principalmente aos Filos Firmicutes, Proteobacteria e Thermotogae, tais como Clostridium sensu stricto, Thermohydrogenium, Thermoanaerobacterium e Cellulosibacter (Firmicutes); Pseudomonas, Enterobacter, Shewanella e Petrobacter (Proteobacteria) e Fervidobacterium (Thermotogae). Microrganismos produtores de ácido lático também foram selecionados tais como: Lactobacillus, Leuconostoc, Sporolactobacillus e Trichococcus. Dos pontos de vista científico e tecnológico este estudo deu mais um passo para a compreensão dos bioprocessos envolvidos nos sistemas anaeróbios em dois estágios produzindo H2 e CH4 continuamente por longo período de tempo. Anaerobic digestion has shown as an interesting process for renewable energy production (H2 and CH4), for a wide variety of organic compounds (carbon source). This study aimed to advance the understanding of a two-stage process anaerobic system (acidogenic bioreactor followed by methanogenic bioreactor) under thermophilic condition (55°C) fed with molasses, a sugarcane industry by-product. The experiments were conducted at up-flow structured bed reactors and sugarcane molasses was diluted with tap water, to adjust the concentration to the wastewater treatment. At first stage two acidogenic reactors were operated in parallel to evaluate different source of inocula and support bed, to obtain continuous and stable hydrogen production. It was applied 2.5, 5 and 10 gCOD.L-1 resulting in OLR of 30, 60 and 120 g.COD.Lreactor-1.day-1, with HRT fixed at 2 hours of hydrogenase gene was detected in both reactors but with higher number of copies of the gene in the reactor that showed higher hydrogen production: the reactor sed with sludge of UASB reactor and using polyurethane foam as support material. To this reactor was coupled a methanogenic reactor fed with effluent from acidogenic reactor and operated with increasing OLR (1, 2, 5, 7, 14, 17 e 26,5 gCOD.Lreactor-1.day-1) decreasing the HRT (240, 96, 48, 32, 24, 16 and 12 hours). The acidogenic reactor was operated during 471 days with OLR of 120 g.COD.Lreactor-1.day-1, with HRT fixed at 2 hours, with continuous hydrogen production with a gross production of 7.60 LH2.day-1. The methanogenic reactor was operated for 251 days, with continuous methane production of up to 5.90LCH4.day-1. The COD removal efficiency using the two-stage system was approximately 90% , with 10% contribution by the acidogenic reactor and 80% contribution by the methanogenic reactor. The acidogenic reactor achieved hydrogen yield per kg of applied molasses equal to 392 LH2.kgmolases-1. The methanogenic reactor achieved methane yield per kg of applied molasses equal to 387 LCH4.kgmolasses-1. For comparison and applicability purposes, the overall energy yield using the two stage reactor system was approximately 5.7 kWh.kgmolasses-1 (Acidogenic reactor 1.4 kWh.kgmolasses-1 and Methanogenic reactor 4.3 kWh.kgmolasses-1). The continuous production of H2 obtained in this study is related to the association of the hydrogen producer acids pathway established by the relevant literature (acetic and butyric) and the hydrogen production by the lactic acid pathway due to the microorganisms association established in the reactor. Metagenomic analysis by MiSeq Plataform revealed that hydrogen production was due the selection of microorganisms with functional redundancy mainly of Phyla Firmicutes, Proteobacteria and Thermotogae, such as Clostridium sensu stricto, Thermohydrogenium, Thermoanaerobacterium, Cellulosibacter (Firmicutes); Pseudomonas, Enterobacter, Shewanella and Petrobacter (Proteobacteria) and Fervidobacterium (Thermotogae). Genera of acid latic producers, such as Lactobacillus, Leuconostoc, Sporolactobacillus and Trichococcus, were also selected. From the scientific and technological point of view this study has taken another step towards the understanding of bioprocesses involving two stage anaerobic systems for a long term continuous production of H2 and CH4.

Este estudo investigou a aplicação de um AnSBBR operado de forma descontínua e/ou descontínua alimentada com agitação mecânica, no processo de produção de hidrogênio a partir da codigestão de vinhaça e melaço. O desempenho do processo foi avaliado em função da eficiência de remoção da matéria orgânica, da estabilidade, e dos índices de desempenho referentes à produtividade e ao rendimento molar do hidrogênio e à composição do biogás gerado. Foram avaliadas a influência dos seguintes parâmetros: composição (codigestão com sacarose ou melaço) e concentração afluente, tempo de ciclo, suplementação de micronutrientes (completa/parcial/ausência), tipo de alimentação (batelada/batelada alimentada) e a necessidade do tratamento do inóculo. O sistema estudado se mostrou estável e a codigestão da vinhaça e melaço viável para produção de hidrogênio. Os melhores resultados foram obtidos na condição em que o reator foi operado em batelada (tempo de alimentação 5% do tempo de ciclo), afluente com concentração 6000 mgDQO.L-1 e composição 67% vinhaça e 33% melaço, tempo de ciclo de 3 horas, ausência da suplementação de micronutrientes e foi realizado tratamento térmico do inóculo. Nesta condição a produtividade molar foi de 13,5 mol H2.m-3.d-1 e metano não foi produzido. As demais condições mostraram que o aumento da porcentagem de vinhaça no afluente e a operação em batelada alimentada prejudicaram a produção de hidrogênio. O aumento da concentração da matéria orgânica do afluente, a diminuição do tempo de ciclo, a ausência da suplementação de micronutrientes e a realização do tratamento térmico do inóculo favoreceram a produtividade e rendimento molares de hidrogênio. A mechanically stirred anaerobic batch and/or fed-batch reactor, containing biomass immobilized on inert support (AnSBBR) was investigated as to its ability to produce hydrogen from the co-digestion of vinasse and molasses. Process performance was assessed in terms of organic matter removal efficiency, stability, and of performance indicators related to hydrogen productivity and molar yield and to composition of the generated biogas. The effects of the following parameters have been assessed: influent composition and concentration (co-digestion with sucrose or molasses), cycle length, micronutrient supplementation (complete/partial/absence), feeding strategy (batch or fed-batch) and need for pre-treatment of the inoculum. The system showed to be stable and the co-digestion of vinasse and molasses showed to be feasible. The best results were obtained at the following conditions: 3-h cycle sequencing batch (feed time equaled 5% of cycle length), influent concentration of 6000 mgCOD.L-1 containing 67% vinasse and 33% molasses, preheating of the inoculum, and with no micronutrient supplementation. At this condition, the molar yield was 13.5 mol H2.m-3.d-1, and no methane was produced. The remaining conditions showed that increase in vinasse content in the influent and fed-batch operation were detrimental to system performance. The increase in organic matter concentration, reduction in cycle length, no micronutrient supplementation and inoculum preheating favored productivity and molar hydrogen yield.

Um reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB), em escala piloto, foi utilizado para tratamento anaeróbio da vinhaça, resíduo proveniente da produção de açúcar e álcool de cana-de-açúcar. O reator foi inoculado com lodo granulado, oriundo de reator UASB tratando resíduo de abatedouro de aves; e submetido ao aumento gradativo de carga orgânica volumétrica (COV) até atingir 10 kgDQO.m3.dia-1. O aumento da COV ocorreu através do ajuste da vazão e, portanto, do aumento da velocidade ascensional do sistema. O objetivo deste estudo foi avaliar e acompanhar o efeito que tais mudanças operacionais provocam na manta de lodo granular. As análises físicas, químicas e biológicas foram realizadas no inóculo e na manta de lodo, durante o incremento da COV (2,5, 5,0, 7,5 e 10 kgDQO.m-3.dia-1). Foi estudada a distribuição de dimensão, a resistência mecânica, a composição de metais e estrutura microbiana dos grânulos. Os grânulos do inóculo e do reator UASB variaram de 0,4 a 5 mm. O inóculo apresentou maior frequência de grânulos entre 2,1 e 2,5 mm. Com a introdução da COV e aumento da velocidade ascensional, verificou-se diminuição dos tamanhos dos grânulos. Nas COV de 2,5 e 5,0 kgDQO.m-3.dia-1 a maior frequência de grânulos foi de 1,6 a 2,0 mm e nas COV de 7,5 e 10 kgDQO.m-3.dia-1 foi de 0,4 a 1 mm. A análise de resistência mecânica aplicada aos grânulos causou diminuição no tamanho dos mesmos em todas as situações analisadas. O teste estatístico ANOVA revelou que as amostras foram estatisticamente diferentes, confirmando que o aumento de COV e a agitação aplicada aos grânulos no teste de resistência modificou as características do lodo granular. Os metais presentes na vinhaça não causaram impacto tóxico aos microrganismos no reator. As análises microbiológicas mostraram grande diversidade microbiana nos grânulos em todas as situações analisadas. Nas COV mais baixas (2,5 e 5,0 kgDQO.m-3.dia-1) as Methanosaetas se mantiveram no centro do grânulo, mas nas COV mais altas elas afloraram na superfície granular. Verificou-se que o aumento da COV diversificou os tipos de bactérias e selecionou a população de arqueia adaptada às novas condições. De forma geral, os resultados apontam que a tecnologia UASB é adequada ao tratamento de vinhaça de alta carga orgânica devido à boa adaptação dos grânulos às condições operacionais. A pilot scale upflow anaerobic sludge blanket (UASB) was used for anaerobic treatment of vinasse. The reactor was inoculated with granular sludge from an UASB reactor treating poultry slaughterhouse wastewater. A gradual increase of the volumetric organic loading rate (OLR) up to 10 Kg COD.m3.day-1 was imposed. The increasing of the OLR occurred by increasing the flow rate and, thus, from increasing the upflow velocity. The aim of this study was to evaluate and monitor the effect that such operational changes cause in the granular sludge blanket. The physical, chemical and biological analyzes were performed in the inoculum and the sludge blanket, during the increase in OLR (2.5, 5.0, 7.5 and 10 Kg COD. 3.day-1). Size distribution, mechanical strength, metal composition and microbial structure of the granules were studied. The granules from the inoculum and from the UASB reactor varied from 0.4 to 5.0 mm. The inoculum presented greater frequency of granules, between 2.1 and 2.5 mm. The OLR and up flow velocity increase resulted in a decrease of granule sizes. For OLR of 2.5 and 5.0 kgCOD.m3.day-1 the highest frequency of granules was 1.6 to 2.0 mm and for OLR of 7.5 and 10 kgCOD.m3.day-1 it was 0.4 to 1.0 mm. The mechanical strength analysis applied to granules caused a reduction in the size for all analyzed situations. The ANOVA statistical test showed that the samples were statistically different; confirming that the increase in OLR and agitation applied to granules in the strength test modified the characteristics of the granular sludge. The metal content present in the vinasse caused no toxic impact on microorganisms in the reactor. Microbiological analyses showed great microbial diversity in granules in all situations. In the lower OLR (2.5 and 5.0 kgCOD.m3.day-1) the Methanosaetas remained in the center, but in the higher OLR they seemed to emerge on the surface of the granules. Through molecular biological tests, it was found that increasing the OLR diversified the types of bacteria and selected the adapted Archaea population to the new conditions. Overall, the results indicate that the UASB technology is suitable for the treatment of high organic load rate vinasse because of the good adaptation of granules to the operational conditions.

Neste trabalho foi avaliada a degradação de alquilbenzeno linear sulfonado (LAS) de água residuária de lavanderia comercial (ARLC) em reator anaeróbio de leito fluidificado (RALF) utilizando areia como material suporte, lodo oriundo de UASB empregado no tratamento de resíduos de suinocultura como inóculo e tempo de detenção hidráulica de 18 horas. O período de 330 dias de operação foi divido em quatro etapas: (a) etapa I, com adaptação da biomassa ao substrato sintético contendo etanol e sacarose (1:1 DQO); (b) etapa II, com adição de ARLC (18,2 ± 11,5mgLAS.L-1) ao substrato sintético mais etanol e sacarose (1:1 DQO); (c) etapa III, com adição de ARLC (25,4 ± 8,8 mgLAS.L-1) ao substrato sintético mais etanol e (d) etapa IV, com adição de ARLC (20,4 ± 5,8 mgLAS.L-1) ao substrato sintético, sem adição de fonte suplementar de carbono. Equilíbrio reacional ao longo das etapas de operação foi verificado em função da baixa concentração de ácidos orgânicos voláteis e sólidos suspensos voláteis efluente. Na etapa I, verificou-se 82,9 ± 13,6% de remoção de DQO para 683,9 ± 110,4 mgDQO.L-1 afluente. Para todas as etapas de operação, observou-se a manutenção dessa eficiência sempre superior a 88%. Verificou-se aumento da eficiência de remoção do surfactante de 51,7 ± 23,9% na etapa II na presença de etanol e sacarose (1:1 DQO) (872,3 ± 141,8 mgDQO.L-1 afluente), para 72,9 ± 18,8% na etapa III, somente com etanol (705,0 ± 155,8 mgDQO.L-1 afluente), e de 76,8 ± 16,9% na etapa IV, após a retirada das fontes suplementares de carbono (633,4 ± 156,88 mgDQO.L-1 afluente). A substituição de sacarose e etanol por somente etanol foi extremamente favorável para a remoção do LAS, isto porque foram identificadas alterações das populações microbianas de acordo com a modificação da fonte suplementar de carbono relacionadas, principalmente, ao nível taxonômico de família. Na etapa II, observou-se predomínio de representantes da família Comamonadaceae (abundância relativa de 47% no biofilme). Também para o biofilme das etapas III e IV, verificou-se decréscimo para menos de 4% da abundância relativa de representantes pertencentes à família Comamonadaceae. Todavia, verificou-se aumento da abundância relativa de representantes da família Rhodocyclaceae (18%, 88% e 77% no biofilme das etapas II, III e IV, respectivamente). O principal gênero da família Comamonadaceae identificado na etapa II foi Curvibacter, cujo crescimento pode estar associado a açúcares (abundância relativa de 28% no biofilme). Verificou-se decréscimo da abundância relativa deste gênero inferior a 0,9% nas etapas III e IV. Para os representantes da família Rhodocyclaceae foram identificados gêneros possivelmente relacionados à degradação do LAS: Dechloromonas, Georgfuchsia e Zoogloea (78%, 67% e 98% dos gêneros pertencentes à família Rhodocyclaceae identificados no biofilme das etapas II, III e IV, respectivamente). Por meio do sequenciamento massivo, 37 gêneros possivelmente relacionados à degradação do LAS foram identificados. Quarenta compostos xenobióticos, alguns tóxicos à biota aquática, foram detectados no efluente via cromatografia gasosa/espectrometria de massas. Verificou-se, por meio do índice de Bray-Curtis, maior similaridade entre a biomassa do biofilme e do separador de fases de uma mesma etapa do que entre amostras de biomassa de etapas de operação distintas, evidenciando que houve diferenciação das populações de acordo com a fonte de carbono empregada. Por meio do balanço de massa global, observou-se que somente 0,81% do LAS removido ficou adsorvido. In the present study, the degradation of linear alkylbenzene sulfonate (LAS) from laundry wastewater (LW) was investigated by using an anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) with sand as support material, inoculum coming from a UASB reactor used in the treatment of swine manure, and hydraulic retention time of 18 hours. The operation time was divided into four stages: (a) stage I composed by the adaptation of the biomass in the presence of synthetic substrate containing sucrose and ethanol (1:1 COD); (b) stage II with addition of LW (18.2 ± 11.5mgLAS.L-1) plus synthetic substrate containing sucrose and ethanol (1:1 COD); (c) stage III with LW (25.4 ± 8.8 mgLAS.L-1) plus synthetic substrate containing ethanol; (d) stage IV with addition of LW (20.4 ± 5.8 mgLAS.L-1) plus synthetic substrate without supplementary carbon source. Low concentration of volatile organic acids and volatile suspended solids were observed in the reactor effluent indicating the system exhibited good stability. The COD removal efficiency was 82.9 ± 13.6% during the biomass adaptation in stage I (683.9 ± 110.4 mg.L-1 of COD influent). That removal efficiency was high throughout the operational time, exceeding 88%. The surfactant removal efficiency increased from 51.7 ± 23.9% in stage II with the presence of ethanol and sucrose (872.3 ± 141.8 mgCOD.L-1 influent) to 72.9 ± 18.8% in stage III, with only ethanol (705.0 ± 155.8 mgCOD.L-1 influent). In the stage IV, after the withdrawal of additional carbon sources, the removal efficiency was 76.8 ± 16.9% (633.4 ± 156.88 mgCOD.L-1 influent). The replacement of sucrose and ethanol by only ethanol favored the LAS efficiency removal due to the microbial community change according to the additional carbon source modification, what was mainly detected at family level. In stage II there was a predominance of representatives of Comamonadaceae family (relative abundance of 47% in the biofilm). That relative abundance decreased to less than 4% in stages III and IV. However, there was an increase in relative abundance of representatives of the Rhodocyclaceae family (18%, 88% and 77% of the biofilm in stages II, III and IV, respectively). The main genus of Comamonadaceae family identified in stage II was Curvibacter whose growth may be associated with sugars (relative abundance of 28% in the biofilm). That relative abundance was decreased to less than 0.9% in stages III and IV. For representatives of Rhodocyclaceae family, some genera possibly related to the degradation of LAS were identified: Dechloromonas, Georgfuchsia and Zoogloea (78%, 67% and 98% of the genera of the Rhodocyclaceae family identified in the biofilm from stages II, III and IV, respectively). By means of massive sequencing, 37 genera possibly related to degradation of LAS were identified. Forty xenobiotic compounds, some of them toxic to aquatic biota, were detected in the reactor effluent through gas chromatography/ mass spectrometry. According to the Bray-Curtis similarity, the samples collected in the same operation stage showed higher similarity coefficients than those collected in the same sampling site (biofilm from support material or phase separator). That result confirms the microbial community differentiation according to the carbon source employed. Through the overall mass balance, it was found that only 0.81% of LAS added was removed by adsorption.

Esta pesquisa propôs o desenvolvimento de um sistema de biofiltros submersos, modificados com base na configuração de filtros de pedra, visando o pós-tratamento do efluente de lagoas de estabilização, inicialmente para a remoção de algas. A modificação consiste na variação das alturas da camada filtrante e na colocação de tampa na superfície do BS, evitando o acesso da luz. O esgoto tratado captado na lagoa de maturação foi feito em duas profundidades – a 60 cm de profundidade da superfície da lagoa (denominada zona superficial) e a 180 cm de profundidade da superfície da lagoa (denominada zona intermediárias). O experimento foi composto por 8 BS sendo 4 BS alimentados pelo esgoto captado na zona superficial (60 cm) e outros 4 BS alimentados pela esgoto captado na zona intermediária (180 cm). Foi utilizado, como recheio dos biofiltros submersos, pedra brita nº 3, nas seguintes alturas de camada filtrante: 50 cm, 100 cm, 150 cm e 200 cm, tendo por objetivo avaliar a influência deste fator sobre a eficiência de remoção de algas mediante análise de Clorofila a, e outras 16 variáveis de qualidade associadas neste estudo. Concluiu-se que a extração a partir da zona superficial da lagoa de maturação, e uma profundidade de leito entre 150 cm e 200 cm, foram os parâmetros operacionais que levaram a um melhor desempenho global dos biofiltros submersos modificados, e mais especificamente quanto às seguintes variáveis: Clorofila a, DQO (Demanda Química de Oxigênio), DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) e sólidos totais. This research proposed the development of a submerged bio filters system, modified based in rock filters configuration, aiming the post treatment of the effluent of stabilization lagoons, for algae removal first. The modification consists invariance of the heights of the filter layer and the cover placed on the surface of the BS, preventing access of light. The treated sewage captured in the maturation lagoon was made at two depths – at 60cm depth of the lagoon surface (called superficial zone) and at 180cm depth of the lagoon surface (called intermediary zone). The experiment consisted of 8 BS, with 4 BS being fed by sewage captured in the superficial zone (60 cm) and other 4 BS fed by sewage captured in the intermediary zone (180 cm). It was used, as a stuff of submerged biofilters, rock number three, at the following heights of filtering layers: 50 cm, 100 cm, 150 cm e 200 cm, aiming to evaluate the influence of this factor over algae removal efficiency towards chlorophyll a, and other 16 quality variables associated in this study. It was concluded that the collecting from superficial zone of the maturation lagoon, and a layer depth between 150 cm e 200 cm, were the operational parameters that lead to a better overall performance of modified submerged biofilters, and more particularly to the following variables: Chlorophyll a, COD (Chemical Oxygen Demand), BOD (Biochemical Oxygen Demand) and total solids.

Este trabalho buscou avaliar o desempenho de um reator de leito fixo e escoamento ascendente, operado de modo contínuo, com argila expandida e espuma de poliuretano como suportes para imobilização da biomassa, no tratamento de água residuária proveniente de abatedouro de aves. Na primeira fase do trabalho, o reator foi operado em condição anaeróbia e anaeróbia-aeróbia, no tratamento da água residuária bruta proveniente do abatedouro. No entanto, sua eficiência na redução de matéria orgânica pode ser atribuída a processos de adsorção e não biodegradação, o que resultou em períodos de operação curtos devido à obstrução do leito reacional. Na segunda fase, o reator foi alimentado com água residuária coletada após o pré-tratamento por sistema de flotação por ar dissolvido (FAD), realizado no próprio abatedouro, com intuito de minimizar a carga lipídica e a concentração de sólidos na entrada do reator. Assim, a vida útil do reator foi prolongada, com eficiências médias de remoção de DQO e nitrogênio total de 90 \'+ OU -\' 4% e 44 \'+ OU -\' 10%, respectivamente, e eficiência de desnitrificação de 89 \'+ OU -\' 6%, para o reator anaeróbio-aeróbio com razão de recirculação do efluente líquido igual a 1,5. Assim, o reator demonstrou bom desempenho na remoção simultânea de matéria orgânica e nutrientes, desde que seja precedido por sistema de pré-tratamento para remoção parcial de sólidos e óleos e graxas. This work aimed to evaluate the performance of an up-flow fixed bed reactor, operated in a continuous way, using expanded clay and polyurethane foam as supports for immobilization of the biomass, for treatment of poultry slaughterhouse wastewater. Initially, the reactor was operated under anaerobic and anaerobic-aerobic conditions for the treatment of poultry slaughterhouse wastewater. However, the COD removal efficiency was related to adsorption and not to biodegradation processes. In this way, the operational periods were short due to solids retention in the system. In the second part of this work, trying to reduce the lipids and solids concentration in the reactor\'s affluent, the wastewater was collected after a pre-treatment installed at the poultry slaughterhouse. This pre-treatment was constituted of a dissolved air flotation (DAF) system. As a result, the operational longevity of the reactor was increased and the COD and total nitrogen removal efficiencies were 90 \'+ OU -\' 4% and 44 \'+ OU -\' 10% respectively, and the denitrification efficiency was 89 \'+ OU -\' 6% under an anaerobic-aerobic condition with a recycle ratio of the liquid phase of 1,5. Therefore, the reactor showed a good performance in reducing the organic matter and removing nutrients simultaneously, since it is preceded by a pre-treatment for the partial removal of solids, oils and grease.

A necessidade de produção de papel por processo ambientalmente corretos é um grande desafio. A polpa celulósica branqueada gera um dos efluentes mais problemáticos e estudados atualmente. O tipo de efluente na planta de branqueamento é mais importante que a quantidade gerada. O efeito da DBO no corpo receptor desse resíduo não é o principal problema, o problema está na geração dos compostos organoclorados, que estão dissolvidos nesse efluente. Muitas substâncias desse grupo são tóxicas e também podem ter efeitos carcinogênicos e mutagênicos. O estudo desse tipo de efluente em sistemas de tratamento biológico é de extrema importância e é tema de diversos trabalhos científicos. Entretanto, há algumas dificuldades relacionadas com a viabilidade de composição, a obtenção, o manuseio e o armazenamento de amostras desse tipo de efluente em laboratórios de pesquisa. O objetivo desse trabalho foi, portanto, obter um efluente sintético em escala laboratorial, sob condições controladas, que pudesse simular o comportamento de um efluente gerado em uma planta de branqueamento, quando em um sistema de tratamento biológico. Para isso, partiu-se de uma amostra de polpa celulósica não-branqueada e realizou-se a etapa de branqueamento no laboratório sob condições semelhantes às industriais, obtendo-se assim, o efluente desejado, que foi chamado de Efluente Sintético. A comparação foi realizada através da caracterização físico-química deste efluente e de um efluente de uma planta industrial de branqueamento, chamado de Efluente Industrial. Reatores anaeróbios operando em batelada foram utilizados para avaliação do comportamento destes influentes de tratamento biológico. Observou-se que o comportamentos de ambos os efluentes pôde ser considerado semelhante. A avaliação foi feita através do acompanhamento da produção de gás metano e eficiências de remoção de DQO e AOX. The necessity of producing paper by environmental friendly processes is a big challenge; bleached cellulose pulp produces one of the most problematic and studied kind of effluent nowadays. The kind of effluent produced in the bleaching mill is more important than the quantity of this effluent. The effect of the BOD of this effluent in the receiving water is not the main problem, the problem is on the generation of organochlorines compounds that are dissolved in this effluent. A lot of substances of this group are toxic and can show carcinogenic and mutagenic effects. The study of effluent in biologic systems of treatment is extremely important and is theme of a variety of scientific works. However, there are some difficulties related to the variability of composition, the obtainment, the handling and the storage of samples of this kind of effluent in a research laboratory. Therefore, the purpose of this work was to obtain a synthetic effluent in a laboratory scale, under controlled conditions, that could simulate the behavior of an effluent produced in a bleaching mill, when in a biological system of treatment. For this, it was used a sample of a unbleached cellulose pulp and it was done the stage of bleaching in the laboratory under similar conditions to the mill\'s, obtaining in this way the desired effluent, that was called Synthetic Effluent. It was done a comparison between this effluent and a bleaching mill effluent, that was called Industrial Effluent, by a physical and chemical characterization. It was used anaerobic batch reactors to make a evaluation of the behavior of these effluents in a biological system of treatment. It was observed that the behavior of both effluents can be considered similar. The evaluation was done by the observation of methane gas production and by the efficiencies of COD and AOX removal.

Esta pesquisa consistiu na verificação do comportamento do reator UASB de bancada (volume igual a 10,5 litros), quando submetido a variações senoidais de vazão afluente, comparando-se com a eficiência no seu funcionamento com vazão constante, através de análises de amostras de afluentes e efluentes. O reator UASB utilizado foi montado no Laboratório de Processos Biológicos da EESC-USP dentro de uma câmara com temperatura constante de 30 ± 3°C, e alimentado com esgoto sintético, com DQO de 500 mg/l, 750 mg/l e 1000 mg/l. O reator foi inoculado em abril de 1999, com 3,5 litros de lodo anaeróbio proveniente de um reator compartimentado, também situado na EESC-USP. Devido à dificuldade de atingir um valor esperado para a eficiência de remoção de Matéria orgânica, foi dada nova partida no reator, em julho de 1999, desta vez com lodo proveniente de outro UASB. Após a segunda partida, o reator operou com vazão constante e DQO afluente em torno de 500 mg/l até setembro de 1999, com média de remoção de DQO bruta de 75% no período, passando-se, então, à fase de variação senoidal de vazão de forma que o máximo e o mínimo fossem de ±30%, ±45% e ±60% da vazão média. Para este regime, obteve-se 80% de eficiência média de remoção de DQO bruta. Os valores de pH, alcalinidade e ácidos voláteis foram praticamente constantes durante a operação. Os perfis de remoção de DQO ao longo do dia mostraram uma pequena queda na eficiência do reator, aproximadamente 1,5 vezes o tempo de detenção hidráulica médio (8 horas), após os máximos de vazão para o regime de variação de vazão de ±30% e ±45% e 2,5 vezes o tempo de detenção hidráulica médio, para variação e ±60%. O mesmo experimento foi repetido para DQO afluente de 1000 mg/l e obteve-se, em média, eficiências de 65% de remoção de DQO. This research consisted in the UASB reactor performance verification when it was submitted to sine-based variations of loading rate, in comparison to its normal operation. The UASB reactor used was set up at the Biological Process Laboratory of EESC-USP, inside a camera with temperature of 30°C ± 3°C. It was fed with synthetic sewage (COD = 500, 750 and 1000 mg/l). After start-up, the reactor was operated with constant loading rate (COD = 500 mg/l) until September 1999. The organic matter removal average in this period was 75%. Then, it was initiated the phase of sine-based variation loading rate (±30%, ±45% and ±60%). In this regime, it was obtained a medium gross COD removal efficiency of 80%. The pH values, alkalinity and volatile acids were practically constant during the operation. The COD removal profiles during the day showed a subtle fall in the reactor efficiency after 1.5 times the medium hydraulic detection time, for the loading rate variation of ±30% and ±45%. For ±60% variation, the answer time was approximately 2.5 times the medium hydraulic detection time. The efficiency of gross COD removal stay however over 78,53% until the experiment 9, witch showed that the reactor can stand the loading rate variations. The efficiency of filtered COD removal decreased on the second experiment, came back to the initial values and decreased again. The values of variation didn\'t surpass 6,6% for gross COD and 8,43% for filtered COD.