RESUMO Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de um sistema constituído de reator UASB seguido de pós-tratamento com reator de lodo granular aeróbio (LGA) no tratamento de água residuária de suinocultura (ARS) para fins de disposição em solo arenoso. Para tanto, foram avaliadas as características do efluente tratado e do solo proveniente de um local de disposição, assim como foram determinados os parâmetros de mobilidade de contaminantes como coeficiente de dispersão, dispersividade, fator de retardamento e número de Péclet. A ARS tratada foi percolada em regime de fluxo permanente em colunas de solo saturado. Foram geradas curvas de eluição (breakthrough curves), obtendo-se os parâmetros de transporte do ajuste da equação de transporte de solutos no solo. O solo utilizado foi caracterizado como neossolo quartzarênico com textura arenosa. Foi observado que, apesar de o tratamento UASB-LGA apresentar altas eficiências de remoção para demanda química de oxigênio, demanda bioquímica de oxigênio, sólidos suspensos totais, nitrogênio e fósforo, a ARS tratada ainda não atendia a alguns parâmetros de lançamento em corpos hídricos ou disposição no solo previstos na legislação vigente. Com exceção do fosfato e do potássio, os íons apresentaram tendência à movimentação no solo e à contaminação do lençol freático.

ABSTRACT This work aimed to evaluate the efficiency of a system composed of a UASB reactor followed by post-treatment with an aerobic granular sludge reactor (AGS) in the treatment of swine wastewater (SW) for disposal in sandy soil. The characteristics of the treated effluent and the soil from a disposal site were evaluated, as well as the parameters of mobility of contaminants such as dispersion coefficient (D), dispersivity (λ), delay factor (R), and Péclet number (Pe) were determined. Treated SW was percolated in a permanent flow regime in columns of saturated soil. Elution curves (breakthrough curves) were generated, obtaining the transport parameters by adjusting the solute transport equation in the soil. The soil used was characterized as a quartzene soil with a sandy texture. It was observed that, although the treatment presents high removal efficiencies for COD, BOD, TSS, nitrogen, and phosphorus, the treated SW still did not meet some parameters for surface water discharge or soil disposal based in current legislation. Except for phosphate and potassium, ions showed a tendency to move in the soil and to contaminate the groundwater.

Resumo Em um cenário de crises hídricas cada vez mais frequentes, o uso de águas residuárias tratadas (ART) aparece como uma importante ferramenta de gerenciamento hídrico, sendo desenvolvidos em todo o mundo padrões de qualidade a fim de garantir a segurança na utilização de ART. Nesse contexto, é preciso garantir a confiabilidade das estações de tratamento de esgoto (ETE). A confiabilidade vem sendo utilizada para prever a probabilidade de alcance dos padrões estabelecidos ou para determinar a concentração de projeto necessária para esse atingimento. O presente trabalho teve como objetivo a associação do conceito de confiabilidade ao estudo de ETEs de uma indústria siderúrgica, no tocante à produção de água para reúso. Para tanto, foi utilizado o método desenvolvido por Niku et al. (1979) e utilizado por Oliveira and Von Sperling (2008) para a determinação do coeficiente de confiabilidade, das concentrações médias de projeto e do percentual de atendimento aos parâmetros exigidos pela legislação de 3 ETEs que tratam efluentes industriais e 1 ETE que trata efluente sanitário. Os percentuais de cumprimento da legislação para a maioria dos parâmetros foram iguais ou próximos a 100% indicando um excelente desempenho das 4 ETEs, podendo inclusive permitir a adoção de níveis de confiabilidade ainda mais elevados. Portanto, os estudos de confiabilidade em conjunto com a modelagem da dispersão de contaminantes no solo mostraram-se uma abordagem muito interessante para projetos relacionados ao uso não potável de águas residuárias tratadas em indústrias siderúrgicas.

Abstract In a scenario of increasingly frequent water crises, the use of treated wastewater is an important water management tool, with quality standards being developed worldwide to ensure safety in such practices. In this context, it is necessary to guarantee the reliability of wastewater treatment plants (WWTP). Reliability has been used to predict the probability of reaching the established standards or determine the design concentrations required to achieve them. This study associated the reliability concept with the study of WWTP in the steel industry, focusing on water use. The method developed by Niku et al. (1979) and used by Oliveira and Von Sperling (2008) was used to determine the coefficient of reliability, the mean project concentrations, and the percentage of compliance with the parameters required by the legislation of 3 WWTPs that treat industrial effluents and 1 WWTP that treats sanitary effluent. The percentages of compliance with legislation for most parameters were equal to or close to 100%, indicating an excellent performance of the 4 WWTPs, which could even allow the adoption of even higher levels of reliability. Therefore, the reliability studies together with a modeling of the contaminants’ dispersion in the soil proved to be a very interesting approach for projects related to non-potable uses of treated wastewater in steel industries.

RESUMO Este trabalho teve como objetivo realizar um estudo de modelagem da dispersão de contaminantes no solo com águas residuárias produzidas e tratadas em uma indústria siderúrgica. Para isso, foram realizados ensaios de coluna de lixiviação utilizando amostras de solo coletadas nas áreas dentro da indústria onde aconteceria o reúso das águas residuárias tratadas nas estações de tratamento da própria siderúrgica. Com base nos ensaios, foram geradas curvas de eluição (breakthrough curves), para análise da mobilidade dos contaminantes no solo, e obtidos os parâmetros de transporte (coeficiente de dispersão, retardamento e dispersividade). As águas residuárias produzidas na siderúrgica apresentam baixas concentrações de metais pesados após o tratamento realizado, sendo apenas o ferro e o zinco, contaminantes de maior preocupação para a disposição no solo. Os solos analisados, com elevado percentual de areia, demonstraram ineficiência na retenção dos contaminantes presentes, aumentando os riscos de contaminação da água subterrânea. Conclui-se que, para a indústria siderúrgica realizar o reúso não potável das águas residuárias, deve-se associar este a técnicas de manejo e conservação do solo que aumentem a capacidade do solo em adsorver contaminantes, ou de impermeabilização na área de resfriamento de placas.

ABSTRACT This research aimed to carry out a modeling study on the dispersion of contaminants in the soil with wastewater produced and treated in a steel industry. For this purpose, column leaching tests were performed using soil samples collected in areas inside the industry where the reuse of treated wastewater would occur. Based on the tests, elution curves (breakthrough curves) were generated to analyze the mobility of contaminants in the soil, and transport parameters were obtained (dispersion coefficient, delay, and dispersivity). The wastewater produced in the steelworks has low concentrations of heavy metals after the wastewater treatment is carried out, with only iron and zinc posing a risk for wastewater disposal. The analyzed soils, with a high percentage of sand, showed a low retention capacity for the contaminants present, increasing the risks of groundwater contamination. Therefore, the non-potable reuse of treated wastewater is possible in the steel industry, but it must be associated with soil management and conservation techniques that increase the capacity of the soil to adsorb its contaminants or the impermeabilization in the area of plate cooling.

Resumo Este trabalho tem como objetivo avaliar a confiabilidade de Lagoas de Estabilização e propor uma abordagem alternativa à concepção destes sistemas baseada no cálculo do coeficiente de confiabilidade (CDC) com base numa medida aceitável de violação das normas de lançamento. Para tal, foram coletados dados de 10 sistemas em escala real que operam no Nordeste do Brasil. Todos os sistemas recebem efluentes predominantemente domésticos e são compostos por uma lagoa facultativa e duas lagoas de maturação em série. Foram considerados diferentes níveis de restrição para o lançamento de efluentes no que diz respeito aos parâmetros: DBO, DQO, Sólidos Suspensos Totais, Amônia total e Coliformes Termotolerantes. A Função de Distribuição de Probabilidade Log-normal (FDP) mostrou-se apta para representar o comportamento dos dados de concentração no efluente e, portanto, permitiu o cálculo do CDC. O CDC foi obtido a partir do coeficiente de variação (CV) das concentrações e da variável normal padronizada associada a uma probabilidade de 95% de não excedência. A dispersão observada dos resultados de CDC revelou-se prejudicial à adopção de um único valor para os parâmetros avaliados. Além disso, a comparação entre a concentração observada e a concentração de projeto/operacional para um desempenho ótimo mostrou que o cenário de 95% de confiabilidade representa um objetivo pouco factível para os sistemas de lagoas de estabilização.

Abstract This paper assesses the reliability of Waste Stabilization Ponds (WSP) and proposes an alternative approach to WSP design based on the calculation of coefficient of reliability (COR) from an acceptable measure of violation of discharge standards. For that, data were collected from 10 full-scale systems operating in Northeast Brazil. All systems receive predominantly domestic effluent and are composed of one facultative pond and two serial maturation ponds. Different levels of restriction for effluent discharge were considered regarding the parameters: BOD, COD, total suspended solids, ammonia and thermotolerant coliforms. The Log-normal Probability Distribution Function (PDF) was able to represent the behavior of the concentration data in the effluent and, therefore, allowed the COR calculation. The COR was obtained from the coefficient of variation (CV) of the concentrations and the standardized normal variable associated with a 95% probability of non-exceedance. The observed dispersion of the results proved to be detrimental to the adoption of a single COR value for the evaluated parameters. In addition, the comparison between observed and design/operational concentration for optimal performance showed that the 95% reliability scenario represents a less achievable target for WSP systems.

RESUMO Os ácidos carboxílicos (ACs) são componentes químicos de base produzidos principalmente a partir da plataforma petroquímica. Entretanto, em razão de impactos ambientais, risco de escassez e elevados preços do petróleo, a produção biológica de AC por meio da digestão anaeróbia de recursos renováveis de baixo custo, como resíduos orgânicos das atividades agroindustriais, vem recebendo atenção crescente. Nesse contexto, o presente artigo objetiva discutir o processo de digestão anaeróbia aliada ao alongamento de cadeia carboxílica, a fim de orientar tomadas de decisão, como, por exemplo, escolha do substrato e definição das condições ambientais e dos parâmetros operacionais. Em geral, as condições que apresentam melhor viabilidade para produção de ácidos carboxílicos de cadeia média (ACCM) são: pH próximo a 6,0; temperatura mesofílica, já que oferece maior estabilidade operacional e os rendimentos obtidos em condições termofílicas não se mostram muito superiores; pressão parcial de hidrogênio (PPH) próxima a 10-5 aliada à limitação de CO2; tempo de residência celular (θc) inferior a 5 dias; e tempo de detenção hidráulica (TDH) baixo para sistemas contínuos. Uma das configurações mais promissoras é o uso de sistemas de dois estágios utilizando baixo pH como inibidor da metanogênese e extração de ACs em linha, para evitar a inibição devido à toxicidade dos produtos.

ABSTRACT Carboxylic acids (CA) are basic chemical components produced mainly through the petrochemical platform. However, due to environmental impacts, risk of scarcity and high petroleum prices, organic production of CA from the anaerobic digestion of low-cost renewable resources, such as organic wastes from agro-industrial activities, has been receiving increasing attention. In this context, the present paper aims to discuss the process of anaerobic digestion allied to the carboxylic chain elongation process, in order to guide decision making such as substrate choice, definition of environmental conditions, and operational parameters. In general, the conditions that present the best viability for MCCA production are: pH close to 6.0; mesophilic temperature since it offers greater operational stability and the yields obtained under thermophilic conditions are not much higher; hydrogen partial pressure (HPP) close to 10-5 combined with CO2 limitation; solids retention time (θc) < 5 days and low hydraulic retention time (HRT) for continuous systems. One of the most promising configurations is the use of two-stage systems using low pH as a methanogenesis inhibitor and inline CA extraction to avoid inhibition due to product toxicity.

RESUMO Os objetivos do presente trabalho foram realizar uma caracterização físico-química de diferentes águas residuárias agroindustriais (ARA) e aplicar modelos cinéticos de primeira e de segunda ordem para verificar qual deles descreve melhor a progressão da demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e para determinar coeficientes cinéticos aeróbios de remoção da matéria orgânica das ARA. Efetuou-se o ensaio de progressão da DBO pela incubação de ARA em um sistema respirométrico (Oxitop®). Os modelos cinéticos de primeira e de segunda ordem foram avaliados por erro quadrático médio (RMSE), erro quadrático médio normalizado (NRMSE) e critério de informação de Akaike (AIC). A cinética de biodegradação aeróbia das ARA avaliadas ajustou-se melhor ao modelo de primeira ordem em termos de DBO total e solúvel. Na progressão de DBO total, o maior coeficiente de desoxigenação de primeira ordem (k’) foi o da água residuária de abatedouro - ARB (0,56 d-1) - e o menor foi o da água residuária de suinocultura - ARS (0,16 d-1). Os coeficientes de desoxigenação determinados no presente trabalho mostraram-se representativos, podendo ser utilizados para a simulação de processos de degradação da matéria orgânica em condições aeróbias.

ABSTRACT The aim of the present work was to perform a physicochemical characterization of different agroindustrial wastewaters (AIW), to apply first and second order kinetic models to verify which one best describes the progression of the biochemical oxygen demand (BOD) and to determine the aerobic kinetics coefficients of organic matter removal from AIW. The BOD progression assay was performed from the incubation of AIW in a respirometric system (Oxitop®). The first and second order kinetic models were evaluated by mean square error (RMSE), normalized mean square error (NRMSE), and Akaike Information Criterion (AIC). The aerobic biodegradation kinetics of the AIW evaluated was better fitted to the first order model in terms of total and soluble BOD. In the total BOD progression, the highest coefficient of first-order deoxygenation (k ') was that of slaughterhouse wastewater (SW; 0.56 d-1) and the lowest was that of swine wastewater (SSW; 0.16 d-1). The deoxygenation coefficients determined in the present work were representative, and can be used for the simulation of degradation processes of organic matter under aerobic conditions.

RESUMO Este estudo objetivou avaliar a formação da biomassa de boa qualidade tanto no reator anaeróbio compartimentado (RAC) quanto no reator anaeróbio de manta de lodo (UASB), aplicando parâmetros adequados à sedimentação dos sólidos sedimentáveis (SS) presentes na água residuária de suinocultura (ARS). O RAC e o UASB operaram em série com os tempos de detenção hidráulica (TDHs) de 15 e 9h, respectivamente, correspondendo a cargas orgânicas volumétricas (COVs) médias de 53,8 e 36,2 kg.m³.d¹ em termos de DQOT, respectivamente. As eficiências médias de remoção de DBO520°C, durante o processo de partida e formação da biomassa, foram: 68% para RAC e 55% para UASB, e em termos de DQO: 78% para RAC e 70% para UASB, respectivamente. Os autores concluíram que é possível, mediante os parâmetros de sedimentação adotados, formar uma biomassa peletizada, mesmo operando o sistema com altas cargas orgânicas.

ABSTRACT This study aimed to evaluate anaerobic biomass formation in anaerobic baffled reactor (ABR) and sequentialy in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, using the solids liable to sedimentation present in swine wastewater (SW). The ABR and UASB reactors operated in series with hydraulic retention times (HRT) of 15 and 9. The average volumetric organic loading rates (VOLR) was about 53.8, and 36.2 kg.m-3 d¹ in terms of total COD, respectively. The average removal efficiencies, during the starting up process and biomass formation concernig BOD520°C about 68% (ABR) and 55% (UASB), and in terms of COD about 78% (ABR) and 70% (UASB), respectively. The authors concluded that it is possible, using the sedimentation parameters adopted, to form a granulated biomass, even operating with high organic loadings.

O presente estudo avaliou o tratamento das águas residuárias do processamento por via úmida do café (ARC) em sistema de tratamento anaeróbio em escala de laboratório. O sistema utilizado foi composto de um tanque de acidificação e equalização (TAE), um trocador de calor, um reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB), um equalizador de pressão e um gasômetro. Os valores de vazão mínimos e máximos foram: 0,004 a 0,037 m³ d-1 e os valores da carga orgânica volumétrica (COV) foram 0,14 a 20,29 kgCOD m-3 d-1, respectivamente. Os parâmetros cinéticos encontrados durante a biodegradação anaeróbia da ARC com concentração mínima de compostos fenólicos de 50 mg L-1, foram: Y = 0,37 mgSTV (mgCODremoved)-1; Kd= 0,0075 d-1; Ks = 1.504 mg L-1 e µmax = 0,2 d-1. O perfil de lodo no reator apresentou valores ST de 22.296 a 55.895 mg L-1 e de STV de 11.853 a 41.509 mg L-1, demonstrando o crescimento gradativo da biomassa no reator durante o tratamento, mesmo na presença de compostos fenólicos na concentração anteriormente mencionada.

This study evaluated the treatment of wastewater from coffee wet processing (WCWP) in an anaerobic treatment system at a laboratory scale. The system included an acidification/equalization tank (AET), a heat exchanger, an Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor (UASB), a gas equalization device and a gas meter. The minimum and maximum flow rates and volumetric organic loadings rate (VOLR) were 0.004 to 0.037 m³ d-1 and 0.14 to 20.29 kgCOD m-3 d-1, respectively. The kinetic parameters measured during the anaerobic biodegradation of the WCWP, with a minimal concentration of phenolic compounds of 50 mg L-1, were: Y = 0.37 mgTVS (mgCODremoved)-1, Kd = 0.0075 d-1, Ks = 1.504mg L-1, µmax = 0.2 d-1. The profile of sludge in the reactor showed total solids (TS) values from 22,296 to 55,895 mg L-1 and TVS 11,853 to 41,509 mg L-1, demonstrating a gradual increase of biomass in the reactor during the treatment, even in the presence of phenolic compounds in the concentration already mentioned.

This work evaluated the potential of the acidification equalization tank (AET) used as a primary treatment unit, treating the hog farming wastewater. The treatment system consisted of a degritter with a triangular-notch weir, for measuring the flow, a static sieve, and an acidification and equalization tank (AET), an anaerobic baffled reactor (ABR), an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, a settling tank, a greenhouse for fertirrigation and two infiltration ponds. The AET had a net capacity of 8,000 liters, internally covered with asphalt blanket, worked based on surface loading rates application. The unit operated continuously, with its flow varying from 0.1 to 10 L s-1. To determine the efficiency, the following parameters were measured: pH; COD; BOD; volatile and fixed solids; settleable solids; total, intermediate and partial alkalinity and total acidity. The COD removal varied from 5 to 20%. The average pH was 7.3 and the total, intermediate and partial alkalinity in the effluent, were 1919, 846, 1197 mg L-1, respectively. The total acidity in the effluent was 34 mg L-1. The influent and effluent total BOD and oil & grease concentrations were 3436 and 3443 mg L-1, and 415 and 668 mg L-1, respectively. It was found that the AET worked properly concerning the acidification, equalization and sedimentation processes, confirming low cost of implementation and easy operation, when compared to other traditional decanters.

This study investigated the microbiology of a hybrid anaerobic reactor (HAR) in the removal of pollutant loads. This reactor had the same physical structure of an UASB reactor, however with minifilters inside containing two types of support material: expanded clay and gravel. Two hydraulic retention times (HRT) of 24h and 18h were evaluated at steady-state conditions, resulting in organic loading rates (OLR) of 0.032 and 0.018 kgDBO5m-3d-1 and biological organic loading rates (BOLR) of 0,0015 and 0.001 kgDBO5kgSVT- 1d¹, respectively. The decrease in concentration of organic matter in the influent resulted an endogenous state of the biomass in the reactor. The expanded clay was the best support material for biofilm attachment.

The present work aimed at studying the operational parameters of an Anaerobic Hybrid Reactor (AHR) removing organic matter of coffee wastewater with low concentration. The AHR was built similar to an UASB reactor, however the interior was filled with mini-filters composed by two types of support materials: expanded clay and rolled pebble. Three start-ups were accomplished in order to achieve the stationary state (steady-state). Three hydraulic retention times were appraised: 28.5; 24.0 and 18.0 h, obtaining a volumetric loading rate (VLR) of 0.70; 0.56; 0.54 kg COD m-3 d-1 and a biological organic loading rate (BOLR) of 0.0156; 0.0103 and 0.01213 kg BOD5 kg TVS-1 d-1. Due to the decrease in the concentration of organic matter in the influent, the endogen process started to occur on the biomass lowering the methanogenic process.