ABSTRACT Hydrothermal pretreatment (HPT) allows the solubilization of the hemicellulose, leading to increased biodegradability for microorganisms. This paper presents a study based on the evaluation of the variables time (12 to 60 min), temperature (80 to 200°C), and solid/liquid ratio (4 to 8 g mL-1) for the HPT (autohydrolysis) of synthetic poultry litter (rice straw: poultry manure 1:5) using the Doehlert matrix. Twelve HPT conditions followed by anaerobic digestion were evaluated with a focus on methane production. Firstly, tests were conducted to evaluate biogas production in a single stage in a single reactor, where both the acidogenic and methanogenic phases occur. Subsequently, tests were conducted to evaluate biogas production in a two-stage, consisting of separating hydrogen and methane production phases. The best performance of the biochemical potential of methane was the conditions 6 (24 min, 120 °C, and solid-liquid ratio = 4) in a single stage and 3 (48 min, 160 °C, and SLR = 8) in a two-stage, producing 255.6 and 277.6 NmL CH4gVS-1, respectively. Using the desirability criteria, two hydrothermal pretreatment (HPT) conditions were evidenced/ condition 1 in two stages (12 min, 80 °C, and SLR = 4)- (D1-2S) and condition two in two stages (12 min, 98 °C, and SLR = 4) - (D2-2S) showed high methane production, 248.9 and 249.3NmL CH4∙gVS-1, respectively.

RESUMO O pré-tratamento hidrotérmico permite a solubilização da hemicelulose, o que leva a um aumento da biodegradabilidade para microrganismos. Este trabalho apresenta um estudo baseado na avaliação das variáveis tempo (12 a 60 min), temperatura (80 a 200 °C) e relação sólido/líquido (4 a 8 g mL-1) para o pré-tratamento hidrotérmico (auto-hidrólise) de cama de frango sintética (palha de arroz: esterco de frango 1:5) utilizando a matriz Doehlert. Doze condições de pré-tratamento seguidas de digestão anaeróbica foram avaliadas com foco na produção de metano. Primeiramente, foram realizados testes para avaliar a produção de biogás em uma única etapa, realizada em um único reator, no qual ocorrem tanto a fase acidogênica quanto a metanogênica. Posteriormente, foram realizados testes para avaliar a produção de biogás em estágio duplo, consistindo na separação das fases de produção de hidrogênio e metano. O objetivo deste trabalho foi definir as melhores condições para a auto-hidrólise do resíduo, visando aproveitá-lo para a produção de metano. As condições experimentais com melhor desempenho do potencial bioquímico do metano foram as condições 6 (24 min, 120 °C e SLR = 4) em único estágio e 3 (48 min, 160 °C e SLR = 8) em duplo estágio que produziram 255,6 e 277,6 NmL CH4∙gVS-1, respectivamente. Usando o critério de desejabilidade, duas condições de pré-tratamento hidrotérmico (HPT), a condição 1 de desejabilidade em dois estágios (12 min, 80 °C e SLR = 4)- (D1-2S) e a condição dois de desejabilidade em dois estágios (12 min, 98 °C e SLR = 4) - (D2-2S) apresentaram alta produção de metano em dois estágios, 248,9 e 249,3 NmL CH4∙gVS-1, respectivamente.

Abstract Sugars released by thermochemical pretreatment of lignocellulosic biomass are possible substrate for hydrogen production. However, the major drawback for bacterial fermentation is the toxicity of weak acids and furan derivatives normally present in such substrate. This study aimed to investigate the metabolism involved in hydrogen production by the isolate Enterobacter LBTM2 using 10, 20 and 30-fold diluted synthetic (SH) and sugarcane bagasse hemicellulose (SBH) hydrolysates. In addition, the effects of acetic acid, formic acid and furfural on the bacterial metabolism, as well as detoxification of SBH with activated carbon and molecularly imprinted polymers on the hydrogen production were assessed. The results showed the best hydrogen yield was 0.46 mmol H2/mmol sugar for 20-times diluted SH, which was 2.3-times higher than obtained in SBH experiments. Bacterial growth and hydrogen production were negatively affected by 0.8 g/L of acetic acid when added alone, but were totally inhibited when formic acid (0.4 g/L) and furfural (0.3 g/L) were also supplied. However the maximum hydrogen production of SBH20 has duplicated when 3% of powdered activated carbon was added to the SBH experiment. The results presented herein can be helpful in understanding the bottlenecks in biohydrogen production and could contribute towards development of lignocellulosic biorefinery.

RESUMO Fármacos e desreguladores endócrinos são encontrados em águas naturais brasileiras, incluindo alguns mananciais de abastecimento, também em função da baixa cobertura de coleta e tratamento de esgotos no Brasil. Nesse cenário, o presente trabalho intentou avaliar a remoção de três fármacos - sulfametoxazol (SMX), diclofenaco (DCF) e 17β-estradiol (E2) - em água destilada por meio da oxidação com cloro (hipoclorito de sódio), variando-se a dose de cloro e o tempo de contato em ensaios de batelada. As soluções cloradas foram analisadas, ainda, por cromatografia acoplada à espectrometria de massas para identificação de eventuais subprodutos de oxidação. Para tempo de contato de 10 min e dose de cloro de 1,5 mg.L-1, foi observada remoção média de 61% para DCF, 36% para E2 e 33% para SMX. Apenas para o DCF verificou-se diferença estatisticamente significativa (α=0,05) para dose de cloro de 3,0 mg.L-1. A oxidação seguiu modelo cinético de pseudossegunda ordem, com valores de k2 de 0,0168 L.µg.min-1 para SMX (para ambas doses testadas), de 0,0133 e 0,0798 L.µg.min-1 para DCF, e de 0,0326 e 0,0289 L.µg.min-1 para E2, para doses de cloro de 1,5 e 3,0 mg.L-1, respectivamente. Por fim, verificou-se que o aumento do tempo de contato favoreceu a oxidação dos fármacos, ainda que com a perspectiva de formação de subprodutos para SMX e E2.

ABSTRACT Pharmaceuticals and endocrine disrupting compounds are found in Brazilian natural waters, including some water sources for public supply, also due to the low coverage of sewage collection and treatment in Brazil. This study investigated the removal of three pharmaceutical compounds - sulfamethoxazole (SMX), diclofenac (DCF) and 17β-estradiol (E2) - from aqueous solutions by means of chlorine oxidation (sodium hypochlorite) by varying the dose of chlorine and contact time in batch tests. The chlorine solutions were examined by chromatography attached to the mass spectrometry in order to identify the oxidation by-products. For 10 min contact time, mean removal values of 61% were observed for DCF; 36% for E2; and 33% for SMX, when the chlorine dose was 1.5 mg L-1. Just for DCF there was a statistically significant difference (α=0.05) in the removal efficiency when increasing the chlorine dose to 3.0 mg.L-1. The oxidation followed the kinetic model of pseudo-second order, with k2 values of 0.0168 L.µg.min-1 for SMX (at both chlorine doses tested); 0.0133 and 0.0798 L.µg.min-1 to DCF; and 0.0326 and 0.0289 L.µg.min-1 to the E2 at chlorine doses of 1.5 and 3.0 mg L-1, respectively. Finally, it was verified that an increase of the contact time favored the oxidation of all pharmaceuticals tested, although with the perspective of by-products formation for SMX and E2.

The technological bottleneck for the application of heterogeneous photocatalysis with titanium dioxide (TiO2) is the retention and reuse of the catalyst, which brings opportunities for studying techniques for its immobilization on solid supports. The main objective of this paper was to test different methods to effectively immobilize TiO2 on granular activated carbon (GAC), crushed ceramic material (CCM) and zeolite (ZEO) in order to use the catalyst for sulfamethoxazole (SMX) removal from aqueous solutions. For this, three TiO2 immobilization methods (1-immersion of the support in TiO2 slurry; 2-covering by sol-gel synthesis using titanium isopropoxide; 3- impregnating the support with white wall paint doped with TiO2) were tested and the resulting catalyst were characterized and evaluated for SMX removal. The results showed that GAC was the best support and that its immersion in a 50% (w/v) TiO2 suspension was the best immobilization method. Photodegradation assays with such catalyst carried out with 10 mg.L-1 of the antibiotic sulfamethoxazole (SMX) led to 90% of removal of this pharmaceutical after 3.5 hours, which was ~38% higher than the UV photolysis at the same contact time.

The optimization of the anaerobic degradation of the azo dye Remazol golden yellow RNL was performed according to multivariate experimental designs: a 2² full-factorial design and a central composite design (CCD). The CCD revealed that the best incubation conditions (90% color removal) for the degradation of the azo dye (50 mg L- 1) were achieved with 350 mg L- 1 of yeast extract and 45 mL of anaerobic supernatant (free cell extract) produced from the incubation of 650 mg L- 1 of anaerobic microorganisms and 250 mg L- 1 of glucose. A first-order kinetics model best fit the experimental data (k = 0.0837 h- 1, R² = 0.9263).

In this work, the efficiency of clarification treatment (coagulation, flocculation and sedimentation) with polyaluminum chloride (PAC) and aluminum sulfate (SA) as coagulants was evaluated in the removal of 7 microcontaminants (diclofenac - DCF, sulfamethoxazole - SMX, ethinylestradiol - EE2, bisphenol-A - BPA, estradiol - E2, estrone - E1 and estriol - E3) in water of low and high turbidity. The clarification treatment led to poor removal rates (40% at most) for all microcontaminants except SMX which exhibited intermediate removal efficiency (67 to 70%). Overall, PAC application yielded better performance compared to SA.

Foi desenvolvido e validado um método para determinação de três perturbadores endócrinos (estradiol, etinilestradiol e bisfenol A) e cinco produtos farmacêuticos (sulfametoxazol, trimetoprima, diclofenaco, bezafibrato e miconazol) em amostras de esgoto bruto, utilizando extração em fase sólida (SPE) e cromatografia líquida à espectrometria de massas em alta resolução (HPLC-HRMS) com ionização por eletrospray, nos modos positivo e negativo. Foi utilizado na extração em fase sólida um cartucho de troca iônica forte (Strata SAX) e um cartucho contendo divinilbenzeno-pirrolidona, para reduzir os níveis dos alquilbenzeno-sulfonados de cadeia linear (LAS) e para concentrar os analitos de interesse das amostras de esgoto. A influência do efeito matriz na eficiência da ionização, a recuperação da EFS e a sensibilidade do método foi identificada e quantificada. O método foi aplicado com sucesso na determinação dos analitos em amostras de esgoto coletadas na entrada da estação de tratamento de efluentes (ETE) do Arrudas em Belo Horizonte, MG, Brasil.

A new method for the determination of three endocrine disrupters (estradiol, ethinyl estradiol, and bisphenol A) and five pharmaceuticals (sulfamethoxazole, trimethoprim, diclofenac, bezafibrate and miconazole) in raw sewage samples using tandem solid phase extraction (SPE) sorbents and high-performance liquid chromatography-negative and positive electrospray high-resolution mass spectrometry (HPLC-HRMS) was developed and validated. The SPE procedure used both a strong ion exchange sorbent (SAX) and a modified divinylbenzene-pyrrolidone SPE sorbent to reduce the levels of linear alkylbenzene sulfonate (LAS) and to concentrate the analytes of interest from the sewage samples. The influence of matrix composition on the ionisation efficiency, the SPE recoveries, and the sensitivity of the method was identified and quantified. The method was successfully applied to the determination of analytes in raw sewage samples collected from the entrance of the Arrudas Sewage Treatment Plant, Belo Horizonte, Brazil.

O objetivo deste trabalho foi caracterizar os efluentes gerados em cabines de pintura de uma indústria moveleira e avaliar a eficiência de sistemas biológicos (anaeróbio e aeróbio) para o seu tratamento. O efluente industrial apresentou elevado teor de matéria orgânica (DQO total de 634 a 2.790 mg.L-1; DBO5 total de 360 a 972 mg.L-1) e baixos teores de macronutrientes (NTK de 1,9 mg.L-1 e Ptotal de 0,5 mg.L-) e metais tóxicos. Os ensaios de tratabilidade em reator UASB (~25ºC e tempo de detenção hidráulica - TDH = 10 horas), indicaram uma eficiência máxima de remoção de matéria orgânica de 90% na composição volumétrica 70:30 (efluente industrial:esgoto sanitário). A alimentação do reator UASB só com efluente industrial resultou em acúmulo de ácidos graxos voláteis e inibição microbiana, mas o uso de pós-tratamento aeróbio (TDH = 96h) garantiu elevada eficiência global (~88%) de remoção de matéria orgânica.

The main objective of this work was to characterize the wastewater from the dying hood of a woven furniture industry, and to assess the efficiency of biological processes (anaerobic and aerobic) for its treatment. The physical-chemical characterization of the industrial wastewater showed a high organic matter content (total COD from 634 to 2,790 mg.L-1; total BOD5 from 360 to 972 mg.L-1), low content of macronutrients (NTK of 1.9 mg.L-1 and P of 0.5 mg.L-1) and toxic metals. The anaerobic degradation tests in a bench-scale UASB reactor (25ºC and hydraulic retention time - HRT = 10 hours) showed that a maximum removal efficiency of 90% was obtained when the reactor was fed with 30% raw sewage and 70% industrial wastewater. The feeding of UASB reactor with only industrial wastewater resulted in volatile fatty acids accumulation and microbial inhibition; however, the use of aerobic post-treatment (HRT = 96 hours) granted a high (~88%) organic matter removal efficiency.

O tratamento biológico de águas residuárias é realizado por microrganismos que utilizam determinado substrato para obtenção de energia e crescimento celular através de reações de oxidação-redução e fermentação. Esses mecanismos podem ser expressos por meio de reações estequiométricas desenvolvidas a partir de princípios da termodinâmica. As reações são dependentes dos compostos doadores e aceptores de elétrons. As equações balanceadas resultantes permitem estimar as necessidades de nutrientes, a variação de pH/alcalinidade, a produção de biomassa e gases e o coeficiente de produção celular associados aos sistemas biológicos de tratamento. Esta nota técnica descreveu a metodologia para cálculo estequiométrico de reações bioquímicas usando princípios de bioenergética, apresentando exemplos para diferentes substratos e aceptores de elétrons.

Biological wastewater treatment is performed by microorganisms by means of oxidation-reduction and fermentation reactions that release energy for growth and maintenance. These processes can be represented by stoichiometric reactions developed based on thermodynamic principles. Reactions are dependent on the compounds used as electron donor and acceptor. The overall stoichiometric reactions allow estimations of nutrient requirements, alkalinity/pH changes, biomass and gas production, and yield coefficient. This article described a methodology for stoichiometry calculations using bioenergetic principles, presenting examples with different substrates and electron acceptors.

O presente trabalho caracterizou e avaliou a tratabilidade dos efluentes líquidos produzidos no campus da Universidade Federal de Ouro Preto. Os parâmetros físico-químicos mostraram que o efluente do campus possui uma característica típica a dos esgotos domésticos, com valores médios de DBO5 total, DQO total, NTK e P total de 300 mg.L-1, 670 mg.L-1, 56 mg.L-1 e 6 mg.L-1 respectivamente. Dos metais monitorados somente o Fe (0,847 mg/L), Al (0,355 mg/L) e Zn (0,389 mg/L) estavam presentes em maiores concentrações, mais ainda assim, tais concentrações eram inferiores aos va-lores considerados tóxicos para microrganismos. Os testes de biodegradabilidade mostraram que, a despeito da potencial presença de compostos orgânicos tóxicos, o efluente final pode ser biodegradado aerobiamente (97% de eficiência, K1app = 1,73 d-1) e anaerobiamente (50% de eficiência, AME = 0,0579 gDQO CH4/gSSV.d).

The aim of this study was to characterize and evaluate the tratability of wastewater produced in the campus of the Federal University of Ouro Preto (UFOP). The physical-chemical parameters showed the wastewater from the campus had characteristics of typical domestic wastewater, with average values of total BOD, total COD, Kjeldahl Nitrogen and total phosphorus of 300 mg.L-1, 670 mg.L-1, 56 mg.L-1 e 6 mg.L-1 respectively. Only the metals Fe (0,847 mg/L), Al (0,355 mg/L) and Zn (0,389 mg/L) were present in higher concentration, nonetheless, such concentrations were below the thresholds limits for microbial toxicity. The biodegradability tests showed that despite the potential presence of toxic organic compounds, the wastewater could be degraded aerobically (97% efficiency, K1app = 1,73 d-1) and anaerobically (50% efficiency, AME = 0,0579 gDQO CH4/gSSV.d).

Esse artigo apresenta uma revisão sobre os diferentes protocolos para a determinação da atividade metanogênica específica (AME) de lodos anaeróbios. Os protocolos propostos se diferem tanto em relação aos procedimentos adotados para a incubação do lodo, quanto ao método utilizado para quantificação do metano produzido durante o teste. São discutidos os princípios dos métodos manométricos e volumétricos, e descritos brevemente os protocolos de incubação do lodo, de medição do metano e o procedimento para cálculo da AME obtida pelos métodos mais utilizados pela comunidade científica nacional.

This paper presents a review on the different methodologies to determine the specific methanogenic activity (SMA) of anaerobic sludges. The protocols available in the literature differ not only regarding the procedures adopted to incubate the sludge, but also in relation to the method utilized to quantify the methane produced during the test. This paper discusses the principles of manometric and volumetric methods, and briefly describes the protocols mostly used by the Brazilian research community for sludge incubation, methane measurement and calculation of SMA.

Este artigo apresenta resultados de testes laboratoriais que investigaram a influência dos íons cloreto, amonium, ferro e sulfeto no teste de demanda química de oxigênio (DQO), bem como valores dos coeficientes de conversão da matéria orgânica específica (proteínas, carboidratos e lipídeos) determinados empiricamente. O artigo apresenta, ainda, resultados da comparação dos métodos colorimétrico e titulométrico de determinação da DQO e faz uma discussão crítica do uso do teste de DQO como parâmetro de monitoramento da eficiência de sistemas de tratamento anaeróbio.

This paper presents practical results on the influence of chloride, amonium, sulphide and iron on the chemical oxygen demand (COD) test, as well as experimental values of stoichiometric coefficients to convert the specific organic matter (protein, carbohydrate and lipid) into COD. The paper also presents results that compare the titrimetric and colorimetric methods used to measure the COD and makes a critical analysis of the use of COD test as a tool to monitor the efficiency of anaerobic treatment systems.

Este artigo apresenta uma visão integrada das principais causas de acúmulo de ácidos graxos voláteis (AGVs) em reatores anaeróbios. O acúmulo de acetato observado durante as condições de choque de carga e/ou estresse ocorre provavelmente devido às limitações cinéticas dos microrganismos metanogênicos, que é acentuada com a redução do pH. O acúmulo de acetato e hidrogênio na fase líquida pode, por sua vez, desencadear limitações termodinâmicas e conseqüente acúmulo de propionato e butirato. A manutenção de condições ideais de crescimento dos microrganismos metanogênicos é uma estratégia de controle para reduzir o acúmulo de acetato, embora não seja efetiva em reduzir a concentração de hidrogênio dissolvida ao ponto em que não haja limitação sintrófica. As estratégias para mitigação das limitações termodinâmicas poderiam envolver a regulação da concentração de acetato através do uso de resinas ou membranas, e a separação espacial de microrganismos através da granulação ou tratamento em duas fases.

This paper presents an integrated approach of the main reasons for the accumulation of volatile fatty acids (VFAs) in anaerobic reactors. The build up of acetate during shock loads and/or stress conditions is likely to occur due to kinetic limitations of methanogenic microrganisms, which is enhanced by pH reduction. Acumulation of acetate and hydrogen in the liquid phase will set the stage for the accumulation of other VFAs, such as propionate and butyrate, due to thermodynamic inhibition. By mantaining the ideal growth conditions for the methanogens it may be possible to reduce the acetate build up, although it may not be effective in reducing the concentration of dissolved hydrogen so that thermodynamic inhibition is avoided. The strategies to mitigate themodynamic inhibition could involve regulation of acetate by means of membrane or resins, and spacial separation of microrganisms by granulation or staging.