Dissertations / Theses on the topic 'Biorreatores de membrana'

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2017-03-17T12:09:57Z No. of bitstreams: 1 PDF - Thales Lacerda Querino de Albuquerque.pdf: 9461957 bytes, checksum: fdb6c4eaac7cffec8adb8d1366435b61 (MD5)
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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
With the growth of sewage collection networks, sludge production in Sewage Treatment Plants (ETEs) has been growing steadily as these networks are expanded and new treatment plants are deployed. The sludge generated in the ETEs presents a composition of constituents that can pose risks to the health of the population and the environment, and it is necessary to make adequate final disposal of this residue or to reuse the nutrients that can be obtained in membrane filtration processes. Recent studies have shown that nutrient recovery from sewage sludge can be performed in Anaerobic Membrane - AnMBR systems, which include a feed reservoir, an anaerobic digester, a membrane filtration module and a permeate storage reservoir. Some factors contribute to the performance of the bioreactor process, making constant monitoring of some parameters necessary. The constant monitoring was performed through the automation of the system, using the micro controller Arduino board, connected to pressure and temperature sensors, where values are displayed through reports generated by the software. The software shows information in real time, but also provides a tool where you can query data from the bioreactor according to the desired date. At the end of the research it was possible to verify that the software facilitates the storage and processing of data, offering a better management of information of extreme importance in the aid of decision making in the management of membrane bioreactors.
Com o crescimento das redes de coleta de esgotos, a produção de lodos em Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) vêm crescendo continuamente à medida que estas redes são ampliadas e novas estações de tratamento são implantadas. O lodo gerado nas ETEs apresenta uma composição de constituintes que podem trazer riscos para a saúde da população e ao meio ambiente, sendo necessário realizar disposição final adequada a este resíduo ou reaproveitar os nutrientes que podem ser obtidos em processos de filtração por membranas. Estudos recentes demonstram que a recuperação de nutrientes do lodo de esgoto pode ser realizada em sistemas de Biorreatores Anaeróbios de Membrana - AnMBR, que incluem um reservatório de alimentação, um digestor anaeróbio, um módulo de filtração de membrana e um reservatório de armazenamento de permeado. Alguns fatores contribuem no desempenho do processo do biorreator, tornando necessário o acompanhamento constante de alguns parâmetros. O acompanhamento constante foi realizado através da automação do sistema, utilizando a placa micro controladora Arduino, conectada a sensores de pressão e temperatura, onde os valores são exibidos através de relatórios gerados pelo software. O software mostra informações em tempo real, como também disponibiliza uma ferramenta onde é possível consultar dados do biorreator de acordo com a data desejada. Ao término da pesquisa foi possível constatar que o software facilita a armazenagem e tratamento de dados, oferecendo um melhor gerenciamento das informações de extrema importância no auxílio à tomada de decisão na gestão de biorreatores de membrana.

A preocupação com a qualidade das águas está intensificando estudos com tecnologias avançadas para tratamento de efluentes. Uma tecnologia promissora no Brasil é a de biorreatores à membrana (MBR), pois há a possibilidade de trabalhar com altas taxas de aplicação e ainda pode obter um efluente tratado passível de reuso. Assim, o presente trabalho teve por objetivo estudar um MBR com módulo de membranas externo. Para tanto, foram estipulados os parâmetros operacionais em ensaios preliminares, tais como compactação da membrana, permeabilidade hidráulica e permeabilidade ao lodo ativado. Desta forma, efetuou-se a montagem do MBR, o qual foi inicialmente alimentado com um efluente sintético e posteriormente com efluente de curtume coletado pós-tratamento convencional. Operando com efluente sintético, obteve-se redução superior a 95% para DQO e turbidez. Com efluente de curtume pós-tratamento, obteve-se eficiência de 46%, 88%, 16%, 67% e 48% para DQO, DBO5, NTK, P-Total e cromo, respectivamente. Ademais, após 15 dias de operação, o sistema estabilizou com fluxo permeado elevado: 43 L/m².h.
The preoccupation with the quality of water resources is intensifying studies about advanced technologies for wastewater treatment. A promising technology in Brazil is the membrane bioreactors (MBR), due its capacity to operate with high application rates and may also obtains a treated effluent able to reuse. Thus, this work aimed to study a MBR with external membrane module. Firstly, it has been determined operational parameters by preliminary studies, namely: membrane compactation, hydraulic permeability and permeability to activated sludge. After that, the MBR was setting. Then, it was initially fed a synthetic wastewater and, then, with tannery wastewater collected after conventional treatment. Operating with synthetic wastewater, it was obtained a reduction of more than 95% for COD and turbidity. The operation with tannery wastewater post treatment resulted in efficiency of 46%, 88%, 16%, 67% and 48% for COD, BOD5, TKN, Total-P and chromium, respectively. Moreover, after 15 days of operation, the system has stabilized with high permeate flux: 43 L/m².h.

Resumo: O lixiviado de aterro industrial caracteriza-se por sua difícil tratabilidade atribuída à baixa biodegradabilidade dos seus componentes. Tecnologias já consolidadas no tratamento de efluentes, como lodos ativados, têm baixa eficiência frente à difícil degradação biológica do lixiviado, visto que seus componentes são recalcitrantes e de alto peso molecular. O MBR (biorreator à membrana) tornou-se uma alternativa para o tratamento de lixiviado, pois une o processo de degradação biológica do sistema de lodos ativados ao sistema de ultrafiltração realizado pelas membranas. O sistema de ultrafiltração permite operar com alta concentração de sólidos no biorretor com TDH independente da idade do lodo, sem a necessidade do decantador secundário na configuração do sistema. Neste estudo foi possível avaliar a tratabilidade do lixiviado de aterro industrial pelo MBR, tendo como objetivos o estudo da cinética de biodegradação com aplicação do modelo de Eckenfelder, com variação da relação A/M de 0,1 a 0,4 kg DBO5/kg SSV d; a operacionalidade do MBR e a eficiência do processo, com avaliação da qualidade do permeado obtido para determinados fins de reuso. Para tanto, foi calculada a média dos 5 ensaios para cada relação A/M avaliada e plotados em gráficos, em que foram determinadas as seguintes constantes cinéticas de biodegradação do lixiviado de aterro industrial: taxa de remoção de susbstrato (k), 0,0021 L/mg d; consumo de oxigênio (a´e b´), 1,44 kg O2/kg DBO5 removido e 0,14 kg O2 na respiração endógena/kg SSV no biorreator, respectivamente. Para a produção de lodo foram determinados os valores (a e b) de 0,107 kg SSV/kg DBO5 e 0,002 kg SSV oxidado/kg SSV, respectivamente. As eficiências alcançadas para a remoção de DBO5, DQO, COT, nitrogênio amoniacal, SST, cor, coliformes termotolerantes e totais foram de 88%, 84%, 79%, acima de 99%, 100%, 89% e 100%, respectivamente. A qualidade do permeado produzido alcançou os padrões exigidos pela USEPA para determinados fins de reuso, como também os padrões de lançamento exigidos pela Resolução CONAMA Nº 357/05 e pela LO expedida pelo IAP para matéria orgânica. Os resultados corroboraram com pesquisas já realizadas sobre a viabilidade de se utilizar MBR no tratamento de lixiviado oriundo de aterro industrial bem como seu reuso.

O uso de membranas filtrantes para o tratamento de efluentes tem sido crescente nas últimas décadas, com o foco na otimização destes sistemas, que ocupam menos espaço físico e atendem aos critérios de qualidade ambiental cada vez mais rigorosos. Processos convencionais de tratamento por lodos ativados, têm sido substituídos por sistemas com módulos de membranas submersas, denominados de Biorreatores Associados à Membranas, ou MBR – Membrane Bioreactor. Os problemas com esta condição de uso das membranas relacionam-se à redução do fluxo de permeado (J20) devido ao aumento da resistência total (Rt) ao longo do tempo de filtração, associados à formação de distintos mecanismos de bloqueio devido à colmatação de biossólidos junto as membranas, processo denominado genericamente de fouling. Neste trabalho é analisado o comportamento da filtração de três lodos ativos oriundos de fontes distintas: indústria petroquímica, hospitalar e lixiviado de aterro sanitário. A diversidade da composição destes efluentes contribui para a análise do comportamento da queda do J20 e do aumento da Rt ao longo de ensaios de filtração, que foram realizados com quatro horas de duração. Para cada lodo foram ensaiadas três concentrações de Sólidos Suspensos Totais (SST): 8.000, 17.000 e 23.000 mg/L, bem como três pressões transmembranas (PTM): 180, 240 e 300 mbar. Os lodos foram caracterizados, determinando-se: viscosidade, massa específica, características físicas dos biossólidos (diâmetros médios e efetivos, coeficientes de uniformidade e de curvatura), além da quantificação da concentração das frações de EPS (Substâncias Poliméricas Extracelulares). Os ensaios em bancada foram realizados com módulos de membranas de fibras ocas submersas, confeccionados de forma a garantir sua uniformidade. Os procedimentos também foram realizados de forma padronizada, incluindo-se a promoção de turbulência através de aeração forçada. Os resultados permitiram a análise do comportamento da queda do J20 e do aumento da Rt, comparando-se estas relações com as variações das concentrações de SST e da PTM para cada lodo ensaiado, e também permitiram uma análise das relações entre os distintos lodos. Ainda foram analisados os valores do Índice Modificado de Fouling – IMF e dos mecanismos de bloqueio que ocorreram durante as filtrações para cada efluente. Os resultados indicam que tanto a variação da concentração de SST quanto da PTM, não implicam em diferenças significativas nos valores absolutos do J20, mas em valores bem distintos para a Rt final. Dessa forma, conclui-se que o aumento da PTM, com o objetivo de aumentar o J20 em um sistema real, não teria efetividade e decorreria no aumento do custo energético do sistema devido ao aumento da Rt. Os resultados para IMF, com objetivo buscar correlações com as variações da concentração de SST e da PTM, não apresentaram resultados que caracterizem o uso deste indicador para este tipo de filtração. Ainda foi possível estabelecer correlações entre a queda do J20 e as concentrações de EPS, além da viscosidade e massa específica. Foram identificados os mecanismos de bloqueio preponderante, concluindo-se que a filtração por torta prevalece na maioria dos ensaios.
The use of membranes processes for wastewater treatment has increased in recent decades, with focus on optimizing these systems, requiring less physical space and meeting increasingly stringent environmental quality criteria. Conventional treatment processes using activated sludge units, have been replaced by systems with submerged membrane modules, called Membrane Bioreactor - MBR. The problems with the use of the membranes in these conditions are related to the reduction of the permeate flow (J20) and the increase in the total resistance (Rt) along the running time of the filtration, associated with different block mechanisms, due to fouling of the membranes with biosolids. This study analyzes the filtration behavior of three activated sludges coming from different sources: the petrochemical industry, hospital and landfill leachate. The diversity of the composition of these effluents allowed the analysis the declining behavior of J20 and the increasing behavior of Rt throughout the filtration tests, conducted with four hours duration time. For each sludge three concentrations of Total Suspended Solids (TSS) were tested: 8,000, 17,000 and 23,000 mg / L, as well as three transmembrane pressures (TMP): 180, 240 and 300 mbar. The sludge were characterized by determining viscosity, density, physical characteristics of biosolids (average and effective diameters, coefficients of uniformity and curvature), and the quantification of the EPS fractions concentration (Extracellular Polymeric Substances). The bench tests were performed with hollow fiber submerged membrane modules, manufactured in order to ensure uniformity. The procedures were performed in a standardized way, including the promotion of turbulence through forced aeration. The results allowed the analysis of the permeate flux decline behavior and the increasing of the total resistance, comparing these ratios to the variations in the concentrations of TSS and TMP for each sludge tested and also allowed the analysis of relations between the distinct sludges. Values of the Modified Fouling Index - MFI and blocking mechanisms that occurred during the filtrations for each sludge were also analyzed. The results indicate that both the variation of the TSS concentration and the TMP do not lead to significant differences in J20 values, but do generate distinct final Rt values. Thus, one possible conclusion is that increasing TMP, with the objective of increasing J20 in a real system is not an effective action and would result in the increase of energy costs, due to the increase of Rt. No correlation could be established between the MFI results and the parameters TSS and TMP. However, it was possible to establish correlations between the fall of J20 and the concentrations of EPS, as well as viscosity and density. Predominant blocking mechanisms were identified, allowing the conclusion that cake filtration prevails in most testing situations.

Orientadora: Prof.ª Dra Luisa Helena dos Santos Oliveira
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, 2016.
Biorreatores com Membranas Submersas (BRMS) são, atualmente, reconhecidos como opção viável para o tratamento de esgotos sanitários e o reúso de águas. Apesar disso, a tecnologia é geralmente vista como de alto investimento quando comparado a sistemas convencionais de tratamento de esgoto, sobretudo pelo maior gasto energético com aeração do sistema. Porém, BRMS quando operados sob condições específicas para nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS), é possível obter um efluente de elevada qualidade com menor custo, devido a menor necessidade de aeração. Nesse sentido, a operação do sistema de BRMS com o processo de NDS pode aumentar a utilização desta tecnologia no tratamento de esgoto sanitário. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo principal avaliar a remoção de nitrogênio via NDS em diferentes concentrações de oxigênio dissolvido (OD) em uma unidade piloto de um Biorreator de Membranas Submersas tratando esgoto sanitário. Para isso, o experimento foi dividido em três Fases de acordo com a concentração de oxigênio dissolvido no licor misto: Fase I (2,3 mgO2/L), Fase II (0,8 mgO2/L e Fase III (0,3 mgO2/L). Foram alcançadas elevadas eficiências de remoção de material orgânico, independente das variações na concentração de OD, DBO5 com valores médios de 98%, 97% e 98% e DQO de 95%, 96% e 95% para as Fases I, II e III, respectivamente. A remoção média de nitrogênio total obtida foi 33% na Fase I, 60% na Fase II e 50% na Fase III. Onde a remoção via NDS foi responsável por 60%, 78% e 74% do total removido para as Fases I, II e III, respectivamente. A remoção de nitrogênio amoniacal não foi limitada devido as baixas concentrações de OD e houve acúmulo de NO2-. O sistema operou sob baixos valores de pressão transmembrana durante todo o período, porém foi encontrada diferença significativa nos valores da Fase III em relação às Fases I e II. Houve uma redução significativa na permeabilidade da membrana quando a concentração de OD no licor misto foi reduzida para 0,3 mg/L, porém sem efeito significativo quando a concentração de OD foi de 0,8 mg/L. Foram observados maiores valores de SPE ligado na Fase III em relação às demais, principalmente na fração de carboidratos que pode estar diretamente ligada a taxa de fouling. Foi possível alcançar remoção de NT em OD de 0,8 mg/L (Fase II) sem causar um impacto negativo no desempenho das membranas, sendo esta fase a mais adequada para a ocorrência do processo de NDS em BRMS.
Submerged Membrane Bioreactors (SMBR) are actually, recognized as viable option for wastewater treatment and reuse. Nevertheless, this technology is generally viewed as a high investment compared to conventional sewage treatment systems, especially for greater energy requirement for aeration system. However, SMBR when operated under specific conditions for simultaneous nitrification and denitrification (SND) it is possible to obtain a high quality effluent with lower compared to the conventional configuration because of less need for aeration. Therefore, the operation of the system SMBR with the NDS process can increase the utilization of this technology in the wastewater treatment. In this context, this study aimed to evaluate the removal of nitrogen via SND under different dissolved oxygen concentrations (DO) in a pilot of a SMBR treating wastewater. For this, the experiment was divided into three phases according to the concentration of dissolved oxygen in the mixed liquor: Phase I (2,3 mgO2/L), Phase II (0,8 mgO2/L and Phase III (0,3 mgO2/L). Were achieved high organic matter removal efficiencies regardless of fluctuations in DO concentration in terms of BOD5 average values of 98%, 97% and 98% and COD average values of 95%, 96% and 95% for Phases I, II and III respectively. The average total nitrogen removal was 33% in Phase I, 60% in Phase II and Phase III 50%. Where the removal means SND is responsible for 60%, 78% and 74% of the total removed for Phases I, II and III respectively. The removal of ammoniacal nitrogen is not limited by the low DO concentrations and there was accumulation of NO2- in Phase III. The system operated under low transmembrane pressure values throughout the period, but significant difference was found in the values of Phase III in relation to phases I and II. There was a significant reduction in membrane permeability when the DO concentration in the mixed liquor was reduced to 0.3 mg/L, but without significant effect when the DO concentration was 0.8 mg/L. It was observed highest bound EPS values in Phase III in relation to the others, mainly in the fraction of carbohydrates that can be directly linked to fouling rate. Satisfactory NT removal was achieved when concentration DO was 0.8 mg/L (Phase II) without causing a negative impact on the performance of membranes, being this phase the most suitable for the occurrence of the SND process in SMBR.

A integração da tecnologia de separação por membrana em processos convencionais de lodos ativados representa uma inovação importante na evolução da tecnologia de tratamento biológico de efluentes. Este trabalho tem como objetivo avaliar o desempenho de um biorreator com membranas submersas, provido de um sistema de retrolavagem das membranas, utilizado para o tratamento contínuo de um efluente sintético. As membranas utilizadas foram do tipo fibras ocas e fabricadas do material poli(éter-imida). Foram testadas diferentes condições de aeração e freqüências de retrolavagens. Em todas as condições testadas foi observado o decréscimo contínuo e acentuado do fluxo permeado com o decorrer do tempo, com fluxos permeados finais aproximados de 10 L.m-2.h-1, e o sistema de biorreator com membranas aparenta não responder de forma adequada aos métodos de controle do fouling. Os experimentos mais longos, 80 horas de duração, apresentaram um decréscimo de 50% do fluxo permeado inicial nas melhores condições experimentais testadas, não sendo observado um estado estacionário para o fluxo permeado. Foi verificado que as características do efluente sintético (a base de soro de leite) têm influência na formação do fouling, já que mesmo na ausência de lodo ativado foi observada a redução do fluxo permeado de forma semelhante aos demais experimentos. Entretanto, após a substituição do efluente sintético por outro mais simples (a base de glicose e peptona) continuou sendo observado fouling intenso. Os dados experimentais foram ajustados aos modelos de Hermia e foi constatado que o mecanismo de formação de fouling segue os modelos de bloqueio completo e intermediário para a etapa inicial de permeação e o modelo de formação de camada de torta para a etapa final. Também foi realizado um estudo, em paralelo, sobre a adsorção de EPS nas membranas de poli(éter-imida). Foi verificado que a membrana de poli(éter-imida) sofre grande adsorção de EPS, mostrando elevada redução de permeabilidade. Foi proposto um modelo de redução de permeabilidade devido à adsorção de EPS que se revelou eficiente para a análise dos dados experimentais, mesmo quando utilizado na análise de dados de outros autores.
The integration of the membrane separation technology in conventional processes of activated sludge represents an important innovation in the technology evolution of biological wastewater treatment. This work evaluated the performance of a submerged membrane bioreactor, provided with a membrane backwashing system, used for the continuous treatment of a synthetic wastewater. The hollow fiber membranes were manufactured by polyetherimide material. Different aeration and backwashing cycles conditions were tested. The membrane bioreactor system seems not to answer satisfactorily to the strategies to limiting fouling. The continued and accented decrease of the permeate flux over time were observed for all the conditions tested, with final permeate fluxes approached of 10 L.m-2.h-1. The longer experiments, 80 hours of duration, presented a decrease of 50% of the initial permeate flux in the best tested experimental conditions, not being observed a steady-state permeate flux. It was verified that the synthetic effluent (whey based) has some influence in the fouling formation, since even in the absence of activated sludge it was observed a permeate flux reduction similar to that observed on the others experiments. However, intense fouling still was observed after changing the synthetic effluent for another more simple (glucose and peptone based). The experimental data were adjusted to the Hermia model. Fouling mechanism follows the complete and intermediate blocking models at the beginning of the permeation stage and the cake formation model for the later stage. A parallel study of the EPS adsorption in polyetherimide membranes was also carried out. Polyetherimide membrane presented great EPS adsorption with high permeability reduction. An EPS adsorption model was proposed and it showed efficient for experimental data analysis, even when other authors data were analyzed.

O processo de Biorreatores com Membranas (BRM) foi desenvolvido no final da década de 1960, consistindo em um sistema que associa o tratamento biológico de efluentes com o mecanismo de separação por membranas, e apresenta vantagens com relação ao tratamento convencional, tais como maior eficiência de tratamento e um menor espaço físico de instalação para a mesma capacidade de tratamento. O fenômeno de incrustação das membranas (em inglês, fouling) representa a principal limitação desse processo, de modo que uma das condições operacionais mais importantes na prevenção da incrustação em um sistema BRM Submerso (BRMS) é a vazão de aeração. Diante desta situação, o objetivo do trabalho consiste em avaliar os efeitos das condições hidrodinâmicas no desempenho do processo, tais como vazão de aeração, densidade de empacotamento do módulo de membranas e geometria dos aeradores. O sistema utilizado no trabalho consistiu em um BRMS automatizado, operando em pressão constante e de forma contínua, durante um período de 4 dias. Os módulos foram construídos com membranas poliméricas de microfiltração do tipo fibra oca, cujo material foi a poli(éter)-imida (PEI). Três diferentes vazões de aeração foram estudadas (2, 5 e 8 L.min-1), mostrando, a partir dos resultados, que existe uma vazão de aeração limite benéfica ao sistema e que, acima deste valor, um melhor desempenho não pode ser atingido, inclusive, podendo prejudicá-lo. Para o sistema de estudo, a vazão de 5 L.min-1 apresentou o melhor desempenho, seguido de 8 e 2 L.min-1. O estudo da densidade de empacotamento do módulo mostrou que esta é uma variável que também exerce influência no desempenho do processo de BRMS. Módulos com dois diferentes diâmetros foram testados (2,54 cm e 1,91 cm); o melhor resultado foi observado no módulo de maior diâmetro. A menor densidade de empacotamento resulta em um maior espaçamento entre as fibras, provocando uma aeração mais homogênea no interior do feixe de membranas. As duas geometrias de aeração testadas (Modo 1 e Modo 2) apresentaram resultados semelhantes de fluxo permeado, indicando que o Modo 2 de aeração não melhorou o desempenho do processo como se esperava. A maior homogeneidade de aeração no interior de feixe, a partir de aeradores construídos com as próprias fibras, não foi atingida, mostrando que um novo projeto de aeradores deve ser estudado. Em todas as condições hidrodinâmicas testadas, a eficiência do tratamento foi verificada, uma vez que a remoção de matéria orgânica para COT e DQO foi de 96% e 93%, respectivamente. Propriedades do permeado, como condutividade elétrica, pH e turbidez foram mensuradas, apresentando variações menores que as medidas do efluente, revelando a capacidade que o sistema apresenta em suportar as variações na corrente de alimentação.
The Membrane Bioreactor (MBR) process was developed in the late 1960. The system consists in a combination of biological process and membrane separation mechanism, and the advantages with respect of conventional treatment are the higher treatment efficiency and a smaller area of installation for the same treatment capacity. The main limitation of this process is the membrane fouling, in a way that air flow rate represents an important operating condition to prevent the fouling formation in Submerged Membrane Bioreactors (SMBR). In this sense, the aim of this work is to evaluate the effects of hydrodynamic conditions on process performance, such as air flow rate, packing density of the membrane module and aeration geometry. The system used consists in a pilot-scale SMBR, which operates at constant pressure and continuous mode during a period of 4 days. The modules were built with hollow fiber polymeric microfiltration membrane and the material is poly(ether)imide (PEI). For the three different air flow rates studied (2, 5 and 8 L.min-1), results showed there is a limit value for this parameter, in which above this value a better performance will not be obtained, even can be worse. The air flow rate of 5 L.min-1 presented the best performance, followed by 8 and 2 L.min-1. The module packing density study for two diameters (0.75 and 1 inch), the best result was observed in the larger diameter module, because lower packing density causes more space between fibres, increasing the aeration homogeneity inside de fibre bundle. Both aeration geometry tested showed similar permeate flows, indicating the different geometry used did not affect the performance process. The aerators constructed with the hollow fibers did not promote aeration homogeneity inside the bundle, and new aeration geometry must be projected. For all hydrodynamics conditions, the system treatment was efficient in removing organical matter, since the removal for TOC and COD was 96% and 93%, respectively. Permeate properties such as electrical conductivity, pH and turbidity measurements presented minor variations than effluent properties measurements, showing the system capacity to withstand with feed stream variations.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2018-05-10T14:20:27Z No. of bitstreams: 1 PDF - Nathália Nunes de Melo.pdf: 18947535 bytes, checksum: 4cfce3961def8f699d9241cbcdbd3859 (MD5)
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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
The treatment of sewage sludge is a challenge for environmental sanitation due to its difficulty to stabilize and large number of undesirable elements. On the other hand, it is found in its composition a high concentration of nutrients that can be reused in the nature in a beneficial way, but that end up being wasted in the conventional treatments. In the present work the treatment of sewage sludge in an anaerobic dynamic membrane bioreactor (AnDMBR) was carried out, in which it was possible to verify that the use of the dynamic membrane provided an excellent performance for the sludge filtration, producing turbidity permeate below 1 NTU after the formation of the separation layer. In addition, 53.2% of the phosphorus concentration and 35.6% of the nitrogen concentration were found in its composition, demonstrating that the use of this technology is a very interesting alternative for the recovery of these nutrients. As long as produced a less pollutant and nutrient-recovering permeate, there was also a marked stabilization of the concentrate, which showed a reduction of the organic fraction from 0.76 to 0.54 and the F/M ratio of 0.07 kgCOD/KgVSS to 0.02 KgCOD/KgVSS, furthermore a considerable methane production was observed.
O tratamento do lodo de esgoto consiste em um desafio na área de saneamento ambiental por se tratar de um resíduo de difícil estabilização e com grande quantidade de elementos indesejáveis. Por outro lado, é encontrada na sua composição uma elevada concentração de nutrientes que podem ser reutilizados na natureza de maneira benéfica, mas que acabam sendo desperdiçados nos tratamentos convencionais. No presente trabalho foi realizado o tratamento do lodo de esgoto em um biorreator anaeróbio de membrana dinâmica (BRAnMD), no qual foi possível verificar que a utilização da membrana dinâmica proporcionou um ótimo desempenho para a filtração do lodo, produzindo um permeado com turbidez abaixo de 1 NTU após o período de formação da camada de separação. Além disso, na sua composição foi encontrada 53,2% da concentração do fósforo afluente e 35,6% da concentração de nitrogênio, demonstrando, dessa forma, que a utilização dessa tecnologia consiste em uma alternativa bastante interessante para a recuperação desses nutrientes. À medida que produzia um permeado menos poluente e recuperava de nutrientes, verificou-se também uma estabilização acentuada do concentrado, que apresentou uma redução da fração orgânica de 0,76 para 0,54 e da relação A/M de 0,07 KgDQO/KgSSV para 0,02 KgDQO/KgSSV além de possibilitar uma considerável produção de metano.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental.
Made available in DSpace on 2013-07-15T23:41:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 213572.pdf: 1892651 bytes, checksum: dbb777f01ec0f1d43940a2c7059d2a94 (MD5)
O biorreator à membrana (BRM) permite a retenção da biomassa e microrganismos patógenos, promovendo maior eficiência no tratamento de efluente e segurança bacteriana no permeado. O efluente tratado apresenta boas condições de reúso. O trabalho desenvolvido nesta Tese utilizou o BRM submersa para o tratamento de um efluente sintético, avaliando-se seu desempenho hidrodinâmico e físico-químicos no controle da colmatação. Os estudos experimentais foram realizados no Laboratório de Génie des Procédés d#Élaboration des Bioproduits (GDPB), na Universidade Montpellier II, França. Os experimentos consistiram em acompanhar, durante 15 meses ininterruptos, o desempenho dos procedimentos sobre o plano de qualidade de tratamento de um efluente sintético e a evolução da colmatação da membrana. Os adjuvantes: cloreto férrico (FeCl3) e carvão ativo (CA) foram adicionados no tanque de alimentação, substrato, com o objetivo de aumentar o tamanho médio das partículas da suspensão biológica por floculação e adsorsão, para então verificar a minimização da colmatação das membranas. Os fluxos de permeação estudados foram: 5, 10 e 15 L/h.m2. Os estudos para a compreensão da colmatação nas membranas apresentaram resultados satisfatórios. A suspensão biológica sem adição de adjuvantes, chamada por

O mercado de biorreatores com membranas (BRMs) têm exibido alto crescimento. Contudo, o fouling diminui o desempenho desses sistemas drasticamente. A aeração promove a mitigação do fouling, mas possui alto custo operacional (de até 70% do total da demanda energética) e é utilizada de forma otimizada apenas 10% das vezes, gerando a necessidade de estudos sobre a hidrodinâmica em BRMs. Ferramentas de dinâmica de fluidos computacional (CFD) são úteis para esse tipo de análise. Um dos primeiros passos para encontrar uma solução apropriada em simulações numéricas é propor uma modelagem correta. Dentre os fenômenos a serem modelados, os efeitos da turbulência são provavelmente um dos mais importantes; porém, nenhum artigo que comparasse predições com base na escolha de modelo de turbulência para simulações de sistemas BRM foi encontrado. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi verificar a importância da escolha do modelo de turbulência para simulações de biorreatores com membranas através de CFD. Para isso, as predições obtidas de velocidade local próxima às superfícies das membranas e de tensão cisalhante nessas superfícies para duas taxas de aeração, 5 e 15 m³/h, empregando dois modelos de turbulência, k-ϵ com funções de parede para alto (aR) e para baixo número de Reynolds (bR) e k-ω SST (Shear Stress Transport) com funções de parede automáticas, na análise de um sistema BRM foram comparadas entre si e com dados experimentais e simulados disponíveis na literatura. Os perfis temporais da velocidade e da tensão cisalhante exibiram alta variabilidade no período das oscilações em certos pontos, exigindo um longo tempo de escoamento para a convergência das variáveis locais. Identificou-se a necessidade de outorgar maior importância à definição do intervalo de tempo de coleta de dados experimentais, de modo a adquirir médias representativas do perfil dinâmico das variáveis e destes perfis serem também analisados para comparações mais definitivas entre resultados de simulações e medições experimentais. As diferenças, entre as medições experimentais da literatura e predições, obtidas pelas simulações deste trabalho foram, no geral, de ordem similar ou menores que as obtidas pelas simulações na literatura. Além disso, maior atenção deve ser dada à escolha da estratégia de modelagem de turbulência, visto que houve alta sensibilidade das predições, que variaram em até 21,6% dependendo dessa escolha.
Membrane bioreactors (MBR) market has been showing high growth rates over recent years. However, membrane fouling drastically reduces MBR overall performance. Aeration promotes fouling mitigation, but at a high operational cost (up to 70% of the MBR energy demand) and it is optimally employed only in 10% of the cases. This created the need of studies focused on MBR hydrodynamic. Computational fluid dynamics (CFD) is a useful tool for hydrodynamic analysis. One of the first steps in finding a proper solution for numerical simulation is proposing a correct modelling. Among the phenomena to be modelled for MBR simulations, turbulence effects are probably one of the most important; nevertheless, no paper comparing the predictions based on the turbulence model choice for MBR simulations was found. In sight of that, this work aimed to verify the relevance of the choice of turbulence model for MBR simulations through CFD. Predictions of local velocities near membranes surfaces and of local shear stress on those surfaces, for two aeration rates (5 and 15 m³/h), employing k-ϵ with wall functions for high (aR) and low (bR) Reynolds number and k-ω SST with automatic wall functions, on the analysis of a MRB system, were compared between each other and with experimental and simulated data available in the literature. The velocity and shear stress temporal profiles showed oscillations with highly variable periods in some points, which required a long process real time to verify the local variables convergence. It was identified the need to give more importance to the definition of the time interval for experimental data collection in order to acquire reliable temporal means; also, one must properly analyze the temporal profiles for more definitive comparisons between predictions and experimental measurements. The differences, between experimental data and predictions, obtained through this work simulations were, in general, of similar order or smaller than the ones reported in the literature. Besides, more attention must be given to the turbulence modelling choices, since the predictions obtained here were highly sensitive to those choices, showing differences up to 21,6% among them.

Neisseria meningitidis B libera vesículas de membrana externa, conhecidas pela sigla OMV. Essas possuem os mesmos componentes da membrana externa da bactéria e podem ser utilizadas como antígenos em vacinas contra a meningite B. As vesículas devem, também, expressar proteínas da membrana externa (OMP) e proteínas reguladoras do íon ferro (IRP). O objetivo deste trabalho é estudar a cinética de crescimento bacteriano, consumo das fontes de carbono e nitrogênio - especialmente os limitantes de crescimento ? e produção de OMV visando melhorar a produção desse antígeno. Realizaram-se cultivos descontínuos em biorreator, com duração de 20 h, empregando meio de Catlin com limitação de ferro e modificações nas concentrações de lactato, aminoácidos e glicerol. As condições do cultivo foram: 4,2 L de meio, temperatura de 36°C, pressão de 0,5 atm, vazão de ar 1 L/min, agitação entre 250-850 rpm, controle de oxigênio dissolvido em 10% de saturação. Constatou-se que o lactato é a principal fonte de carbono limitante, embora somente se tem a hipótese de que o glicerol age como protetor mecânico. O ácido L-glutâmico é a principal fonte de nitrogênio consumida durante o cultivo. As OMV começaram a ser liberadas quantitativamente no início da fase estacionária de crescimento. Sendo que a melhor condição para a produção de OMV, valor 162,3 mg/L, é aquela em que as concentrações iniciais de lactato e aminoácidos foram duplicadas, 15,00 g/L e 2,93 g/L respectivamente. Através da análise do padrão eletroforético, confirmou-se a presença das principais proteínas de superfície, inclusive das IRPs. A integridade da OMV foi constatada por microscopia eletrônica. Assim, o antígeno obtido mostra-se passível de utilização na composição de vacina anti-meningocócica.
Neisseria meningitidis B liberates outer membrane vesicles known by the abbreviation OMV. These vesicles have the same components of the outer membrane of the bacteria and may be used as antigens in vaccines against meningitis B. The vesicles must also express outer membrane proteins (OMP) and iron regulated proteins (IRP). The aim of this paper is to study bacterial growth kinetics, carbon and nitrogen sources consumption ? specially those which limit growth ? and OMV production, seeking to improve the production of this antigen. Discontinuous bioreactor cultivations were carried out for a period of 20 hours in Catlin medium with iron restriction and modifications in lactate, amino acid, and glycerol concentrations. Cultivation conditions were: 4,2 L of medium, temperature at 36ºC, 0,5 atm, air flow rate of 1 L/min, agitation between 250-850 rpm, and dissolved oxygen control at 10% of saturation. It was verified that lactate is the main limiting carbon source, although there is just a hypothesis that glycerol acts as a mechanic protector. The L-glutamic acid is the main source of nitrogen consumed during the cultivation. The OMV started to be liberated quantitatively at the beginning of the stationary phase of growth. The best condition for production of OMV, value 162,3 mg/L, is that where the initial concentrations of lactate and amino acids were duplicated, 15,00 g/L and 2,93 g/L, respectively. Through an analysis of the electroforetic pattern, the presence of the main surface proteins was confirmed, including the IRPs. The integrity of the OMV was testified by electronic microscopy. So, the antigen thus obtained may be used in the antimeningococcal vaccine composition.

Resumo: Das emissões resultantes do processo de tratamento e disposição de resíduos em aterros, a mais significativa, é o líquido lixiviado. Sua composição complexa exige processos de tratamento criteriosos para não causar impacto ao meio ambiente, bem como atender aos limites preconizados na legislação, sendo este um importante desafio enfrentado pelas empresas de tratamento de resíduos. Este trabalho objetivou verificar a possibilidade de melhorar a qualidade do efluente tratado de aterro, testando a substituição do sistema de decantação e sistema de tratamento físico-químico, por uma unidade de membranofiltração associada ao tratamento biológico por lodos ativados. Para avaliar esta possibilidade, uma planta piloto de ultrafiltração foi instalada numa estação de tratamento de efluente de aterro, situada na cidade de Blumenau, Estado de Santa Catarina, Brasil. Nesta, foram coletadas amostras periódicas e monitorados principalmente os parâmetros cor, DQO, turbidez, e toxicidade. Os ensaios apresentaram reduções em média de 80% para o parâmetro cor, 73% para DQO e 99% para turbidez. Dentre os custos apropriados, o consumo de energia elétrica foi o mais expressivo. Não houve formação de subprodutos ou permanência de residuais no efluente tratado. De acordo com os resultados obtidos, o processo de separação por membranas mostrou-se tecnicamente viável para implantação na estação de tratamento de efluente de aterro estudada.

No presente trabalho foram estudados sistemas pilotos de tratamento integrado de lodos ativados com sistemas de separação por membranas de ultrafiltração visando o reúso de água. O esgoto bruto utilizado foi originado do Conjunto Residencial associado ao esgoto do restaurante universitário da Universidade de São Paulo. Este esgoto possui características físico-químicas e biológicas similares ao esgoto doméstico. O esgoto utilizado nos sistemas de tratamento foi submetido à pré-tratamento: gradeamento e caixa de areia. Foram montados dois sistemas pilotos: I) sistema piloto recebendo esgoto doméstico primário com sistema de tratamento composto por reator biológico de lodos ativados (500 L de volume) e sistema de separação por membranas de ultrafiltração tipo tubular (1,4 m² de área superficial) externa ao tanque de aeração. Este sistema apresentou como resultados principais: taxas médias de produção de permeado de 22,9 ±2,7 L.h-¹.m-² e 17 ±2,7 L.h-¹.m-².bar-¹; valores característicos do permeado em relação à variável turbidez média de 0,3±0,1 UNT, cor aparente média de 31,2±4,6 mg de PtCo.L-¹, sólidos dissolvidos totais de 201±47mg.L-¹ e sólidos suspensos totais não detectável. O sistema de lodos ativados operou em regime de aeração prolongada. II) sistema piloto recebendo esgoto doméstico, após tratamento anaeróbio em reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB), composto por reator biológico de lodos ativados (1.500 L) e sistema de separação por membrana de ultrafiltração tipo espiral (14,4m² de área superficial) interna ao tanque de aeração. Este sistema apresentou como resultados principais: taxas médias de produção de permeado de 16,1 ± 4,1 L.h-¹.m-²; valores característicos do permeado em relação à variável turbidez média 0,2±0,1 UNT, cor aparente média de 25±5 mgPtCo.L-¹ e sólidos suspensos totais não detectável. Em ambos os sistemas as eficiências de remoção de nitrogênio e fósforo podem ser consideradas pequenas. Desta forma, foram adicionados sulfato de alumínio e cloreto férrico no tanque de aeração do sistema piloto II. As dosagens variaram de 40 a 80 mg.L-¹. Os melhores resultados de eficiência de remoção de fósforo solúvel foram obtidos com o sulfato de alumínio (em torno de 79%) na dosagem de 80 mg.L-¹.
A pilot plant integrating an extended aeration activated sludge unit and an ultrafiltration membrane system was constructed and operated aiming at the production of an effluent to be reused in industrial activities. Raw wastewater was collected from a student residential building and from one of the University of São Paulo\'s restaurants. The wastewater characteristics have shown to be very close to conventional domestic wastewaters. This wastewater was submitted to preliminary treatment by screening and subsequent grit removal. Two pilots systems were studied. The first one, treating the preliminary treated wastewater by the activated sludge unit followed by the ultrafiltration membrane system of the tubular type (1,4 m² of surface area). In this case, the membrane was located external to the aeration tank. This system has shown the following main results: average rates of percolate production of 22,9 ±2,7 L.h-¹.m-².bar-¹ and 17 ±2,7 L.h-¹.m-².bar-¹; average characteristic values of the percolate as: turbidity of 0,3±0,1 UNT, apparent Color of 31,2±4,6 mg of PtCo.L-¹, total dissolved solids of 201±47mg.L-¹ and total suspended solids not detectable. The second pilot unit received the effluent from an Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor and was composed by the extended aeration activated sludge reactor and an ultrafiltration membrane system of the spiral type (14,4m² of surface area), internal to the aeration tank of the activated sludge unit. This system has shown the following main results: average rates of percolate production of 16,1 ± 4.1 L.h-¹.m-²; average characteristic values of the percolate as: turbidity of 0,2±0,1 UNT, apparent color of 25±5 mgPtCo.L-¹ and total suspended solids not detectable. In both systems, the efficiencies of Nitrogen and Phosphorus removal can be considered as small. To improve the efficiencies of soluble phosphorus removal it has been added aluminum sulphate and ferric chloride to the aeration tank of the second pilot unit. The dosages had varied from 40 to 80 mg.L-¹. The best soluble phosphorus removal (about 79%) was achieved with the dosage of 80 mg.L-¹ of aluminum sulphate.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2015.
Made available in DSpace on 2015-09-29T04:06:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334723.pdf: 4064458 bytes, checksum: 38c3320ec71fb1808501e6dec11c0f14 (MD5) Previous issue date: 2015
O lançamento de esgotos com tratamento inadequado ou muitas vezes sem tratamento tem conduzido a um cenário de constante degradação ambiental de ambientes aquáticos. Além do aporte de matéria orgânica, destaca-se também nesse processo a elevada carga de nutrientes, especialmente nitrogênio e fósforo, que desembocam nos corpos hídricos e culminam na intensificação do fenômeno de eutrofização. A grande importância na preservação dos recursos hídricos remete à busca por tecnologias que sejam capazes de garantir um efluente tratado com baixo residual de poluentes, minimizando o impacto associado ao seu lançamento. Neste contexto, esta pesquisa teve por objetivo avaliar a utilização de um biorreator à membrana (BRM), operado em batelada sequencial, na remoção de matéria orgânica e nutrientes de esgoto sanitário. Os estudos no BRM foram desenvolvidos a partir de duas etapas. A Etapa 1 envolveu a avaliação do desempenho do BRM e da filtrabilidade do licor misto mediante a variação da idade do lodo (80, 40 e 20 dias). Na Etapa 2, avaliou-se a utilização de agentes químicos (quitosana, MPE ? Membrane Performance Enhancer e FeCl3) como auxiliares na remoção de nutrientes e minimizadores do processo de colmatação das membranas. Os resultados obtidos na Etapa 1 mostraram que a redução da idade do lodo otimizou o rendimento do reator quanto à remoção de nitrogênio total. Por outro lado, a remoção de fósforo não apresentou melhora significativa com a redução da idade do lodo. Contudo, a partir da implementação da fase de pré-aeração no ciclo operacional do reator, melhores resultados foram observados quanto à remoção desse nutriente, de onde se conclui que tal fase é essencial para o bom rendimento na remoção de fósforo na configuração de reator utilizado nessa pesquisa. É importante destacar o efeito da sazonalidade sobre o desempenho do reator na remoção de fósforo, em que foram observadas menores eficiências de remoção desse nutriente no período de verão e maiores no período de inverno. Os resultados mostraram também uma deterioração da filtrabilidade do licor misto durante a operação do reator com idade de lodo de 20 dias, apresentando nesse caso uma maior velocidade de colmatação das membranas. Os resultados da Etapa 2 mostraram que a utilização dos agentes químicos no BRM teve maior efeito sobre a remoção de fósforo, em que a aplicação do FeCl3 resultou na maior eficiência de remoção desse nutriente. A adição dos agentes químicos reduziu a concentração de DQO solúvel do licor misto do BRM, condicionando uma melhor filtrabilidade, com destaque ao MPE, que alcançou uma redução de quatro vezes na velocidade de colmatação das membranas. Por fim, conclui-se, a partir das Etapas 1 e 2, que os melhores resultados formam obtidos a partir das seguintes condições operacionais: idade de lodo de 20 dias; temperatura de até 20 ºC; ciclo operacional com fase de pré-aeração e aplicação do agente químico MPE.

Abstract : The discharge of wastewater without adequate treatment can lead off to several problems in an aquatic ecosystem, one of which is eutrophication due to excessive nitrogen and phosphorus loading. Therefore, the preservation of water resources requires the use of technologies that are able to ensure a treated effluent with minimum residual pollutants, reducing the impact associated with their disposal. In this context, the present study aimed to evaluate the use of a membrane bioreactor (MBR), operated in sequencing batch modality, for organic matter and nutrients removal from municipal wastewater. The studies were performed in two steps. Step 1 includes the evaluation of MBR performance and membrane fouling under different solids retention time (80, 40 and 20 days). In step 2, was evaluated the use of three different kinds of flocculants (chitosan, MPR and FeCl3) in the MBR, aiming a higher nutrient removal and lower membrane fouling. The results from step 1 showed that the solids retention time reduction improved the reactor performance regarding to total nitrogen removal. Likewise, the biological phosphorus removal process (EBPR) was also benefited. However, the MBR phosphorus removal efficiency was only improved from the use of a pre-aeration phase, prior to the beginning of the filtration phase. Although the nutrients removal was benefited from the application of lower solids retention time (20 days), it was found that the filterability of the mixed liquor under such condition was deteriorated, showing the highest membrane fouling rate in this case. The results from step 2 showed that the use of floculants in the BRM had the highest effect on the phosphorous removal process, wherein the application of FeCl3 resulted in the higher removal efficiency of this nutrient. The utilization of floculants reduced the soluble COD concentration of the mixed liquor, providing better filterability, highlighting the MPE, which achieved the higher reduction in the membrane fouling rate. At last, it concludes, from steps 1 and 2, which the best results were obtained from the following operating conditions: solids retention time of 20 days; temperature to 20 °C; operating cycle with pre-aeration phase and application of flocculant MPE.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-03-19Bitstream added on 2014-06-13T19:38:24Z : No. of bitstreams: 1 bezerra_lf_me_ilha.pdf: 1874770 bytes, checksum: b6f02018abe581f4724626202c471af4 (MD5)
Universidade Estadual Paulista (UNESP)
As atividades industriais, principalmente as indústrias químicas e alimentícias que se utilizam dos processos fermentativos, geram efluentes com altas concentrações de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada. Estas necessitam de sistemas complexos para o tratamento de suas águas residuárias, pois a emissão excessiva de nutrientes no corpo d’água pode resultar na ocorrência da eutrofização que interfere nos usos desejáveis do recurso hídrico e altera o equilíbrio ambiental. Neste sentido, o presente avaliou da remoção de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada, bem como a determinação do fluxo crítico, em biorreator de membranas (MBR) tratando águas residuárias industriais do processo de produção de aminoácidos. Pelos resultados obtidos, constatou-se a viabilidade técnica no uso do MBR para ao tratamento dessas águas residuárias contendo 2505 mg DQO/L de material carbonáceo e 277 mg NTK/L de material nitrogenado. O biorreator foi operado com carga orgânica volumétrica de 1,91 ± 0,13 kg DQO/m³ dia e carga nitrogenada volumétrica de 0,18 ± 0,02 kg NTK/m³ dia, com recirculação interna de 4 vezes a vazão afluente. O efluente tratado apresentou concentrações médias de 59 ± 27 mg DQO/L, 0,60 ± 0,24 mg N-NH4 +/L e 20,5 ± 11,9 mg N-total/L, com eficiências médias de remoção de DQO, NTK e NT de 97,5%, 98,6% e 92,1%, respectivamente. O sistema de ultrafiltração foi testado em vários fluxos entre 25 e 37 LMH e determinou-se o fluxo crítico de 28 LMH para o sistema operando com 11,4 g/L de SST
Industrial activities, especially the chemical and food industries, that use fermentation processes, generate effluents with high concentrations of carbonaceous organic matter and nitrogen. These require complex systems to treat its wastewater, since the emission of excessive nutrients in the water body can result in the occurrence of eutrophication, which interferes with the desirable uses of water resource and changes the environmental balance. In this sense, this paper evaluated the carbonaceous organic matter and nitrogen removal as well as the determination of critical flux in membrane bioreactor (MBR) treating industrial wastewater from amino acids production. By the obtained results, it found the technical feasibility of MBR for the wastewater treatment containing 2505 mg COD / L of organic material and 277 mg TKN / L of nitrogen material. The bioreactor was operated with organic loading rate of 1.91 ± 0.13 kg COD / m³ day and nitrogen volumetric load of 0.18 ± 0,02 kg TKN / m day, with internal recirculation of 4 times. The treated effluent showed concentrations of 59 ± 27 mg COD / L, 0.60 ± 0.24 mg N-NH4 + / L and 20.5 ± 11.9 mg total N / L, with average removal efficiencies of COD , TKN and TN of 97.5%, 98.6% and 92.1%, respectively. The ultrafiltration system was tested at various flow rates between 25 and 37 LMH, to determine the critical flux of 28 LMH with the system operating at 11.4 g / L of TSS

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

This study evaluated the treatment of sugarcane vinasse in a two-stage anaerobic membrane bioreactor (AnMBR). For a better comprehension of the effluent characteristics and its behavior during biological degradation, this research initially undertook a detailed characterization of vinasse and its aerobic and anaerobic biodegradability. Afterward it was studied the treatment of vinasse in a system comprised of an upflow acidogenic reactor followed by a methanogenic reactor coupled to a membrane module. The vinasse samples differed greatly among themselves; however, the parameters present in the soluble fraction, in general, showed little variability. Vinasse samples showed an excellent biodegradability (>96.5%) and low percentage of inert COD (<3.5%) in both aerobic and anaerobic conditions. During acclimatization, priority was given to maintaining safe levels of VFA and bicarbonate alkalinity in the methanogenic reactor. After acclimatization period, the average concentrations of VFA in the raw effluent, in effluent from acidogenic reactor and in permeate were 2141, 3525 and 72 mg.L-1 (as acetic acid), respectively. The separation of the stages was also verified by biogas composition. In the biogas of the acidogenic reactor, methane concentration was negligible, whereas the biogas from the methanogenic reactor consisted of approximately 64% methane and 36% carbon dioxide. Color and turbidity removal was 57.4 ± 15.4% and 97.2 ± 2.0% respectively. The AnMBR showed satisfactory results in removal of organic matter. The overall removal of COD and TOC was 96.9 ± 0.7% and 95.0 ± 1.1% respectively. Regarding filtration performance it was found that cake layer formation showed to be the limiting factor determining the operational permeability. The results showed that the treated effluent in the two-stage AnMBR showed a very high quality compared to raw vinasse for use as fertilizer in agriculture low content of biodegradable organic matter, free of suspended solids, neutral pH and less prone to acidification. Furthermore it may be evaluated the possibility of applying a post-treatment for recovery of inorganic nutrients. It is recommended future researches towards optimize the filtration conditions in order to increase the viability of the process.
O presente estudo avaliou o tratamento do vinhoto através de um biorreator com membranas anaeróbio (BRMan) de duplo estágio. Visando uma melhor compreensão das características do efluente e do seu comportamento durante a degradação biológica, a primeira parte da pesquisa foi destinada à caracterização físico-química detalhada do vinhoto e à avaliação da sua biodegradabilidade aeróbia e anaeróbia. Posteriormente foi estudado o tratamento do vinhoto em um sistema constituído de um reator acidogênico de fluxo ascendente seguido por um reator metanogênico conjugado com um módulo de membranas. As amostras de vinhoto diferiram bastante entre si; entretanto, os parâmetros referentes à fração solúvel das amostras, em geral, apresentaram menor variabilidade. Os resultados dos testes de biodegradabilidade e DQO inerte indicaram que se trata de um efluente com uma ótima biodegradabilidade (>96,5%) e baixo percentual de DQO inerte (<3,5%), tanto em condições aeróbias quanto anaeróbias. Durante a aclimatação da biomassa no biorreator priorizou-se a manutenção dos níveis seguros de AGV e de alcalinidade bicarbonato para o tratamento anaeróbio. Após a aclimatação, as concentrações médias de AGV no efluente bruto, no efluente do reator acidogênico e no permeado foram de 2141, 3525 e 72 mgHAc/L, respectivamente. A separação dos estágios também foi verificada pela análise da composição do biogás. No biogás do reator acidogênico a concentração de metano foi desprezível, enquanto que o biogás do reator metanogênico foi constituído de aproximadamente 64% de metano e 36% de dióxido de carbono. A remoção de cor e turbidez foi de 57,4 ± 15,4% e 97,2 ± 2,0%, respectivamente. O BRMan de duplo estágio apresentou resultados bastante satisfatórios de remoção de matéria orgânica, sendo que a remoção global de DQO e COT do sistema foi de 96,9 ± 0,7% e 95,0 ± 1,1%, respectivamente. Em relação ao desempenho da filtração verificou-se que a formação da torta foi o principal mecanismo de incrustação determinante da permeabilidade operacional. Os resultados indicaram que o efluente tratado pelo BRMan de duplo estágio apresentou uma qualidade bastante superior em relação ao vinhoto bruto para a utilização na fertirrigação baixo teor de matéria orgânica biodegradável, livre de sólidos suspensos, pH neutro e menor tendência à acidificação podendo ser avaliada a possibilidade da aplicação de um pós-tratamento para a recuperação dos nutrientes inorgânicos. Recomenda-se pesquisas futuras no sentido de otimizar as condições de filtração com o propósito de aumentar a viabilidade do processo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental
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Entre as alternativas existentes para o tratamento de esgotos, uma das mais recentes é a técnica da separação de materiais contaminantes por processos de filtração por membranas. Dentre esses processos estão os Biorreatores à Membrana (MBRs) que consistem, em uma só unidade, na associação do tratamento biológico no biorreator com a separação física pela membrana. O biorreator tem a função de degradar a matéria orgânica e mineral, enquanto que a membrana realiza a separação das fases líquida e sólida. Esta alternativa apresenta alta eficiência na remoção de poluentes, baixo consumo de energia e requer área reduzida para instalação por trabalhar com elevadas concentrações de biomassa. Neste trabalho se estudou a utilização do MBR como alternativa para o tratamento de esgotos sanitários e reúso da água. Uma instalação experimental constituída de um reator foi construído em acrílico com volume útil de 30 litros. O biorreator possuía um misturador, dois difusores de ar e duas bombas peristálticas, sendo uma para alimentação e outra para retirada do permeado. O módulo de membrana utilizado foi do tipo submerso de fibra oca constituída de material sintético tipo Polisulfona com 0,1 µm de tamanho dos poros. O piloto foi operado por 297 dias divididos em duas etapas, a primeira durante 150 dias com fluxo de permeação de 5 L/h.m² e a segunda durante 147 dias com fluxo de permeação de 15 L/h.m². Análises físico-químicas, bacteriológicas e de microscopia foram realizadas semanalmente no Laboratório de Reúso das Águas (LaRA). As remoções médias de DQO e N-NH4+ foram respectivamente de 88,92% e 83,25% na primeira etapa e de 83,53% e 87,68% durante a segunda etapa. Valores médios de Turbidez da ordem de 1,00 NTU e a ausência de Coliformes Fecais também foram parâmetros que mostraram a boa qualidade do permeado. O aumento da pressão transmembrana e da resistência com aumento da concentração de biomassa no sistema foi observado. Limpezas químicas da membrana foram realizadas, principalmente na segunda etapa de operação. De modo geral, o MBR apresentou-se como uma alternativa eficaz para o tratamento de esgotos doméstico bem como para o reúso da água pela qualidade obtida no permeado.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2011
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A aplicação dos Biorreatores à membrana (BRM) no tratamento de esgoto permite a geração de um efluente final de elevada qualidade, com baixa concentração de matéria orgânica, ausência de sólidos em suspensão e livre de patógenos. Além dessas vantagens, o uso de BRM destaca-se ainda pela sua elevada capacidade na remoção de compostos nitrogenados, sobretudo quando operado em regime de batelada seqüencial. Nessa condição, a inserção de uma etapa anóxica em seu ciclo operacional potencializa o processo de desnitrificação, que resulta em baixa concentração de nitrogênio total no efluente tratado. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho de um BRM em batelada seqüencial (BRMBS) na remoção de nitrogênio total via nitrificação-desnitrificação de esgoto sintético. O reator piloto BRMBS foi construído em acrílico, em forma elíptica, com volume útil de 30 litros, onde estava submerso o módulo de membranas, com área filtrante de 0,09 m-2 e tamanho médio de poros de 0,08 µm (ultrafiltração). O biorreator era equipado ainda de um misturador, para manter homogênea a biomassa no tanque, dois difusores de ar para injeção de oxigênio na massa líquida e duas bombas peristálticas, sendo uma para alimentação e outra para filtração. O ciclo operacional do reator era composto das fases de alimentação, anoxia e aeração/filtração, totalizando 4 horas por ciclo (6 ciclos/dia). A operação do BRMBS foi controlada por meio de um painel de comandos elétricos, automatizando o sistema de aeração bomba de alimentação e bomba de filtração. O piloto foi operado por 241 dias, utilizando nesse período dois fluxos de permeação: 5,55 e 11,1 L.m-2.h-1. Os resultados demonstraram a elevada capacidade do reator na remoção de matéria orgânica e nitrogenada durante toda a pesquisa, com concentrações de DQO e nitrogênio total no permeado abaixo de 20 mg.L-1 e 15 mg.L-1, resultando em eficiências médias de remoção destes parâmetros de 99,1% e 95,9%, respectivamente. Quanto ao ortofosfato, observou-se inicialmente uma operação instável, com acúmulo deste parâmetro no reator. No entanto, verificou-se com o tempo uma tendência de melhora na capacidade do reator em remover este nutriente, atingindo, após 120 dias de operação, uma eficiência média de 73,8 ± 21,8 %, apresentando inclusive valores acima de 90% entre os dias 214 e 241. Observou-se grande instabilidade da pressão transmembrana sob operação com fluxo de permeação de 11,1 Lm-2.h-1, tendo sido o limite operacional de 0,7 bar atingido por três vezes em apenas 56 dias, ao passo que com fluxo de 5,55 Lm-2.h-1 este limite foi atingido apenas uma vez em 181 dias. O processo de filtração pelas membranas permitiu a completa retenção de sólidos em suspensão no reator, assegurando a turbidez no permeado sempre abaixo de 1 NTU. De maneira geral, conclui-se que a operação do biorreator à membrana em regime de batelada seqüencial apresentou resultados bastante positivos, gerando um efluente final de elevada qualidade.

Orientador: Tsunao Matsumoto
Banca: Milton Dall'Aglio Sobrinho
Banca: Marcelo Zaiat
Resumo: As atividades industriais, principalmente as indústrias químicas e alimentícias que se utilizam dos processos fermentativos, geram efluentes com altas concentrações de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada. Estas necessitam de sistemas complexos para o tratamento de suas águas residuárias, pois a emissão excessiva de nutrientes no corpo d'água pode resultar na ocorrência da eutrofização que interfere nos usos desejáveis do recurso hídrico e altera o equilíbrio ambiental. Neste sentido, o presente avaliou da remoção de matéria orgânica carbonácea e nitrogenada, bem como a determinação do fluxo crítico, em biorreator de membranas (MBR) tratando águas residuárias industriais do processo de produção de aminoácidos. Pelos resultados obtidos, constatou-se a viabilidade técnica no uso do MBR para ao tratamento dessas águas residuárias contendo 2505 mg DQO/L de material carbonáceo e 277 mg NTK/L de material nitrogenado. O biorreator foi operado com carga orgânica volumétrica de 1,91 ± 0,13 kg DQO/m³ dia e carga nitrogenada volumétrica de 0,18 ± 0,02 kg NTK/m³ dia, com recirculação interna de 4 vezes a vazão afluente. O efluente tratado apresentou concentrações médias de 59 ± 27 mg DQO/L, 0,60 ± 0,24 mg N-NH4 +/L e 20,5 ± 11,9 mg N-total/L, com eficiências médias de remoção de DQO, NTK e NT de 97,5%, 98,6% e 92,1%, respectivamente. O sistema de ultrafiltração foi testado em vários fluxos entre 25 e 37 LMH e determinou-se o fluxo crítico de 28 LMH para o sistema operando com 11,4 g/L de SST
Abstract: Industrial activities, especially the chemical and food industries, that use fermentation processes, generate effluents with high concentrations of carbonaceous organic matter and nitrogen. These require complex systems to treat its wastewater, since the emission of excessive nutrients in the water body can result in the occurrence of eutrophication, which interferes with the desirable uses of water resource and changes the environmental balance. In this sense, this paper evaluated the carbonaceous organic matter and nitrogen removal as well as the determination of critical flux in membrane bioreactor (MBR) treating industrial wastewater from amino acids production. By the obtained results, it found the technical feasibility of MBR for the wastewater treatment containing 2505 mg COD / L of organic material and 277 mg TKN / L of nitrogen material. The bioreactor was operated with organic loading rate of 1.91 ± 0.13 kg COD / m³ day and nitrogen volumetric load of 0.18 ± 0,02 kg TKN / m day, with internal recirculation of 4 times. The treated effluent showed concentrations of 59 ± 27 mg COD / L, 0.60 ± 0.24 mg N-NH4 + / L and 20.5 ± 11.9 mg total N / L, with average removal efficiencies of COD , TKN and TN of 97.5%, 98.6% and 92.1%, respectively. The ultrafiltration system was tested at various flow rates between 25 and 37 LMH, to determine the critical flux of 28 LMH with the system operating at 11.4 g / L of TSS
Mestre

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental.
Made available in DSpace on 2012-10-24T06:46:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269318.pdf: 2003099 bytes, checksum: fd622c9a1d094955a4663f8cdfeeec90 (MD5)
Os biorreatores à membrana submersa têm sido considerados como a alternativa do futuro no que se refere ao tratamento de efluentes, uma vez que atingem uma alta eficiência na remoção de sólidos e microrganismos patogênicos, além de requerer pouco espaço. Visando estudar a eficiência deste tipo de tratamento, utilizou-se um biorreator à membrana com módulo de fibras-ocas de polieterimida acoplado a um tanque anóxico, aplicando-se recirculação de 100% da vazão de alimentação a partir do reator. Como objetivos desejava-se avaliar o módulo de membranas utilizado no tratamento de efluentes sanitários, avaliar a eficiência do BRM em relação a desnitrificação, as respostas do módulo de membranas frente às características de esgoto e condições operacionais impostas, e analisar se os resultados relativos às características do efluente tratado eram compatíveis à prática de reúso. Como resultados deste estudo, verificou-se uma concentração média afluente de DQO antes do inicio da recirculação (etapa 1) igual a 66,16 mg/L e efluente de 17,37 mg/L. Após o início da recirculação (etapa 2) os valores foram de 167,4 mg/L e 13,8 mg/L, respectivamente, atingindo-se uma remoção de matéria orgânica de 70,4% na primeira etapa e 87,4% na segunda etapa. No que se refere ao parâmetro nitrogênio amoniacal obteve-se uma remoção de 92,9% na etapa 1 e 89% na etapa 2 com valores médios para o afluente de 17,88 mg/L e para o efluente de 1,33 mg/L na primeira etapa e 45,7 mg/L e 4,9 mg/L na segunda etapa. No que se refere aos coliformes termotolerantes e totais obteve-se uma redução de 4 unidades logarítmicas com residual na ordem de 102. Atingiu-se para todos os parâmetros, concentrações compatíveis com os limites estabelecidos pelas normas de reúso. Em função dos resultados obtidos pode-se considerar que o módulo utilizado foi inapropriado para as condições operacionais adotadas. A taxa de desnitrificação no efluente foi da ordem de 80,4% (45,03 mg/L), superior aos valores encontrados em estudos realizados por outros autores com biorreatores à membrana em condições semelhantes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2016.
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Esta pesquisa aborda o tratamento de efluentes sanitários, considerando a remoção dos nutrientes nitrogênio e fósforo, bem como a degradação da matéria orgânica em um Biorreator a Membranas (BRM) associado a um Reator em Batelada Sequencial (RBS), utilizando membranas planas de alta densidade. A busca pela otimização dos tratamentos, com aplicação de inovações, tem o intuito de minimizar, cada vez mais, a periculosidade da disposição inadequada de efluentes no meio ambiente. A associação do tratamento com membranas a um reator de lodos ativados busca a melhoria no desempenho do tratamento do efluente sanitário e traz a possibilidade da real adaptação da tecnologia em uma estação de tratamento em operação. Desse modo, para este estudo, um BRM com volume de 10 m³ operou durante 120 dias, sendo alimentado com o lodo ativado do RBS em escala real. O BRM possuía um misturador e difusores de ar abaixo do módulo de membranas planas de ultrafiltração, e uma bomba helicoidal para retirada do efluente tratado, com fluxo adotado de 10 L/m².h de permeação. O estudo teve como objetivo avaliar a melhoria no desempenho do sistema, quanto à remoção da carga orgânica, de nutrientes e patógenos. Além disso, pode-se avaliar a operação do biorreator e verificar as características do efluente tratado (permeado) para sua disposição final, observada a legislação, para reúso da água. O monitoramento foi realizado por meio de análises físico-químicas no meio líquido e de observações microscópicas do lodo ativado. As remoções médias de DQO e fósforo foram de 91,7% e 92,3%, respectivamente. Em relação à remoção da amônia, a eficiência média foi de 93% e, para o nitrogênio total, 73%. A turbidez média do permeado foi de 0,24 NTU e, durante todo o período de operação, foi verificada ausência de coliformes fecais no permeado. Não foi verificado aumento significativo da pressão transmembrana, com aumento da concentração de biomassa no sistema. Com uso da microscopia óptica, foi verificada grande variedade de micro-organismos indicadores de estabilidade operacional. A expectativa desta dissertação é contribuir para o desenvolvimento de tecnologias, visando a aplicabilidade e o aperfeiçoamento operacional das diversas ETEs existentes no país, possibilitando, assim, reduzir os impactos causados por este tipo de efluente.

Abstract : This study deals with the sewage treatment considering the nitrogen and phosphorus nutrients removal as well as the degradation of organic matter in a membrane bioreactor (MBR) associated with a sequencing batch reactor (SBR) using high density flat membranes. The search for treatments optimization with innovations aims to minimize the danger of the improper effluents disposal into the environment. The association of a membrane treatment with a Activated Sludge Reactor seeks to improve the performance of the wastewater treatment and brings the possibility of real adaptation of the technology in a treatment plant in operation. Therefore, a MBR with volume of 10 m³ operated for 120 days and was fed with activated sludge of a SBR real scale. The MBR had a mixer and air diffusers below the flat ultrafiltration membrane module, and a pump with a permeation flow of 10 L/ m².h. The study aimed to evaluate the system performance improvement, as the removal of organic matter, nutrients and pathogens. Also, evaluate the operation of the bioreactor and verify the characteristics of the treated effluent (permeate) to its final disposal against the law to reuse water. The monitoring was carried out through physical-chemical analysis of the treated effluent and microscopic observations of the activated sludge. The average COD and phosphorus removals were 91.7% and 92.3% respectively. Regarding the removal of ammonia, the average efficiency was 93% and the total nitrogen 73%. The average permeate turbidity was 0.24 NTU throughout the period of operation was checked in the absence of Fecal Coliform permeate. There was not observed a significant increase in transmembrane pressure with the biomass concentration increase in the system. With an optical microscope, it was found wide variety of microorganisms indicators of operational stability. The expectation of this dissertation is to contribute in the development of technologies for the applicability and operational improvement of all existing sewage plants, thus seeking to reduce the impact caused by this type of effluent.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2014.
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Este trabalho aborda o tratamento de efluentes sanitários considerando a remoção de nutrientes como nitrogênio e fósforo, bem como a degradação da matéria orgânica em biorreatores à membrana. A operação do biorreator compreendeu 210 dias, nos quais o sistema foi operado com intermitência entre etapas anóxicas e aeróbias para a adequada ocorrência dos fenômenos biológicos. Assim, os objetivos deste trabalho são: avaliar a remoção de nutrientes em um Biorreator à Membrana de Leito Móvel em Bateladas Sequenciais. Para a realização destes objetivos, foram utilizadas metodologias de mensuração dos componentes estudados, como nitrogênio total, nitrogênio amoniacal, nitrito, nitrato, DQO, fósforo total, ortofosfato, além de análises pontuais como respirometria, Velocidade específica de consumo de amônia, de nitrato e de fosfato. Em termos de DBO e DQO atingiu-se 99,8 e 97,3% de remoção respectivamente. Para o nitrogênio total, obteve-se 86% de remoção, sendo que para amônia atingiu-se 99,5%. Para o fósforo, identificou-se grande flutuação na remoção em função da temperatura, atingindo em média 70% durante o período mais frio e cerca de 56% para todo o período. Identificou-se, ainda, a influência positiva do material suporte na remoção de fósforo, através dos ensaios da Velocidade específica de consumo de fosfato. O sistema se mostrou eficiente e estável na remoção dos compostos testados, atingindo melhores respostas do que sistemas convencionais para o tratamento de efluentes.

Abstract : This paper addresses the treatment of wastewater considering the removal of nutrients such as nitrogen and phosphorus, as well as the degradation of organic matter in membrane bioreactors The operation of the bioreactor comprised 210 days in which the system was operated intermittently between anoxic and aerobic steps to the proper occurrence of biological phenomena. Thus , the specific objectives of this study were to assess the nutrient removal in a Membrane Bioreactor Moving Bed in Sequential Batch . Methodologies for measuring the components studied , such as total nitrogen , ammonia nitrogen , nitrite, nitrate , COD , total phosphorus , orthophosphate were used in addition to individual analyzes as respirometry , the removal rate of ammonia , nitrate and phosphate. In terms of BOD and COD was reached 99.8 and 97.3 % removal respectively. For total nitrogen, was obtained 86 % removal , and ammonia was reached to 99.5%. To phosphorus, we identified large fluctuations in removing a function of temperature , averaging 70 % during the coldest period and about 56 % for the entire period . It was also identified the positive influence of carriers for phosphorus removal by FISH and the rate of removal of phosphate. The system is efficient and stable in the removal of the compounds tested, achieving better response than conventional systems for effluent treatment .

Orientador: Prof. Dr. Eduardo Lucas Subtil
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, Santo André, 2018.
O lançamento de águas urbanas servidas (AUS) sem tratamento causa problemas associados à saúde pública e à deterioração dos recursos hídricos. Neste contexto, os Biorreatores com Membranas Submersas (BRMS) e Biofilme (BRMS-BF), operados sob condições específicas para nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS), são uma opção viável para o tratamento de água AUS e seu potencial reúso. Este projeto de pesquisa teve como objetivos avaliar a remoção de nitrogênio via NDS, caracterizar o processo de fouling das membranas e identificar os principais microrganismos associados ao ciclo do nitrogênio em um sistema piloto BRMS-BF operado em diferentes concentrações de oxigênio dissolvido (OD) para o tratamento de AUS. O volume útil do reator foi de 156 L com módulo de 17 membranas (sintetizadas em fluoreto de vinilideno, PVDF) tipo placa plana de ultrafiltração de 0,1 ?m. O material suporte foi de poliuretano (gel termoplástico). O efluente utilizado foi da residência estudantil e o restaurante universitário da Universidade de São Paulo. Foram propostas duas fases de operação com concentrações de OD acima de 2, e 0,8 mgO2/L. Os valores de temperatura (T), Potencial de Redox (ORP), e pressão transmebranar (PTM) foram monitorados e os de pH, vazão (Q) e OD controlados, por meio de sensores. A aeração foi realizada controlando o fluxo através de rotação por meio de dois difusores de ar de 10 e 15 L/min. Os resultados para a fase I e II apresentaram os valores médios a seguir, respetivamente: T (24 e 23 ?), ORP (186 e -11 mV), PTM (0,02 e 0,04 bar), pH (6,9 e 6,7), Q (22 e 16 L/h), OD (2,2 e 0,9 mgO2/L) e SST (5,7 e 5,6 g/L). A remoção de matéria orgânica (DQO e DBO5 mg/L) e de turbidez foi maior de 96% e de 99%, respetivamente nas duas fases. A remoção de nitrogênio total foi de 33% para a Fase I e 74% na Fase II, apresentando melhoras na remoção a baixa concentração de OD. No entanto, a Fase II apresentou acúmulo de nitirto, que pode estar relacionado com a desnitrificação parcial, devido a ausência de carbono suficiente em presença de baixas concentrações de OD. As comindades de microrganismos observadas perteneceram principalmente ao filo Petrobacteria (abundância relativa > 70% na biomassa suspensa e o biofilme para a Fase I e II). O gênero Nitrospira foi o principal gênero identificado que influenciou o processo de oxidação de nitirito. Não foi encontrada diferença significativa entre os microrganismos presentes segundo o tipo de biomassa e a concentração de OD. Não houve uma redução significativa na permeabilidade das membranas, associada ao fouling, quando a concentração de OD foi reduzida para 0,9 mg/L.
Urban waters served (UWS) without any kind of treatment causes problems which are related to public health and hydric resources deterioration. In this context, the Submerged Membranes Bioreactor (MBRS) and Biofilm (MBRS-BF), operated under specific conditions for simultaneous nitrification-denitrification (SND), are a viable option for UWS treatment and their potential reuse. The aim of this project is to evaluate nitrogen removal via SND, characterize the process of fouling of the membranes and identify the main microorganisms related to nitrogen cycle in a MBRS-BF pilot-system which was operated on different concentrations of dissolved oxygen (DO) for UWS treatment. Reactor useful volume was 156 L with 17-membranes module - (synthesized in a Polyvinylidene Fluoride - PDVF) - 0,1 ?m ultrafiltration flat-plate type. Support material was composed of polyurethane (thermoplastic gel). The used effluent has come as from student residence as USP's food court. Two operation-phases were proposed in which concentration was over 2, and 0,8 mgO2/L. Temperatures values (T), Redox potential (ORP) and trasmembrane pressure(TMP) was monitored as well as pH, leakage (L) and DO was controlled by sensors. Aeration was carried out by controlling flow in rotation through two air diffusers with 10 e 15 L/min capacity. The results for phases I and II performed the following average values, respectively: T (24 and 23), ORP (186 and -11 mV), PTM (0,02 and 0,04 bar), pH (6,9 and 6,7), Q (22 and 16 L/h), OD (2,2 and 0,9 mgO2/L) and SST (5,7 and 5,6 g/L). Organic matters removal (DQO and DBO5 mg/L) and turbidity was bigger, by ranging from 96% to 99%, respectively, in both phases of this operation. Total nitrogen removal was 33% for Phase I and 74% of Phase II, by perfoming best efficiency in concentration of low OD (0,9mgO2/L).However, phase II showed nitrite storage, which can be attributed to partial denitrification, due to absence of carbon enough in OD low concentrations. Observed microorganisms communities belonged to mainly Petrobacteria phylum (relative abundance > 70% in suspended biomass and biofilm for phases I and II). Nitrospira was the main genus found which influenced nitrite oxidation process. It was not found significant difference among these present microorganisms according to their biomass type and DO concentration. There were not any significant reduction on membranes permeability, related to fouling, when DO concentration was reduced to 0,9 mg/L.

The sugarcane sector in Brazil has a great social, economic and environmental importance. It creates jobs contributies to GDP and produces a renewable fuel. However, the alcohol production demands high volume of water and generates high volume of effluent, as well. An important effluent, the vinasse, has a high organic and nutrient load which justify the need for an efficient treatment process. In this context, membrane bioreactors (MBR) can be consider an adequate technology for the treatment of vinasse because they operate with high concentrations of biomass, small hydraulic retention times and produce high quality treated effluent that may meet the standards reuse in industry. The aim of this study was to evaluate treatment efficiency of vinasse an using ultrafiltration system followed by aerobic MBR operating without and with addition of powdered activated carbon (PAC).The PAC was added to the MBR to improve the characteristics of the treated effluent and to minimize fouling membrane, the major problem during operation MBR. The present study was divided into five phases: in the first stage it was carried out the physicochemical characterization of raw vinasse, in the second phase the raw vinasse passed through the ultrafiltration system to reduce the organic load, the third phase BRM operated without the addition of PAC, in the fourth phase were performed tests with Jar-test using permeate from the previous step with different concentrations of PAC to determining the concentration to be used in the fifth phase, which was MBR operation with addition of PAC. The pre-treatment using ultrafiltration resulted in a removal efficiency of 49%, 96%, 40% and 60% for COD, color, phosphorus and nitrogen, respectively and generate a concentrate with high potential to be used in fertiirrigation. The addition of PAC in MBR improved the removal efficiency of COD, TOC, BOD, color, total nitrogen and phosphorus.The PAC also helped to reduce the concentration of SMP (Soluble Microbial Products) and EPS (Extracellular Polymeric Substances), but caused the breakdown of biological flocs and caused an increase of the total resistance to filtration. The route proposal to that treatment of vinasse showed high efficiency of removal pollutants, enabling the reuse of the effluent on the washing of sugar cane. The addition PAC changed the characteristics of the reaction liquid and did not provide any improvement in the process of fouling membrane.
O setor sucroalcooleiro brasileiro possui grande importância social, econômica e ambiental, com geração de empregos, participação no PIB e fabricação de um combustível renovável. Entretanto, é um setor que apresenta elevada geração de efluentes, entre eles o vinhoto, e alta demanda de água nos seus processos produtivos, o que justifica a busca por rotas de tratamento que proporcionem o reuso dos efluentes. O vinhoto apresenta alta carga orgânica e de nutrientes, e grande volume gerado. Desse modo, o desenvolvimento sustentável das indústrias sucroalcooleiras depende de um sistema de tratamento de efluente eficaz. Dentro deste contexto, os biorreatores com membranas (BRM) apresentam-se como uma tecnologia promissora para o tratamento do vinhoto, pois permitem aliar elevadas concentrações de biomassa, pequenos tempos de retenção hidráulica e produção de efluente tratado com elevada qualidade, podendo atender aos padrões de reuso na indústria. O objetivo do presente estudo foi avaliar a eficiência do tratamento do vinhoto empregando sistema de ultrafiltração seguido por BRM aeróbio operando sem e com adição de carvão ativado em pó (CAP). O CAP foi adicionado ao BRM para melhorar as características do efluente tratado e para minimizar a incrustação das membranas, principal obstáculo durante a operação do BRM. O trabalho foi dividido em cinco etapas: na primeira etapa foi realizada a caracterização físico-química do vinhoto bruto, na segunda etapa foi avaliado o pré-tratamento do vinhoto bruto por ultrafiltração para redução da carga orgânica, na terceira etapa operou-se o BRM sem adição de CAP, na quarta etapa foram realizados estudos de adsorção utilizando permeado do BRM com diferentes concentrações de CAP para determinação da concentração a ser utilizada na quinta etapa, que foi a operação do BRM com adição de CAP. O pré-tratamento utilizando membrana de ultrafiltração resultou em eficiência de remoção de 49%, 96%, 40% e 60% para DQO, cor, nitrogênio e fósforo total, respectivamente gerando um concentrado com potencial para ser usado na fertirrigação. A adição do CAP no BRM melhorou a eficiência de remoção de DQO, COT, DBO, cor, nitrogênio e fósforo total. O CAP também contribuiu para reduzir a concentração de SMP (Produtos Microbianos Solúveis) e EPS (Substâncias Poliméricas Extracelulares), porém provocou a quebra dos flocos biológicos e ocasionou aumento da resistência total à filtração. A rota de tratamento proposta para o vinhoto apresentou elevada eficiência de remoção dos poluentes, possibilitando o reuso do efluente na etapa de lavagem da cana de açúcar. A adição do CAP mudou as características do líquido reacional e não proporcionou nenhuma melhoria no processo de incrustação das membranas.

Orientadora: Profª. Drª. Lúcia Helena Gomes Coelho
Coorientador. Prof. Dr.Eduardo Lucas Subtil
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, Santo André, 2018.
Os antibióticos têm sido detectados em diversos compartimentos ambientais em concentrações traço da ordem de ng L-1 e µg L-1. Mesmo em baixos níveis, compostos farmaceuticamente ativos podem afetar a saúde humana e animal. Dentre esses micropoluentes emergentes está a amoxicilina, um antibiótico do tipo penicilina ?-lactâmico muito prescrito e consumido ao redor do mundo. Frente aos problemas relacionados com a presença dessa substância no meio ambiente, em várias situações, faz-se necessária sua remoção. O MBR (biorreator com membranas submersas) é um dos sistemas de tratamento com potencial para remover compostos emergentes do efluente. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de um sistema MBR piloto para remover amoxicilina de efluente sintético. Para isto, foi montada uma unidade piloto de dois estágios (tanque anóxico e aeróbio) de fluxo contínuo. A operação do sistema se deu em três fases: (1) com vazão de 1 L h-1 e TDH de 40 h; (2) adicionando 100 µg L-1 de amoxicilina no afluente e (3) alterando a vazão da condição (2) para 2 L h-1 e TDH de 20 h. A inserção de amoxicilina no afluente não impactou na eficiência de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) e carbono orgânico dissolvido (COD), nem no processo de nitrificação, mas limitou a desnitrificação possibilitando detectar nitrito nas Fases 2 e 3. A alteração do TDH reduziu a porcentagem de remoção de COD (de 84% para 66% da Fase 2 para Fase 3), mas não influenciou na eficiência de eliminação de DQO (>94%), N-NH4+ (>98%) e N-total (>72%). A remoção de amoxicilina reduziu de 80% para 54% com a mudança da vazão. Os mecanismos de remoção de amoxicilina mediados pela atuação do lodo (adsorção e biodegradação) representam a maior fração removida do antibiótico no MBR (66%), o biofilme atua em 3% e a hidrólise contribui com apenas 2% da remoção. Análises cromatográficas confirmaram a presença de cinco produtos de degradação no afluente do sistema. Foi avaliada a sensibilidade de Vibrio fischeri, Daphnia magna, algas Chlorella vulgaris e Raphidocelis subcaptata, sementes de alface (Lactuca sativa) e mostarda (Sinapis alba) e as bactérias Escherichia coli, Bacillus subtilis e Pseudomonas fluorescens. Os ensaios de ecotoxicidade mostraram que todos os organismos são influenciados, ao mesmo tempo, pelos efeitos positivos da composição do esgoto sintético como nutrientes e pelos efeitos negativos da ação da amoxicilina. O ensaio de respirometria mostrou que concentrações de 1 a 100 µg L-1 de amoxicilina não inibiram as bactérias heterotróficas presentes na biomassa do MBR, mas concentrações de 1 a 100 mg L-1 as inibem.
Antibiotics have been detected in several environmental compartments at trace concentrations of ng L-1 and ?g L-1. Even at low levels, pharmaceutically active compounds can impact human and animal health. Among these emerging micropollutants is amoxicillin, a ?-lactamic penicillin antibiotic much prescribed and consumed around the world. Facing the problems related to the presence of this substance in the environment, in several situations, it is necessary to be removed. The MBR (a bioreactor with submerged membranes) is one of the treatment systems with the potential to remove emerging compounds from the effluent. The present work aims to evaluate the efficiency of a MBR system pilot to remove amoxicillin from synthetic wastewater. For this, a continuous flow two-stage (anoxic and aerobic tank) pilot unit was set up. The system operation occurred in three phases: (1) with a flow of 1 L h-1 and HRT = 40 h; (2) adding 100 ?g L-1 of amoxicillin to the influent and (3) altering the flow rate from condition (2) to 2 L h-1 and HRT = 20 h. The addition of amoxicillin in the inffluent did not affect COD and DOC elimination efficiency nor the nitrification process, but limited denitrification and, thus, nitrite was detected in Phase 2 and 3. The HRT change reduced the COD removal percentage (from 84% to 66 % from Phase 2 to Phase 3), but did not influence COD removal efficiency (>94%), N-NH4+ (>98%) and N-total (>72%). The amoxicillin removal decreased from 80% to 54% with flow rate change. The removal mechanisms of amoxicillin mediated by sludge (adsorption and biodegradation) represent the largest removed fraction of the antibiotic in the MBR (66%), the biofilm acts in 3% and the hydrolysis contributes only 2% of antibiotic removal. Chromatographic analyzes confirmed the presence of five degradation products in the effluent. The sensitivity of Vibrio fischeri, Daphnia magna, Chlorella vulgaris and Raphidocelis subcaptata algaes, lettuce (Lactuca sativa) and mustard (Sinapis alba) seed and the bacterias Escherichia coli, Bacillus subtilis and Pseudomonas fluorescens were evaluated. Ecotoxicity assays have shown that all organisms are influenced at the same time by the positive effects of the synthetic wastewater composition and by the negative effects of amoxicillin action. The respirometry assay showed that 1 to 100 ?g L-1 of amoxicillin concentrations did not inhibit the heterotrophic bacteria present in MBR biomass, but concentrations between 1 to 100 mg L-1 inhibit them.

The landfill leachates are effluents with great complexity and high pollution potential. The physico-chemical methods are expensive and conventional biological treatments, used alone, are insufficient to suit this effluent to standards legislation. In this context, arises the membrane bioreactors, which allow the total retention of the microbial cells in the bioreactor, resulting in a more effective system for biological degradation. The bacterial sludge, normally used in bioreactors, has shown limitations for the degradation of recalcitrant organic compounds from the leachate. In contrast, fungi and yeasts have high capacity of breaking and uptake the pollutants of difficult degradation. Thus, the objective of this study was to evaluate the performance of a MBR inoculated with the yeast Saccharomyces cerevisiae biomass in the treatment of landfill leachate. The work was divided into four stages: first, the leachate was characterized; then, the tolerance of S. cerevisiae to leachate was determined; in the third step, the acclimatization of biomass occurred in MBR; and, in the fourth, the operational performance of MBR was rated in terms of pollutant removal efficiency and fouling, monitored the microbial species present in the sludge and determined the fraction COD inert of the leachate to the biomass of the MBR. The leachate after ammonia removal by air stripping was used and the inoculum employed was a lyophilized baker's yeast. The MBR operated with permeate flux of 5.0 L/h.m2, HRT of 48 h and pH of 3.5. Average removal efficiencies of COD, color, NH3 and humic substances of 68, 79, 68 and 50%, was obtained respectively, during the stage after acclimatization. The fraction of inert COD of the leachate observed for the MBR sludge was about 30%. Severe contamination by other microbial groups occurred in the biological tank of the BRM. The system performed well in relation to membrane fouling when compared to MBR systems with conventional sludge. This fact is possibly associated with the low average production of EPS in the system as well as the low viscosity of the sludge. Despite being at high concentrations, the SMP were not a major factor in membrane fouling. In the other hand, aeration of the module and mixed liquor suspended solid (MLSS) concentration appear to have been the main factors influencing the loss of membrane permeability during the system operation. Anyway, the use of MBR with "fungal sludge presented itself as a great alternative for the treatment of landfill leachate with a high content of recalcitrant compounds.
Os lixiviados de aterros sanitários são efluentes com grande complexidade e alto potencial poluidor. Os métodos físico-químicos se mostram onerosos e os tratamentos biológicos convencionais, utilizados de forma isolada, são insuficientes para adequar este efluente aos padrões da legislação. Neste contexto, surgem os biorreatores com membranas, os quais possibilitam a retenção total das células microbianas no biorreator, resultando em um sistema de degradação biológica mais eficaz. O lodo bacteriano, normalmente utilizado nos biorreatores, vem apresentando limitações para a degradação de compostos orgânicos recalcitrantes do lixiviado. Em contrapartida, os fungos e leveduras apresentam alta capacidade de quebra e assimilação de poluentes de difícil degradação. Deste modo, o objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho de um BRM inoculado com biomassa da levedura Saccharomyces cerevisiae no tratamento de lixiviado de aterro sanitário. O trabalho foi dividido em quatro etapas: na primeira, o lixiviado foi caracterizado; em seguida, foi determinada a tolerância da S. cerevisiae ao lixiviado; na terceira etapa, ocorreu a aclimatação da biomassa no BRM; e na quarta foi avaliado o desempenho operacional do BRM em termos de eficiência de remoção de poluentes e incrustação, realizado o monitoramento das espécies microbianas presentes no lodo e determinada a fração de DQO inerte do lixiviado para a biomassa do BRM. Foi utilizado o lixiviado pós-remoção de amônia por air stripping e o inóculo empregado foi um fermento biológico liofilizado. O BRM operou com fluxo permeado de 5,0 L/h.m2, TDH de 48 h e pH de 3,5, tendo sido obtidas eficiências de remoção médias de DQO, cor, substâcias húmicas e NH3 de 68, 79, 68 e 50% respectivamente, durante a etapa pós-aclimatação. A fração de DQO inerte do lixiviado observada para o lodo do BRM foi cerca de 30%. Houve intensa contaminação por outros grupos microbianos no tanque biológico do BRM. O sistema demonstrou um bom desempenho em relação membrana, comparado aos sistemas de BRM com lodo convencional, apresentando menor incrustação em relação a estes. Este fato possivelmente está associado à baixa produção média de EPS no sistema, bem como a baixa viscosidade do lodo. Apesar de estarem em concentrações elevadas, os SMP não se mostraram um fator preponderante na incrustação da membrana. Ja aeração do módulo e a concentração de SSV parecem ter sido os principais fatores que influenciaram a perda de permeabilidade da membrana ao longo da operação do sistema. De toda forma, a utilização de BRM com lodo fúngico apresentou-se como uma excelente alternativa para o tratamento de lixiviados de aterros sanitários, com alto teor de compostos recalcitrantes.

Reatores enzimáticos com membrana (REM) combinam muitas das características desejáveis em um bioprocesso, tais como: reator de elevada produtividade, reprodutibilidade no tempo, fácil controle e automação, operação em regime contínuo, eficiente separação de biocatalisador, substratos e produtos, com a viabilidade do uso de enzimas sem necessidade de imobilização. Este estudo faz parte do desenvolvimento e otimização de um bioprocesso que utiliza um reator enzimático com membrana com a enzima invertase, que catalisa a hidrólise da sacarose produzindo uma mistura equimolar de glicose e frutose. Estudou-se a influência de algumas variáveis operacionais e de reação no comportamento do REM. Este reator consiste de um tanque agitado de 50 mL onde células de Saccharomyces cerevisiae, contendo a invertase, ficam retidas por meio de uma membrana (Øporo 0,45µm), disposta na parte inferior do sistema. A configuração deste é semelhante a um reator contínuo tipo tanque agitado (CSTR). Inicialmente, avaliou-se a influência das variáveis: concentração de sacarose e concentração de enzima, por meio de experimentos seriais, que possibilitaram fixar estas variáveis em níveis adequados, de 500 mM e 1 mg/mL, respectivamente, para a continuidade dos ensaios por meio de planejamentos experimentais fatoriais. Foi utilizado um planejamento experimental (23 + estrela) e a análise de superfície de resposta para avaliar a influência das variáveis: vazão de alimentação do substrato, temperatura e pH. Para a análise estatística dos resultados, utilizaram-se como respostas o grau de conversão da sacarose e a produtividade em frutose, determinadas em amostragens feitas durante o tempo de operação do reator, em média de 8 a 9 horas por condição avaliada. Dos resultados obtidos, mostraram-se significativos, com 95% de confiança, os efeitos lineares e quadráticos da vazão e temperatura. As condições ótimas encontradas foram: vazão de alimentação entre 0,4 e 1,0 mL/min e temperatura 51°C. O grau de conversão obtido foi de aproximadamente 95%, com as seguintes condições experimentais: concentração da suspensão de células de 1mg/mL, temperatura de 51°C, pH 5,5; concentrações de sacarose de 500 mM e vazão de alimentação de 1,0 mL/min. Para esta condição obteve-se uma produtividade da ordem de 0,6 mmol frutose/h.mg invertase. Os desvios entre os valores previstos pelo modelo estatístico e pelo modelo experimental foram da ordem de 3%. Em função dos resultados obtidos neste trabalho concluiu-se que esta concepção de reator é eficiente para a bioconversão da sacarose e, portanto, o processo contínuo com reator com membrana é promissor para o desenvolvimento de processos enzimáticos desta natureza.
Enzymatic membrane reactors combine several desirable characteristics in a bioprocess, such as high productivity, reproducibility, easy control and automation, continuous operation, efficient separation of biocatalyst, substrate and products, and the use of enzymes without immobilization. This work is part of the development and optimization of a bioprocess using an enzymatic reactor which utilizes a membrane reactor for the enzymatic hydrolysis of sucrose in a solution of fructose and glucose, containing the enzyme invertase. The influence of some operational and reaction variables on the performance of the membrane reactor was studied. The bioreactor consisted of a 50 mL-stirred tank where intact cells of Saccharomyces cerevisiae, containing invertase in the cell wall, are retained inside the reactor by a microfiltration membrane (Øpore 0.45µm). The flat sheet membrane is fixed at the bottom of the device. The reactor configuration is similar to a continuous stirred tank reactor (CSTR). Initially, the influence of sucrose and enzyme concentration was evaluated through a series of experiments in order to determine the suitable levels of these variables. Sucrose was set to 500 mM and enzyme set to 1 mg/mL. This allowed the work to continue by means of experimental factorial designs. It was utilized a 23 full experimental design followed by a 2nd order statistical design and, the surface response methodology in order to evaluate the influence of volume feeding rate of the substrate, temperature and pH on fructose productivity and sucrose conversion. The values were obtained during the reactor operation. The average operation time was trom 8 to 9 hours for all evaluated conditions. From the statistical analysis, it was concluded that the linear and quadratic effects of temperature and flow rate on the results were the most significant with 95% of confidence. The optimum conditions found for this bioprocess were volume feeding rate between 0.4 and 1.0 mL/min and temperature of 51°C. The degree of conversion of sucrose obtained experimentally was 95%, in the following experimental conditions: cell concentration of 1mg/mL, temperature of 51°C, pH 5.5; sucrose concentration of 500 mM and feeding rate of 1.0 mL/min. For this operational condition it was obtained a productivity of about 0.6 mmol fructose/h.mg invertase. The deviation between the predicted values by the statistical model and the experimental data was 3%. Based on the results obtained in this work, it can be concluded that this conception of bioreactor is efficient for the bioconversion of sucrose and, a continuous membrane reactor process is very promising for the development of this kind of enzymatic process.