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.

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 O objetivo do presente trabalho é propor uma nova configuração de reatores Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) para utilização no tratamento unifamiliar, sendo menores e mais eficientes do que o tradicional tanque séptico. O sistema experimental foi projetado em escala piloto, constituindo-se de oito reatores UASB de 250 L cada. Seis dessas unidades são modificadas, mas mantêm o conceito e os princípios dos reatores UASB convencionais; no entanto, foram projetados com geometria diferenciada, alternando-se as zonas de sedimentação e digestão. Comparativamente a esses reatores, foram operados um reator UASB-Y e um UASB convencional. Todos os reatores foram capazes de digerir esgoto bruto de forma eficiente em tempos de detenção hidráulica de 12 e 6 horas. Foram obtidas eficiências de remoção do material orgânico de 67 a 74%. A análise de variância (ANOVA) mostrou que não houve diferença significativa entre as eficiências obtidas nos diferentes reatores. Uma elevada concentração de lodo foi retida na zona de digestão, obtendo-se, assim, elevada capacidade de tratamento. Os ensaios de sedimentação mostraram que as constantes de sedimentação obtidas para o lodo do reator são melhores que as obtidas para o lodo expulso juntamente com o efluente. Em contrapartida, as atividades metanogênicas dos lodos do reator e expulso não diferem significativamente.

ABSTRACT The aim of this work is to propose a new configuration UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) for use in single-family treatment, which is smaller and more efficient than the traditional septic tank (TS). The experimental system was designed on a pilot scale, consisting of eight reactors UASB 250 L each. Six of these units are modified, but keep the concept and principles of conventional UASB reactors; they were, however, designed with different geometry, alternating zones of sedimentation and digestion. Compared to these reactors, an UASB reactor-Y and a conventional UASB were operated. All reactors were able to digest raw sewage efficiently in hydraulic retention times (HRT) of 24:06 hours. Organic material removal efficiencies of 67-74% were obtained. Analysis of variance (ANOVA) showed no significant difference between the efficiencies obtained in the different reactors. A high sludge concentration was retained in the digestion zone, thus yielding, high capacity treatment. Sedimentation tests have shown that the constants obtained for the sedimentation sludge reactor are better than those obtained for the sludge which is expelled with the effluent. In contrast, sludge methanogenic activity of the reactor and expelled sludge is not significantly different.

RESUMO Este trabalho teve como objetivo avaliar quantitativamente a influência da concentração de lodo sobre os fatores que afetam a capacidade de aeração em sistemas de lodo ativado. A investigação experimental foi desenvolvida aplicando a técnica da respirometria, que possibilitou a determinação da taxa de consumo de oxigênio e das variáveis que afetam a transferência de oxigênio. Os resultados experimentais indicam que a concentração de lodo afeta de maneira significativa a capacidade de aeração em sistemas de lodo ativado e, consequentemente, aumenta consideravelmente o consumo de energia. A viabilidade econômica de sistemas que permitem aumento da concentração de lodo, como reatores biológicos com membranas e reatores biológicos com leito móvel, é questionável quando se comparam os custos de implementação com os benefícios resultantes.

ABSTRACT The objective of this research was to evaluate quantitatively the influence of sludge concentration on the factors affecting the aeration capacity in activated sludge systems. The experimental investigation involved the application of respirometry, by which the oxygen consumption rate was determined and allowed evaluation of the effect of concentration on the variables that affect oxygen transfer. The experimental results indicated that the sludge concentration has a strong effect on aeration capacity and consequently on the energy consumption. The economic feasibility of systems that allow operation at high concentration, like membrane bioreactor and moving bed biofilm reactor, is questionable when the costs of implementation are compared to the resulting benefits.