ABSTRACT The indiscriminate release of nutrients into water bodies can lead to the process of eutrophication of these bodies; thus, the prior removal of nitrogen and phosphorus must be sought. An alternative that can satisfactorily perform this role is Sequential Batch Polishing Ponds (SBPP) post-treatment of upflow anaerobic sludge blanket (UASB). The pH in these ponds tends to rise, leading to ammonia desorption and phosphorus precipitation. Thus, the present work aimed to deepen the study of UASB + LPBS addressing the importance of pH in the removal of nitrogen and phosphorus, and to evaluate the influence of depth and temperature on Hydraulic Detention Time (HRT). LPBS was operated for 12 months in the city of Campina Grande, Paraíba, comprising the hot (HP) and cold (CP) periods, with an average temperature of approximately 25 and 21°C, respectively, and evaluating four lakes, L1, L2, L3, and L4 with depths of 0.2, 0.4, 0.6, and 1.0 m, respectively. The efficient anaerobic treatment allowed the pH increase in the LPBS regardless of the period of the year, and the process was favored at lower depths. Ammonia removal was complete, regardless of depth and time of year, with 3, 7, 10, and 25 days for HP and 6, 14, 18, and 27 days for CP. Phosphorus removal occurred efficiently, especially when shallower ponds were used in both periods, although the process is favored during the HP, resulting in a lower TDH, thus requiring a smaller area in this period.

Resumo O lançamento indiscriminado de nutrientes em corpos hídricos pode levar ao processo de eutrofização desses corpos. Assim, deve-se buscar a remoção prévia de nitrogênio e fósforo. Uma alternativa que pode desempenhar satisfatoriamente esse papel são as lagoas de polimento de bateladas sequenciais (LPBS) no pós-tratamento de upflow anaerobic sludge blanket (UASB), uma vez que nessas lagoas o pH tende a se elevar, podendo acarretar a dessorção de amônia e precipitação de fósforo. Portanto, o presente trabalho objetivou aprofundar o estudo de UASB + LPBS abordando a importância do pH na remoção de nitrogênio e fósforo e avaliar a influência da profundidade e da temperatura no tempo de detenção hidráulica (TDH). Operou-se LPBS por 12 meses, na cidade de Campina Grande (PB), compreendendo os períodos quente (PQ) e frio (PF), com temperatura média de 25 e 21°C, nessa ordem, e avaliando quatro lagoas, L1, L2, L3 e L4, com profundidades de 0,2, 0,4, 0,6 e 1 m, respectivamente. O tratamento anaeróbio eficiente permitiu a elevação do pH nas LPBS em todos os períodos do ano, e o processo foi favorecido em menores profundidades. A remoção de amônia foi completa, independentemente da profundidade e do período do ano, com três, sete, 10 e 25 dias para o PQ e seis, 14, 18 e 27 dias para o PF. A remoção de fósforo ocorreu eficientemente, sobretudo quando se utilizaram lagoas mais rasas em ambos os períodos, embora o processo tenha sido favorecido no PQ, resultando em um menor TDH, o que demanda menor área nesse período.

Abstract In this paper, a couple of pretreatments were applied to raw cheese whey to increase its biodegradability in an anaerobic reactor. The first stage consisted of coagulation/flocculation using Carica papaya seeds as a biocoagulant, and the second stage was a study of Fenton and photo-Fenton processes. The cheese whey was collected from a dairy industry plant and characterized according to physicochemical parameters to check the pollution potential (chemical oxygen demand — COD of 55.96 g L−1 and biochemical oxygen demand — BOD of 21.51 g L−1). The coagulation/flocculation process provided high turbidity removal (94–96%). After preliminary experiments with Fenton reactions in coagulated whey, a central composite design, a desirability function and a response surface were applied to obtain the optimal operating conditions (reaction time: 90 min, H2O2: 1.95 M; H2O2/Fe2+ ratio: 55) resulting in 66.4 and 62.6% of COD and TOC removals, respectively. The kinetic evaluation of photo-Fenton reaction under optimal conditions revealed the potential minimization of iron (H2O2/Fe2+ ratio: 65) and reaction time (60 min) to achieve 70.1% of COD removal under visible ultraviolet light irradiation (UV/vis). After applying the coagulation/flocculation and photo-Fenton processes, an increase in biodegradability was achieved (BOD5/COD > 0.4), allowing the application of the biological process. The batch treatment in a UASB reactor achieved 86–88% COD removal from the 24th day of operation. The proposed hybrid process eliminated between 96–98% of total COD.

Resumo Neste artigo, dois pré-tratamentos foram aplicados ao soro de queijo bruto para aumentar sua biodegradabilidade na aplicação de um reator anaeróbio. A primeira etapa consistiu na coagulação/floculação utilizando sementes de Carica papaya como biocoagulante, e a segunda etapa foi o estudo dos processos Fenton e foto-Fenton. O soro foi coletado em uma fábrica de laticínios e caracterizado quanto a parâmetros físico-químicos para verificar o potencial poluidor (demanda química de oxigênio — DQO 55,96 g L−1 e demanda bioquímica de oxigênio — DBO de 21,51 g L−1). O processo de coagulação/floculação promoveu a remoção de nível alto de turbidez (94–96%). Após testes preliminares das reações Fenton no soro coagulado, houve a aplicação do delineamento de composto central, da função desejabilidade e da superfície de resposta para obter as condições ótimas de operação (tempo reacional: 90 min, H2O2: 1,95 M e razão H2O2/Fe2+: 55), resultando em 66,4 e 62,6% de remoção de DQO e TOC, respectivamente. A avaliação cinética da reação foto-Fenton nas condições otimizadas revelou o potencial da minimização da concentração de ferro (razão H2O2/Fe2+: 65) e do tempo reacional (60 min) para atingir 70,1% de remoção de DQO sob irradiação de luz ultravioleta visível (UV-vis). Após aplicação dos processos de coagulação/floculação e foto-Fenton, um aumento da biodegradabilidade foi alcançado (DBO5/DQO > 0,4), possibilitando a aplicação do processo biológico. O tratamento batelada em reator anaeróbio de manta de lodo de fluxo ascendente (UASB) promoveu 86–88% de remoção de DQO a partir do 24º dia de operação. O processo de tratamento híbrido proposto eliminou entre 96 e 98% da DQO total.

RESUMO Lagoas de polimento são unidades de pós-tratamento de efluente anaeróbio que atuam na remoção da matéria orgânica residual, bem como de patógenos e nutrientes. A operação dessas lagoas de forma intermitente favorece a eficiência de remoção dos constituintes. Neste trabalho, investigou-se o balanço de oxigênio em lagoas de polimento experimentais operadas sob regime de bateladas sequenciais (0,4 m de profundidade e 1,5 m2 de área superficial) com tempo de detenção hidráulica de 10 dias, alimentadas por efluente de reator UASB, sem inoculação inicial com microalgas. O sistema experimental foi instalado no município de Campina Grande, Paraíba, e operado no período de verão (radiação e temperatura elevadas). Os resultados obtidos mostraram que há o estabelecimento de um ambiente aeróbio nessas lagoas, sendo a produção de oxigênio dissolvido pela fotossíntese das microalgas suficiente para atender à demanda pelo consumo de oxigênio dissolvido para oxidação de matéria orgânica, respiração das microalgas e escape atmosférico por dessorção.

ABSTRACT Polishing ponds are post-treatment units for anaerobic effluents that act to remove residual organic matter as well as pathogens and nutrients. The intermittent operation of these lagoons favors the removal efficiency of these constituents. The oxygen balance was investigated in experimental polishing lagoons (0.4 m deep and 1.5 m2 surface area), operated under sequential batch regime with HDT of 10 days, fed by UASB reactor effluent, without initial microalgae inoculation. The experimental system was installed in Campina Grande, Paraíba, and operated during the summer period (high levels of radiation and temperature). The results obtained showed that an aerobic environment was established in these lagoons, and the production of DO by the photosynthesis of microalgae is sufficient to meet the demand for DO consumption for oxidation of organic matter, respiration of microalgae, and atmospheric escape by desorption.

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 Este trabalho focou em comparar, financeira e ambientalmente, o cenário das três futuras estações de tratamento de esgoto (ETEs) de Fortaleza (CE), previsto no Plano Municipal de Saneamento Básico (PMSB) de Fortaleza, com o cenário proposto de alteração das rotas tecnológicas aeróbias pela adoção de reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB) para essas três ETEs. Utilizaram-se literaturas atualizadas para levantamento de taxas de consumo de energia elétrica, além de índices de produção de demanda química de oxigênio (DQO) e de biogás. Em relação ao cenário proposto para substituição do previsto no PMSB, notou-se uma geração de créditos de carbono igual a 5.514,86 tonCO2eq·ano-1 e uma produção de biogás de 27.358,52 m³·dia-1, o que possibilitaria um potencial elétrico de 73,7 MWh·dia-1, energia capaz de alimentar 17.521 residências, equivalente a uma taxa de atendimento de 1,55% em Fortaleza. O estudo econômico dessa proposição retornou valores de capital expenditure (CAPEX) e operational expenditure (OPEX) que permitiram amortizar os custos desse investimento em cerca de 29 anos, diferentemente do calculado para a previsão do PMSB, posto que essa proposta não geraria crédito energético para retorno financeiro.

ABSTRACT This paper aimed to assess the economic and environmental feasibilities of the scenario proposed in the Municipal Basic Sanitation Plan (MBSP) of Fortaleza, for the three sewage treatment plants (STP), and the alternative scenario replacing the aerobic technological routes with upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors. Updated literature was consulted in order to gather information about electric consumption rates, as well as chemical oxygen demand (COD) and biogas production indexes. With regard to the alternative scenario, there was a carbon credit generation of 5,514.86 tonCO2eq·year-1 and a biogas production of 27.358,52 m³·day-1, equivalent to 73.7 MWh·day-1, which would be enough for supplying approximately 17,521 houses, equivalent to a serving rate of 1.55% in Fortaleza. The economic analysis of this alternative proposal returned capital expenditure (CAPEX) and operational expenditure (OPEX) values that provided a payback of about 29 years, differently from the calculated indices for the MBSP, once it was not noticed any energy positive credit for a potential financial return.

El objetivo de este trabajo es presentar los principales parámetros y cálculos necesarios para diseñar un reactor anaeróbico de tipo UASB destinado a tratar efluentes provenientes de la industrialización del limón. Para ello se tuvieron presentes la concentración de materia orgánica del efluente (10 KgDQO/m³ ), la concentración de biomasa del lodo anaeróbico a usar (32,8 KgSSV/m³ ) y su actividad metanogénica (0,15 KgDQO/KgSSV.d), como así también la arquitectura del reactor. Se adoptó la velocidad de carga orgánica (VCO) como criterio de diseño de reactores para tratar efluentes de altas cargas orgánicas. Se realizaron los cálculos necesarios para la construcción y operación de un reactor prototipo industrial con capacidad para tratar una fracción del efluente total, del orden del 8%, de una planta de procesamiento de limón. Como resultado, se proyectó un equipo de 50 m³ de volumen, con capacidad para tratar 50 m³ diarios de efluente con una remoción del 75% de la materia orgánica y con una producción diaria de 328 m³ de biogás.

The aim of this work is to present the main parameters and calculations to the design of UASB reactors to treat lemon industrialization effluents. Main characteristics from the effluent, as organic matter (10 KgCOD/m³ ), the biomass concentration of anaerobic sludge (32,8 KgVSS/m³ ) and specific methanogenic activity (0,15 KgCOD/KgVSS.d), as well as the reactor architecture, were taken into account. As reactor design criterion to treat high organic loads effluents the organic loading rate (OLR) was adopted. In this case, the necessary calculations were made for the construction and operation of an industrial prototype reactor with capacity to treat a fraction around of 8% of the total effluent generated by industrial lemon processing plant. As a result, a 50 m³ UASB reactor was projected, able to treat 50 m³ of effluent daily with 75% of organic matter removal and a daily production of 328 m³ of biogas.

RESUMO Neste artigo, apresenta-se uma abordagem conceitual sobre propostas de alternativas para a concepção de sistemas com reator anaeróbio de manta de lodo. Em essência, propõem-se: i) a eliminação dos separadores de gás, líquido e sólido que constam em reatores upflow anaerobic sludge blanket reactors e sua substituição por unidade de sedimentação de alta taxa em setor incluso ou externo ao volume do reator biológico; ii) a recirculação de parcela do lodo retido no sedimentador, transformando o conjunto em um sistema semelhante ao de lodo ativado, porém preservando a manta de lodo no reator anaeróbio (activated anaerobic sludge blanket system) e, assim, viabilizando melhor controle do tempo de retenção celular; e iii) a simplificação (menor número de entradas) do sistema de distribuição do afluente junto ao fundo da zona de reação, mediante duas alternativas: agitação mecânica ou agitação hidráulica com jatos — em ambos os casos, intermitentes. As propostas, conforme apresentadas, constituem resumo de pesquisa baseada em reatores de bancada sucedida pela operação e testes em duas unidades-piloto paralelas (volume total: 20,8 m3, incluindo volumes de reação e de sedimentação). Constatou-se que é possível remover sólidos suspensos do efluente da região de reação sem a necessidade do separador trifásico e, também, que é possível manter-se a manta de lodo mesmo com a agitação na região de reação. Foram obtidos bons resultados na remoção de sólidos suspensos totais, demanda bioquímica de oxigênio e demanda química de oxigênio nos sedimentadores com valores de taxa de aplicação superficial de 34,0 até 81,6 m3m-2dia. Constatou-se, também, que valores bastante baixos de gradiente de velocidade (G £ 20s-1) são suficientes para promover a manutenção da manta de lodo e que a intermitência na agitação é favorável ao processo biológico. Os resultados relacionados com a remoção de demanda química de oxigênio, demanda bioquímica de oxigênio e sólidos suspensos totais foram comparados com os de outros estudos sobre reatores upflow anaerobic sludge blanket reactors convencionais. Contudo, aqueles relacionados com o tempo de reação celulat foram os mais significativos para as conclusões desta pesquisa. Quando o reator foi operado com tempo de detenção hidráulica de 8,2 h e velocidade ascensional no reator biológico de 0,69 mh-1, o tempo de reação celular do sistema resultou em 175 dias. Com velocidade ascensional menores, os valores de tempo de reação nuclear foram ainda maiores (por exemplo: velocidade ascensional = 0,39 mh-1; tempo de reação celular = 363 dias). Os resultados deste trabalho abrem perspectivas para novas pesquisas e novos horizontes para projeto de sistemas com reatores anaeróbios de manta de lodo e decantadores de alta taxa.

ABSTRACT This paper presented a conceptual approach toward alternatives for the design of anaerobic sludge blanket reactors. In essence, it is proposed: i) the elimination of gas-liquid-solid separators that integrate the upflow anaerobic sludge blanket reactors and their replacement by a high rate settlers placed inside or outside the volume of biological reactor; ii) the recirculation of a fraction of the of the sludge retained in the settler, converting the process into a solution that resembles the activated sludge system, however, preserving the sludge blanket (Activated Anaerobic Sludge Blanket System), and thus ensuring better control of the cell retention time; and iii) the simplification (lower inlet points) of the influent distribution system placed over the bottom of the reaction zone, upon the implementation of two alternatives: mechanical mixing or hydraulic agitation with jet discharges, intermittent, in both cases. The proposals, as presented, are a summary of researches based on bench scale tests succeeded by the operation and tests in two parallel pilot units (total volume: 20.8 m3, including reaction zone and settler). It was found that it is possible to remove suspended solids from the effluent of the reaction zone without the need for a three-phase separator, and also, that it is possible to maintain the sludge blanket even with mixing in the reaction zone. Good results regarding total suspended solids, biochemical oxygen demand and chemical oxygen demand removal in the settlers were obtained, with applied hydraulic loading rate from 34.0 to 81.6 m3m-2 day. It was also found that very low velocity gradient values (G £ 20 s-1) are required to promote the maintenance of the sludge blanket, and the intermittency in the agitation is favorable to the biological process. The results concerning, , and TSS removal were compared with those of other studies on conventional upflow anaerobic sludge blanket reactors. However, those related to sludge age were the most significant to the conclusions of this research. When the reactor was operated with a hydraulic retention time of 8.2 h and a upflow velocity upflow velocity of 0.69 mh-1 in the biological reactor, the average sludge age reached 175 days. When applying smaller values of upflow velocity, the sludge age values reached greater values (Example: upflow velocity = 0.39 mh-1; sludge age = 363 days). The results and conclusions of this research open new perspectives for future research and new horizons for designing systems consisting of anaerobic sludge blanket and high-rate settlers.

RESUMO A suinocultura é caracterizada pela produção de grande volume de dejetos, que quando dispostos inadequadamente provocam impactos nos recursos hídricos, no solo e no ar, além de promoverem riscos à saúde humana. A remoção conjunta de matéria orgânica e nutrientes tem se mostrado um desafio para o tratamento desse tipo de resíduo. Diante disso, o presente estudo avaliou a remoção simultânea de matéria carbonácea, nitrogênio e fósforo presentes em dejetos de suinocultura, em um sistema de tratamento biológico composto de um reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB), seguido de um reator em batelada sequencial (RBS) operado em ciclos aeróbio/anóxico de 24 h. O sistema foi dividido em duas etapas operacionais: coluna de sedimentação, UASB e RBS, e UASB e RBS. O reator UASB, com tempo de detenção hidráulica de 15,5 h e carga orgânica volumétrica aplicada de 5,5 kg DQO.m-3.d-1, alcançou eficiência média de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) de 84% na primeira etapa. Na Etapa 1, ocorreu o melhor desempenho do sistema, com eficiências médias globais de remoção de DQO, nitrogênio total e fósforo iguais a 78, 85 e 67%, respectivamente.

ABSTRACT Swine farming is characterized by the production of a large volume of manure, which when improperly disposed causes impacts on water resources, soil, and air, in addition to promoting risks to human health. The joint removal of organic matter and nutrients from this type of waste has been a challenge. Therefore, the present study evaluated the simultaneous removal of carbonaceous matter, nitrogen, and phosphorus from swine wastewater in a biological treatment system composed of an upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB), followed by a sequential batch reactor (SBR) operated in 24 hours aerobic/anoxic cycles. The system was divided into two operational phases: Sedimentation Column, UASB and SBR, and UASB and SBR. The UASB reactor, with hydraulic retention time of 15.5 h and applied organic volumetric load of 5.5 kg COD.m-3.d-1, achieved an average COD removal efficiency of 84% in the first stage. Stage 1 presented the best performance, with global average removal efficiencies of 78, 85, and 67% for COD, total nitrogen, and phosphorus, respectively.

Resumo O presente estudo teve por objetivo realizar a avaliação de ciclo de vida (ACV) ambiental de uma estação de tratamento de esgoto (ETE), dotada de filtros biológicos percoladores (FBPs) de baixa taxa, como pós-tratamento de reatores anaeróbios - UASB. A ETE está localizada no sul do Brasil e emprega como alternativas de destinação do lodo o aterro sanitário e o uso agrícola. Para realizar a avaliação, utilizou-se a técnica de ACV, empregando o software SimaPro® 9. Os resultados evidenciaram que os gases metano (CH4) e dióxido de enxofre (SO2), emitidos para a atmosfera, após a queima parcial do biogás em queimadores abertos, são os principais responsáveis pelos impactos nas categorias de mudanças climáticas (GW) e acidificação terrestre (TA), respectivamente. Devido à baixa taxa de aplicação hidráulica de esgoto nos FBPs, as emissões de óxido nitroso (N2O) se destacaram pelo elevado impacto na categoria de depleção de ozônio estratosférico (SOD). O emprego do lodo na agricultura obteve um maior potencial de impacto ambiental, em relação ao aterro sanitário, em 5 das 8 categorias avaliadas. Os principais impactos do uso agrícola foram na categoria de toxicidade humana (HT), devido à elevada concentração de zinco presente no lodo, e na categoria de acidificação terrestre (TA), em virtude da emissão de amônia (NH3) durante a higienização do lodo. Por sua vez, os principais aspectos positivos foram os produtos evitados como ureia, fertilizante fosfatado e calcário. Os resultados reportados contribuem para uma maior discussão dos processos de tratamento de esgoto, bem como de alternativas de gerenciamento de lodo, empregados em países em desenvolvimento.

Abstract This study aimed to undertake an environmental life cycle assessment (LCA) of a sewage treatment plant (STP) equipped with low-rate trickling filters (TFs) as post-treatment of upflow anaerobic sludge blanket (UASB). The STP is located in South Brazil and uses landfill and agriculture as sludge-disposal alternatives. The evaluation was performed using the LCA technique and SimaPro® 9 software. The results revealed that the gases methane (CH4) and sulfur dioxide (SO2), emitted into the atmosphere after the partial burning of the biogas in flares, are mainly responsible for impacts in the categories of global warming (GW) and terrestrial acidification (TA), respectively. Due to the low rate of hydraulic sewage application in TFs, nitrous oxide (N2O) emissions stood out due to their high impact in the category of stratospheric ozone depletion (SOD). The use of sludge in agriculture obtained a greater potential for environmental impact compared to landfills in five of the eight categories evaluated. The main impacts of agricultural use were in the category of human toxicity (HT), due to the high concentration of zinc present in the sludge, and in the category TA, due to the emission of ammonia (NH3) during hygienization of the sludge. In turn, the main positive aspects were avoided products, such as urea, phosphate fertilizer and limestone. The results contribute to a greater discussion of sewage-treatment processes, as well as sludge-management alternatives used in developing countries.

RESUMEN Los residuos sólidos urbanos (RSU), al ser vertidos sin tratamiento apropiado, ocasionan daños severos al medio ambiente influyendo en la calidad de vida de la población; por esta razón actualmente se le presta atención al adecuado manejo de estos residuos. En este trabajo se estudia la reducción de la fracción orgánica (FORSU), de residuos sólidos generados por un grupo poblacional, tomando como referente una de las residencias estudiantiles de la Universidad de Oriente. La generación de FORSU en la residencia es de 0,06 kg/habdía, con un contenido de sólidos totales de 30,9 ± 5,3 %, de los cuáles el 81,7 ± 0,6 % son sólidos volátiles. Se evalúa la digestión anaerobia la FORSU, mediante un sistema de tratamiento en dos etapas. La primera etapa se realiza en un reactor en lote de lecho escurrido, que permitió un tratamiento discontinuo e in situ de la FORSU, en co-digestión anaerobia con un 25 % de estiércol vacuno. En una segunda etapa, se evalúa el tratamiento anaerobio para los lixiviados que se generan en el reactor en lote, empleando un reactor UASB. En el reactor en lote se alcanzó una remoción de sólidos volátiles del 44,1 %, mientras que en el reactor UASB se removió un 81,2 % de DQO. Como resultado la evaluación del sistema de tratamiento, se alcanzó una productividad total de 5,37 LCH4-kgSV -1-d-1.

ABSTRACT Urban solid waste (MSW), when are discharged without proper treatment, causes severe damage to the environment, influencing the population's quality of life. For this reason, attention is currently paid to the proper handling of this waste. This paper studies the reduction of the organic fraction of solid waste (OFMSW), generated by a population group, taking as reference one of the Student Residences of the Universidad de Oriente. The generation of OFMSW in the residence is 0.06 kg/inhabday, with a total solid content of 30.9 ± 5.3%, of which 81.7 ± 0.6% are volatile solids. The anaerobic digestion of OFMSW is evaluated through a two-stage treatment system. The first stage is performed in a drained-bed batch reactor, which allowed discontinuous and in-situ treatment of OFMSW, in anaerobic co-digestion with 25% of cow manure. In a second stage, the anaerobic treatment for the leachates generated in the batch reactor is evaluated, using a UASB reactor. In the batch reactor a removal of volatile solids of 44.1% was achieved, while in the UASB reactor 81.2% of COD was removed. As a result of the evaluation of the treatment system, total productivity of 5.37 L CH4 -kgSV -1-d-1 was achieved.

Anaerobic digestion is a recommended process to treat effluents with high organic loads. One of the most widespread technologies is that of the upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. Under certain conditions, the anaerobic microflora of the sludge can merge together to create granular structures with a diameter of a few millimeters in which all microbial species necessary for the process of biodigestión can be found. There have been many studies about these granules using simple substrates such as glucose; nevertheless, there are not many publications about granulation using complex substrates such as industrial effluents. This study evaluates the granulation process carried out in a 155 L UASB reactor using activated sludge as inoculum, and vinasse as the substrate. The reactor was running for around 7 month (218 days). The operational parameters used, were the organic loading rate and upflow velocity that were constants on 1gCOD/l.d and 1 m/h respectively. In these conditions, the organic matter was reduced by 77.9% and the active biomass presented an increase of volatile suspended solids around 45%. Thirty days after the stability of the system was achieved, granules of 0.2 to 0.4 mm were observed and, towards the end of the test, granules with a diameter of 4 mm were detected.

La biodigestión anaeróbica es uno de los procesos más recomendados para el tratamiento de efluentes industriales con alta carga orgánica. Dentro de estos sistemas, una de las tecnologías más difundidas son los reactores anaeróbicos de flujo ascendente, también conocidos como UASB. Una característica particular de estos reactores es que, bajo determinadas condiciones, los microorganismos responsables de la degradación de la materia orgánica se agrupan formando pequeños gránulos de unos pocos mm de diámetro, donde coexisten todas las especies necesarias para completar el proceso biodegradativo. Se llevaron a cabo diversos estudios sobre la formación de estos gránulos empleando sustratos simples como glucosa. Sin embargo, son escasas las publicaciones sobre granulación empleando sustratos complejos e indefinidos, como puede ser un efluente industrial. En este trabajo se evaluó el proceso de granulación en un reactor UASB, de 155 l, inoculado con lodos floculentos y utilizando vinaza como sustrato. El ensayo se llevó a cabo durante alrededor de siete meses (218 días), alimentando a una velocidad de carga orgánica (VCO) y una velocidad ascensional (Va) constantes de 1 g DQO/l.d y de 1 m/h respectivamente. En estas condiciones la materia orgánica se redujo en un 77.9% y la biomasa activa dentro del reactor aumentó cerca de un 45%. Treinta días después de haber alcanzado la estabilidad del sistema, se observaron gránulos de 0,2 y 0,4 mm y hacia el final del ensayo se detectaron gránulos de 4 mm de diámetro.

RESUMO Sistemas anaeróbios modernos de tratamento de esgoto doméstico, embora bastante eficientes na remoção de matéria orgânica e sólidos em suspensão, não produzem um efluente com qualidade compatível com os padrões legais para descarga em corpos d’água. Por essa razão, esses sistemas têm de ser associados a unidades de pós-tratamento. Este trabalho trata de uma investigação experimental sobre a viabilidade de aplicação do sistema de lodo ativado como uma alternativa do pós-tratamento, especificamente para o caso em que se prevê o efluente final para fertirrigação. Na investigação experimental, utilizou-se um reator de bateladas sequenciais (RBS), em escala laboratorial, como unidade de pós-tratamento. Os resultados experimentais mostraram que o comportamento do sistema RBS pode ser descrito como o modelo geral de lodo ativado da Associação Internacional da Água (IWA, na sigla em inglês), que resulta na definição dos aspectos fundamentais: qualidade do efluente final, consumo de oxigênio e produção de lodo. Na otimização do reator RBS, desenvolveu-se um modelo que permite estabelecer o tempo de permanência mínimo para o pós-tratamento em função de dois parâmetros básicos: a constante de utilização de material orgânico biodegradável pelas bactérias heterotróficas do lodo gerado no sistema de pós tratamento e a sedimentabilidade desse lodo. A constante de utilização de material orgânico foi determinada por testes respirométricos. O lodo gerado no sistema de pós-tratamento surpreendentemente mostrou ter uma sedimentabilidade bem superior àquela normalmente encontrada em sistemas de lodo ativado tratando esgoto bruto, o que constitui um argumento sólido para a aplicação do sistema RBS na prática de pós-tratamento do efluente do reator upflow anaerobic slugde blanket (UASB).

ABSTRACT Modern anaerobic systems for domestic sewage treatment, although very effective in removing organic matter and suspended solids, do not produce a quality effluent that complies with the legal standards for discharge into water bodies. Therefore, such systems have to be associated with post treatment units. This paper deals with an experimental investigation into the feasibility of applying the activated sludge system as an alternative post-treatment, specifically for the case where reuse of the final wastewater for fertigation is expected. In the experimental investigation, a pilot-scale sequencing batch reactor (SBR), in laboratory scale, was used as a post-treatment unit. The experimental results showed that the behavior of the RBS system can be described with the general IWA model for activated sludge, resulting in the definition of the fundamental aspects: quality of the final effluent, oxygen consumption, and sludge production. In the optimization of the RBS reactor, a model was developed to establish the minimum retention time for the post-treatment in terms of two basic parameters: the biodegradable organic material utilization constant by heterotrophic bacteria sludge of the post-treatment system and the sedimentability of this sludge. The organic material utilization constant was determined by respirometry testing. The sludge generated in the post-treatment system surprisingly been shown to have a much higher sedimentability than that normally found in activated sludge systems dealing with raw sewage, which is a sound argument for applying the RBS system in the practice of post-treatment reactor effluent UASB

RESUMO Conforme a população mundial aumenta, a necessidade de desenvolvimento de sistemas de tratamento de efluentes mais eficientes requer o uso de novas tecnologias. O projeto e otimização de biorreatores e bioprocessos auxiliados por softwares têm se tornado uma questão de interesse, em especial devido ao avanço no estado da arte quando se trata de recursos computacionais. O objetivo deste trabalho foi realizar simulações numéricas gás/liquido, utilizando o software Fluent 16.2, e validar experimentalmente o modelo computacional através de técnicas de PIV e Shadow Imaging. Foram realizadas simulações laminares, tridimensionais, transientes adotando uma abordagem Euleriana-Euleriana. Os resultados para o desequilíbrio de massa para as fases gasosa e líquida, a fração volumétrica de gás, a velocidade do gás, o tamanho da bolha, a magnitude e a velocidade ascensional do líquido e os perfis de escoamento do líquido foram validados experimentalmente com êxito. Foi verificada uma diferença de 4,37% entre resultados numéricos e experimentais para a fração volumétrica de gás no reator. Quando comparados os resultados das simulações com os resultados obtidos através de Shadow Imaging, foi encontrada uma diferença de 1,73% para a velocidade média da bolha. Não foi verificada coalescência ao longo dos experimentos realizados, e o escoamento foi caracterizado como fluxo de bolhas dispersas. Em relação à fase líquida, foi encontrada uma diferença de 3,2% para a velocidade média, entre os resultados simulados e de PIV. Os perfis de velocidade simulada e experimental mostraram uma melhor concordância no centro do reator. Algumas diferenças foram observadas nesses perfis, devido às simplificações geométricas assumidas para obter uma malha melhor. Considerando a boa concordância entre resultados numéricos e experimentais, o modelo foi considerado validado.

ABSTRACT As the world population increases, the need to develop more efficient wastewater treatment systems requires the use of new technologies. Software aided project and optimization of bioreactors and bioprocesses have become a matter of interest in recent years, especially due to the advance in the state-of-the-art of computational resources. This work aimed to perform gas/liquid numerical simulations using the Fluent 16.2 software and to validate this model through Particle Image Velocimetry (PIV) and shadow imaging techniques. Eulerian-Eulerian, laminar, tridimensional and transient simulations were carried out. The results for the mass imbalance for the gas and liquid phases, gas volumetric fraction, gas velocity, bubble size, liquid magnitude and upflow velocity and the velocity profiles for the liquid phase were successfully validated against experimental data. Concerning the dispersed phase, it was found a difference of 4.37% for the gas volumetric fraction between experiments and simulations. Simulated results showed a difference for the bubble mean velocity of 1.73% when compared with shadow imaging results. No coalescence was observed along the experiments, and the flow regime was characterized as dispersed bubble flow. Regarding the liquid phase, it was found a difference of 3.2% for the mean velocity, between simulated and PIV results. Simulated and experimental velocity profiles showed a better agreement at the center of the reactor. Some differences were observed in those profiles, due to geometry simplifications assumed in order to get a better mesh. Considering the good agreement between simulation and experiments, the model was considered validated.

Resumo Os reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB) são amplamente utilizados para tratamento de esgoto doméstico no Brasil e geram como subprodutos lodo e biogás. Normalmente o lodo é enviado para aterros sanitários e o biogás é queimado em flare. O objetivo desse estudo foi avaliar o potencial energético desses subprodutos em estações de tratamento de esgoto (ETEs) localizadas no estado do Paraná, Brasil. Inicialmente foi elaborada uma visão geral do potencial de recuperação de energia do biogás em ETEs, em escala plena, que utilizam reatores UASB. Posteriormente, 239 ETEs no estado do Paraná foram avaliadas, sendo o potencial energético dos subprodutos estimado por um modelo matemático. Os dados foram espacialmente classificados utilizando o ArcGIS®, levando-se em consideração as diferentes características do efluente (pior cenário, cenário típico e melhor cenário), sistemas de desidratação do lodo (leito de secagem e centrífuga) e tamanhos (pequeno, médio e grande). Entre os estados do Brasil, o Paraná apresentou o maior potencial energético de biogás, embora explore apenas 0,4% de sua capacidade. O biogás é o principal subproduto gerado pelos reatores UASB no Paraná de modo que, caso utilizado em todo o estado, poderia suprir a demanda de energia de uma cidade com 111.000 habitantes. O biogás correspondeu a 65, 64 e 74% do potencial energético total (lodo e biogás) para as pequenas, médias e grandes ETEs, respectivamente. O estudo do potencial energético dos subprodutos avaliados associado à utilização de ferramentas de SIG contribui positivamente para o processo de tomada de decisão na gestão de saneamento e para melhorar a sustentabilidade energética.

Abstract Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactors are widely used for domestic sewage treatment in Brazil, and generate sludge and biogas as by-products. Typically, the sludge is sent to sanitary landfills, and the biogas is burned in flares. This study assessed the energy potential of these by-products in sewage treatment plants (STPs) located in the state of Paraná, Brazil. First, an overview of biogas energy recovery potential in a full-scale STP based on UASB reactors was carried out. Afterwards, a total of 239 STPs in the state of Paraná were assessed, and the energy potential of the by-products was estimated by a mathematical model. Data were spatially classified using ArcGIS®, taking into account the different effluent characteristics (worst, typical and best scenario), sludge dehydration systems (drying bed and centrifuge) and sizes (small, medium and large). Among the states in Brazil, Paraná presented the highest biogas potential, although nowadays it exploits only 0.4% of its capacity. Biogas was the main by-product generated by UASB reactors in Paraná, and if used in the entire state, it could supply the energy demands of a city with 111,000 inhabitants. Biogas corresponded to 65, 64 and 74% of the total potential (sludge and biogas) for small, medium and large STPs, respectively. The study of the energy potential of the by-products associated with GIS tools positively contributes to the decision-making process in sanitation management and to improve energy sustainability.

RESUMO O objetivo deste trabalho foi analisar a disposição do lodo do decantador de uma estação de tratamento de água (ETA) com sedimentação lastreada por microareia (Actiflo®) em uma estação de tratamento de esgoto (ETE) composta de upflow anaerobic sludge blanket (UASB) e lagoa de polimento, em Ponta Grossa, Paraná. A ETE Verde operou em condição estável, com uma vazão média afluente de 213,14 L.s-1. Os UASBs operaram com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 9,9 horas, carga hidráulica volumétrica de 2,4 m3.m-3.d-1 e carga orgânica volumétrica (COV), em função da demanda química de oxigênio (DQO), variando entre 0,75 e 1,66 kgDQO.m-3.d-1. A lagoa operou com TDH de 4,5 dias, com taxa de aplicação superficial variando entre 765 e 2.872 kgDQO.ha-1.d-1 e COV variando entre 19 e 72 gDQO.m-3.d-1. A eficiência na remoção de DQO e sólidos suspensos totais (SST) foi mantida, mesmo com o lançamento do lodo da ETA. A eficiência da ETE variou entre 80 e 86% para a remoção de DQO e entre 92 e 96% para a remoção de SST. Concluiu-se que o lançamento na rede de esgotos é uma alternativa viável de disposição do lodo do decantador da ETA Actiflo®.

ABSTRACT The objective of this paper was to analyze the disposal of decanter’s sludge from a WTP with microsand ballasted sedimentation (Actiflo®) in a WWTP containing UASB reactors and polishing pond, in Ponta Grossa - PR. The WWTP Verde operated in stable condition, with an average flow tributary of 213.14 L.s-1. The UASBs operated with HRT in 9.9 hours, VHL in 2.4 m3.m-3.d-1 and OLR ranging from 0.75 to 1.66 kgCOD.m-3.d-1. The polishing pond operated with HRT in 4.5 days and OLR ranging from 765 to 2872 kgCOD.ha-1.d-1, which corresponds from 19 to 72 gCOD.m-3.d-1. The efficiency of COD and TSS removal was maintained even with the release of WTP sludge. WWTP’s efficiency ranged between 80% and 86% for COD removal and between 92% and 96% for TSS. It was concluded that the release in the sewage collection network is a viable alternative to disposal of the decanter’s sludge from WTP Actiflo®.