A Two-Stage Aerobic/Anaerobic Denitrifying Horizontal Bioreactor Designed for Treating Ammonium and H2S Simultaneously

A two-stage bioreactor was operated for a period of 140 days in order to develop a post-treatment process based on anaerobic bioxidation of sulfite. This process was designed for simultaneously treating the effluent and biogas of a full-scale UASB reactor, containing significant concentrations of NH4 and H2S, respectively. The system comprised of two horizontal-flow bed-packed reactors operated with different oxygen concentrations. Ammonium present in the effluent was transformed into nitrates in the first aerobic stage. The second anaerobic stage combined the treatment of nitrates in the liquor with the hydrogen sulfide present in the UASB-reactor biogas. Nitrates were consumed with a significant production of sulfate, resulting in a nitrate removal rate of 0.43 kg N m(3) day(-1) and a parts per thousand yen92 % efficiency. Such a removal rate is comparable to those achieved by heterotrophic denitrifying systems. Polymeric forms of sulfur were not detected (elementary sulfur); sulfate was the main product of the sulfide-based denitrifying process. S-sulfate was produced at a rate of about 0.35 kg m(3) day(-1). Sulfur inputs as S-H2S were estimated at about 0.75 kg m(3) day(-1) and Chemical Oxygen Demand (COD) removal rates did not vary significantly during the process. DGGE profiling and 16S rRNA identified Halothiobacillus-like species as the key microorganism supporting this process; such a strain has not yet been previously associated with such bioengineered systems.

Recuperação de enxofre elementar a partir de águas residuárias em reatores anaeróbio/microaerado

O objetivo desse projeto de pesquisa foi avaliar a redução do sulfato e promover a remoção do sulfeto, por via de conversão a enxofre elementar, em reatores combinados anaeróbio/microaerado. Para tanto foram utilizados três sistemas com objetivos específicos. A primeira configuração foi um reator anaeróbio de leito fixo e ordenado integrado a um reator microaerado com membrana externa (ABFSB-RME) com o qual se avaliou a influência do tempo de detenção hidráulica (TDH) e da presença de biomassa aderida na remoção do sulfeto. A segunda configuração avaliada foi um reator UASB com um reator microaerado de membrana helicoidal externa (UASB-RMHE), com o qual se avaliou a formação de biofilme no interior da membrana e a alteração do pH para a remoção do sulfeto em sua fase gasosa. A terceira configuração foi um reator anaeróbio de leito fixo e ordenado combinado a um reator microaerado com membrana helicoidal e submersa ao meio liquido (ABFSB-RMHS) com a finalidade de avaliar a remoção do sulfeto com aplicação de fluxo de ar no interior da membrana e avaliar a influência do TDH na eficiência de conversão do sulfeto. Os resultados indicam que a troca periódica das membranas tem influência na eficiência da conversão do sulfeto para o sistema ABFSB-RME. O sistema UASB-RMHE apresentou dados de remoção de sulfeto estáveis durante 35 dias, com remoção de até 90%, porém a retro lavagem da membrana é essencial para o aumento da vida útil do sistema A alteração do pH provocou a deslocamento de equilíbrio do sulfeto, e apresentou remoção do sulfeto no biogás de 98% para pH 7,5 e 50% para pH 7,0. O sistema ABFSB-RMHS propiciou remoção estável de sulfeto e a formação em camadas de enxofre elementar ao redor da membrana que se rompiam permitindo, assim, a sedimentação e recuperação do material sólido. Os resultados obtidos na pesquisa mostraram que os sistemas apresentam viabilidade e potencial no tratamento de águas ricas em compostos de enxofre e para a recuperação de enxofre elementar, além de apresentar versatilidade por meio de variáveis operacionais, com as quais se podem obter o controle e aperfeiçoamento do sistema.

Ocorrência e remoção dos protozoários patogênicos Giardia spp. e Cryptosporidium spp. em sistemas de tratamento de esgoto sanitário

O propósito do presente estudo foi investigar e monitorar a remoção de cistos de Giardia spp. e oocistos de Cryptosporidium spp. por diferentes processos de uma estação de tratamento de esgoto (ETE) em escala plena, composta basicamente por tratamento preliminar, reator UASB e flotador por ar dissolvido, e verificar a ocorrência desses protozoários no lodo do reator UASB e do flotador. Além disso, avaliou-se a remoção desses parasitos pelo processo de flotação por ar dissolvido em escala de bancada (equipamento Flotateste). Analisou-se a qualidade das amostras a partir de variáveis físicas e químicas, e pela detecção de microrganismos indicadores - E. coli, coliformes totais e Clostridium perfringens. Os métodos de detecção de protozoários se basearam nas etapas de concentração (tripla centrifugação ou filtração em membrana seguida de tripla centrifugação); purificação por separação imunomagnética (IMS); detecção por reação de imunofluorescência direta (RID). As recuperações de cistos variaram de 32,6 a 67,0 % dependendo do método adotado, já para os oocistos as recuperações estiveram na faixa de 5,6 a 12,0 %. Na ETE-Monjolinho foram detectadas significativas quantidades de cistos de Giardia spp. em 100% das amostras de esgoto analisadas, com concentração média de 1,89 x 104 e 2,35 x 102 cistos.L-1 no esgoto bruto e tratado, respectivamente. Já os oocistos de Cryptosporidium spp. foram detectados em 39,0 % das amostras de esgoto, com concentração média de 1,35 x 102 oocistos.L-1 no esgoto bruto e 5,87 oocistos.L-1 em esgoto tratado (após flotador). A remoção global da ETE para remoção de Giardia spp. foi em média 2,03 log. O lodo do reator UASB e lodo do flotador apresentaram altas quantidade de (oo)cistos, constatando-se a tendência desses sistemas em concentrar os (oo)cistos por seus processos físicos. Algumas correlações significativas foram encontradas, como correlação entre a concentração de cistos no lodo e a variável sólidos totais, a concentração de cistos no esgoto bruto e as variáveis cor aparente, DQO total e particulada, e a concentração de cistos no efluente UASB e o microrganismo Clostridium perfringens. Diferentemente do flotador em escala plena, o processo do flotação por ar dissolvido em escala de bancada alcançou elevadas remoções médias de cistos de Giardia spp., entre 2,5 e 2,7 log nas diferentes condições de floculação estudadas.

Análise dos parâmetros que interferem no metabolismo da microbiota anaeróbia e anóxica na remoção de bifenilas policloradas

A elevada concentração de cloro das bifenilas policloradas provoca alta toxicidade do composto, o qual dificulta sua biodegradação. A contaminação de PCB no Brasil foi confirmada em estudo realizado na Bahia de Santos-São Vicente (São Paulo), o qual revelou a necessidade de um plano de ação para o controle e remoção de PCB no Brasil. Pretendeu-se assim, na realização da presente pesquisa, verificar quatro hipóteses: (1) A técnica de Microextração em fase sólida é uma metodologia eficaz para avaliação de bifenilas policloradas de amostras de reatores; (2) A condição fermentativa-metanogênica abriga comunidade resistente ao PCB, e removê-lo; (3) A condição desnitrificante abriga comunidade resistente ao PCB, e removê-lo e (4) A remoção de PCB, bem como, a composição microbiana é distinta em cada condição metabólica. Para tanto, reatores em batelada foram montados separadamente com biomassa anaeróbia proveniente de reator UASB usado no tratamento de água residuária de avicultura e biomassa de sistemas de lodos ativados de tratamento de esgoto sanitário. Os reatores operados em condição mesófila foram alimentados com meio sintético, co-substratos, sendo etanol (457 mg.L-1) e formiato de sódio (680 mg.L-1) para os reatores anaeróbios, e somente etanol (598 mg.L-1) para os reatores anóxicos, além de PCB padrão Sigma (congêneres PCBs 10, 28, 52, 153, 138 e 180) em diferentes concentrações, dependendo do objetivo do ensaio. A aplicação do método de extração por SPME com análise em cromatógrafo gasoso com detector por captura de elétrons foi adequada para a determinação dos seis congêneres de PCB. Obteve-se ampla faixa de linearidade, seletividade frente aos vários interferentes, além da robustez do método, utilidade e confiabilidade na identificação e quantificação específica dos seis congêneres de PCB. A Hipótese 1 foi aceita; ou seja, por meio da aplicação da metodologia SPME foi possível quantificar os PCB nos reatores em batelada. Apesar de ter sido comprovada a inibição metanogênica na presença de PCB, com IC50 de 0,03 mg.L

Development of a thermochemical/biological process to convert waste biomass into new resources

The increasing attention to environmental issues of recent times encourages us to find new methods for the production of energy from renewable sources, and to improve existing ones, increasing their energy yield. Most of the waste and agricultural residues, with a high content of lignin and non-hydrolysable polymers, cannot be effectively transformed into biofuels with existing technology. The purpose of the study was to develop a new thermochemical/ biological process (named Py-AD) for the valorization of scarcely biodegradable substances. A complete continuous prototype was design built and run for 1 year. This consists into a slow pyrolysis system coupled with two sequential digesters and showed to produce a clean pyrobiogas (a biogas with significant amount of C2-C3 hydrocarbons and residual CO/H2), biochar and bio-oil. Py-AD yielded 31.7% w/w biochar 32.5% w/w oil and 24.8% w/w pyrobiogas. The oil condensate obtained was fractionated in its aqueous and organic fraction (87% and 13% respectively). Subsequently, the anaerobic digestion of aqueous fraction was tested in a UASB reactor, for 180 days, in increasing organic loading rate (OLR). The maximum convertible concentration without undergoing instability phenomena and with complete degradation of pyrogenic chemicals was 1.25 gCOD L digester-1 d-1. The final yield of biomethane was equal to 40% of the theoretical yield and with a noticeable additional production equal to 20% of volatile fatty acids. The final results confirm that anaerobic digestion can be used as a useful tool for cleaning of slow pyrolysis products (both gas and condensable fraction) and the obtaining of relatively clean pyrobiogas that could be directly used in internal combustion engine.

Tratamiento de vinazas de alcohol de caña en un reactor UASB

Para la realización de este artículo, se evaluó el rendimiento del reactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) utilizando vinazas de alcohol de caña como sustrato.

Dynamics of sulfidogenesis associated to methanogenesis in horizontal-flow anaerobic immobilized biomass reactor

Two bench-scale horizontal anaerobic fixed bed reactors were tested to remove both sulfate and organic matter from wastewater. First, the reactors (R1 and R2) were supplied with synthetic wastewater containing sulfate and a solution of ethanol and volatile fatty acids. Subsequently, RI and R2 were fed with only ethanol or acetate, respectively. The substitution to ethanol in R1 increased the sulfate reduction efficiency from 83% to nearly 100% for a chemical oxygen demand to sulfate (COD/sulfate) ratio of 3.0. In contrast, in R2, the switch in carbon source to acetate strongly decreased sulfidogenesis and the maximum sulfate reduction achieved was 47%. Process stability in long-term experiments and high removal efficiencies of both organic matter and sulfate were achieved with ethanol as the sole carbon source. The results allow concluding that syntrophism instead of competition between the sulfate reducing bacteria and acetoclastic methanogenic archaeal populations prevailed in the reactor. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Degradation of detergent (linear alkylbenzene sulfonate) in an anaerobic stirred sequencing-batch reactor containing granular biomass

This study aimed to determine the efficiency of an anaerobic stirred sequencing-batch reactor containing granular biomass for the degradation of linear alkylbenzene sulfonate (LAS), a surfactant present in household detergent. The bioreactor was monitored for LAS concentrations in the influent, effluent and sludge, pH, chemical oxygen demand, bicarbonate alkalinity, total solids, and volatile solids. The degradation of LAS was found to be higher in the absence of co-substrates (53%) than in their presence (24-37%). Using the polymerase chain reaction and denaturing gradient gel electrophoresis (PCR/DGGE), we identified populations of microorganisms from the Bacteria and Archaea domains. Among the bacteria, we identified uncultivated populations of Arcanobacterium spp. (94%) and Opitutus spp. (96%). Among the Archaea, we identified Methanospirillum spp. (90%), Methanosaeta spp. (98%), and Methanobacterium spp. (96%). The presence of methanogenic microorganisms shows that LAS did not inhibit anaerobic digestion. Sampling at the last stage of reactor operation recovered 61 clones belonging to the domain bacteria. These represented a variety of phyla: 34% shared significant homology with Bacteroidetes, 18% with Proteobacteria, 11% with Verrucomicrobia, 8% with Fibrobacteres, 2% with Acidobacteria, 3% with Chlorobi and Firmicutes, and 1% with Acidobacteres and Chloroflexi. A small fraction of the clones (13%) were not related to any phylum. Published by Elsevier Ltd.

The influence of calcium on granular sludge in a full-scale UASB treating paper mill wastewater

Calcium precipitation can have a number of effects on the performance of high-rate anaerobic performance including cementing of the sludge bed, limiting diffusion, and diluting the active biomass. The aim of this study was to observe the influence of precipitation in a stable full-scale system fed with high-calcium paper factory wastewater. Granules were examined from an upflow anaerobic sludge blanket reactor (volume 1,805 m(3)) at a recycled paper mill with a loading rate of 5.7-6.6 kgCOD.m(-3).d(-1) and influent calcium concentration of 400-700 gCa(.)m(-3). The granules were relatively small (1 mm), with a 200-400 mum core of calcium precipitate as observed with energy dispersive X-ray spectroscopy. Compared to other granules, Methanomicrobiales not Methanobacteriales were the dominant hydrogen or formate utilisers, and putative acidogens were filamentous. The strength of the paper mill fed granules was very high when compared to granules from other full-scale reactors, and a partial linear correlation between granule strength and calcium concentration was identified.

Estudo de soluções com reactores UASB para a reabilitação de ETAR. Caso de estudo da ETAR de Porto Côvo

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Sanitária

Anaerobic-aerobic treatment of swine wastewater in uasb and batch reactors in series

In this work it was evaluated the performance of two systems of swine wastewater treatment consisting of two-stage upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors, with and without post-treatment in sequencing batch reactor (SBR), fed continuously, with aerobic phase. The UASB reactors in the first stage had 908 L in the sets I and II, and in the second stage 350 and 188 L, respectively. In the set II the post-treatment was performed in a SBR of 3,000 L. The hydraulic detention times in the anaerobic treatment systems were 100, 75 and 58 h in the set I; 87, 65 and 51 h in the set II; and 240 and 180 h in the SBR. The volumetric organic load applied in the first stage UASB reactors ranged from 6.9 to 12.6 g total COD (L d)-1 in the set I and 7.5 to 9.8 g total COD (L d)-1 in the set II. The average removal efficiencies of total COD, total phosphorus (Ptotal), and Kjeldahl and organic nitrogen (KN and Norg) in the anaerobic treatment systems were similar and reached maximum values of 97%, 64%, 68%, and 98%. In the SBR, the removal efficiencies of total COD and thermotolerant coliforms were up to 62 and 92% resulting, respectively, in effluent concentrations of 135 mg L-1 and 2x10(4)MPN (100 mL)-1. For Ptotal, total nitrogen (TN) and Norg, the average removal efficiencies in the SBR were up to 58, 25 and 73%, respectively.

Tratamento anaeróbio de águas residuárias do beneficiamento de café por via úmida em reatores UASB em dois estágios

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tratamento de águas residuárias de suinocultura em reator UASB e filtro anaeróbio em série seguidos de filtro biológico percolador

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Anaerobic treatment of wastewater from coffee pulping in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) in two stages

In this work, the efficiency of two-stage upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors was evaluated in bench scale, for treating a liquid effluent from coffee pulping. Hydraulic detention times (HDT) were 4.0; 5.2 and 6.2 days, resulting in organic loading rates (OLR) of 5.8; 3.6 and 3.0g total COD per (L-d) in the first reactor (Rl) and HDT of 2.0; 2.6 and 3.1 days with OLR of 5.8; 0.5 and 0.4 g total COD per (L-d) in the second reactor (R2). The medium values of total COD affluent varied from 15.440 to 23.040 mg O 2/L, and in the effluent to the reactors 1 and 2 were from l.lOO to 11.500 mg 0 2/L and 420 to 9.000 mg O 2/L, respectively. The medium values of removal efficiencies of total COD and TSS varied from 66 to 98% and 93 to 97%, respectively, in the system of treatment with the UASB reactors, in two stages. The content of methane in the biogas varied from 69 to 89% in the Rl and from 52 to 73% in the R2. The maximum volumetric methane production of 0.483 m 3 CH 4per (m 3 reactor d) was obtained with OLR of 3.6 g total COD per (L reactor d) and HDT of 6.2 days in the Rl. The volatile fatty acids concentration was kept below 100mg/L with HDT of 5.2 and 6.2 days in the Rl and HDT of 2.6 and 3.1 days in the R2.