Characterization of immobilized biomass by amplified rDNA restriction analysis (ARDRA) in an anaerobic sequencing-batch biofilm reactor (ASBBR) for the treatment of industrial wastewater

The performance of an anaerobic sequencing-batch biofilm reactor (ASBBR- laboratory scale- 14L )containing biomass immobilized on coal was evaluated for the removal of elevated concentrations of sulfate (between 200 and 3,000 mg SO4-2·L-1) from industrial wastewater effluents. The ASBBR was shown to be efficient for removal of organic material (between 90% and 45%) and sulfate (between 95% and 85%). The microbiota adhering to the support medium was analyzed by amplified ribosomal DNA restriction analysis (ARDRA). The ARDRA profiles for the Bacteria and Archaea domains proved to be sensitive for the determination of microbial diversity and were consistent with the physical-chemical monitoring analysis of the reactor. At 3,000 mg SO4-2·L-1, there was a reduction in the microbial diversity of both domains and also in the removal efficiencies of organic material and sulfate.

Desempenho de reator anaeróbio-aeróbio de leito fixo no tratamento de esgoto sanitário / Performance of anaerobic-aerobic packed-bed reactor in the treatment of domestic sewage

Este artigo relata a avaliação do desempenho de um reator anaeróbio-aeróbio, preenchido com espuma de poliuretano, para tratamento de esgoto sanitário. Inicialmente, foram testados diferentes tempos de detenção hidráulica (TDH) no reator que operou apenas em condições anaeróbias. Em seguida, foi operado o reator combinado anaeróbio-aeróbio. O melhor resultado para o reator em operação exclusivamente anaeróbia foi para o TDH de 10 horas, no qual se conseguiu reduzir a DQO de 389 ± 70 mg/L para 137 ± 16 mg/L. Para o reator anaeróbio-aeróbio, a DQO foi reduzida de 259 ± 69 mg/L para 93 ± 31 mg/L para TDH de 12 h (6 h no estágio anaeróbio e 6 h no aeróbio). A comparação de todos os resultados obtidos evidenciou a importância do pós-tratamento aeróbio na remoção de parcela de matéria orgânica não removida em tratamento unicamente anaeróbio.

This paper reports on the performance evaluation of an upflow anaerobic-aerobic reactor, filled with polyurethane matrices, for domestic sewage treatment. Initially, different hydraulic retention times were assayed with the reactor operating exclusively in anaerobic condition. Afterwards, anaerobic-aerobic combined reactor was operated. The anaerobic operation with HRT of 10 h provided the best organic matter removal with COD reduction from 389 ± 70 mg/L to 137 ± 16 mg/L. Under anaerobic-aerobic condition, the COD dropped from 259 ± 69 mg/L to 93 ± 31 mg/L with HRT of 12 h (6 h in anaerobic and 6 h in aerobic stages). Finally, comparing all the obtained results, it was possible to verify the importance of the aerobic post treatment in the removal of part of the organic matter not removed in an exclusively anaerobic treatment.

Actividad metanogénica específica en un reactor anaerobio - aerobio aplicado al tratamiento de agua residual doméstica / Specific methanogenic activity in an anaerobic-aerobic reactor applied to the treatment of domestic residual water

El ensayo de actividad metanogénica específica (AME) es una importante herramienta para el monitoreo de la digestión anaerobia. En este estudio se observó el comportamiento de las arqueas metanogénicas de un lodo anaerobio, bajo diferentes condiciones de oxigenación en un reactor anaerobio-aerobio de lecho fijo, operado de modo continuo con diferentes razones de recirculación de la fase líquida para remover carbono y nitrógeno, aplicado al tratamiento de aguas residuales domésticas. La aplicación del ensayo AME fue adaptado de varios autores y la medición del metano acumulado en el reactor se realizó mediante cromatografía gaseosa. Al finalizar los experimentos se observó que la presencia de oxígeno no inhibió el comportamiento de los organismos metanogénicos. Al contrario, la velocidad de producción de CH4 fue mayor en comparación con los resultados obtenidos en la fase en que el reactor operó de forma anaerobia.

Effect of bicarbonato alkalinity on gravimetric solids analysis in anaerobic wastewater treatment

La alcalinidad bicarbonática tiene papel fundamental en la estabilidad de reactores biológicos aplicados al tratamiento de aguas residuales, principalmente en sistemas anaerobios. Como algunas aguas residuales pueden sufrir severa acidificación, en algunos casos es necesaria la adición de una fuente externa de alcalinidad para que el proceso sea conducido de forma estable. En ese contexto, se evaluó el efecto de la adición de bicarbonato de sodio sobre la determinación de la concentración de sólidos. La metodología consistió en la evaluación de las concentraciones de sólidos (sólidos totales-ST, sólidos volátiles totales-SVT y sólidos fijos totales-SFT) en muestras conteniendo suero de queso y ácidos volátiles (para simulación de efluentes de reactores anaerobios). Los valores de ST, SVT y SFT fueran fuertemente influenciados, principalmente debido al aumento de los SFT. Ese efecto fue cuantificado relacionándose los valores experimentales con los teóricos, determinados por las reacciones estequiométricas de la descomposición del bicarbonato de sodio y otros compuestos formados (acetato de sodio y propionato de sodio) con el aumento de la temperatura. Así, como uno de los principales parámetros de evaluación de sistemas de tratamiento de aguas residuales es la remoción de sólidos presentes en el medio, la concentración de sólidos puede ser evaluada de forma más adecuada teniendo en cuenta la determinación de los sólidos fijos debido a las sales inorgánicas. Esa metodología es considerada adecuada cuando se adiciona grande cantidad de alcalinizada a la agua residual

Remoção de etanol e benzeno em reator anaeróbio horizontal de leito fixo na presença de sulfato / Ethanol and benzene removal in a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass reactor in the presence of sulfate

Reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF), preenchido com espumas de poliuretano, foi usado para tratar benzeno em solução etanólica, sob condições sulfetogênicas. Benzeno foi adicionado em concentração inicial de 2,0 mg.l-1, seguido de aumentos que variaram até 10 mg.l-1. O etanol foi adicionado em concentrações de 170 mg.l-1 a 980 mg.l-1. Soluções de sulfato ferroso e sulfato de sódio foram usadas, nas concentrações de 91 e 550 mg.l-1, respectivamente. O reator foi operado a 30 (± 2) ºC com tempo de detenção hidráulica de 12 h. A remoção da matéria orgânica foi próxima a 90 por cento com taxa máxima de degradação de benzeno de 0,07 mg benzeno.mg-1SSV.d-1. O presente trabalho corrobora os dados obtidos por Cattony et al (2005), na medida em que torna mais consistente a proposta do uso de unidades compactas de RAHLF, para a biorremediação in situ de compostos aromáticos.

In this study it is reported the operation of a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor under sulfate-reducing condition which was also exposed to different amounts of ethanol and benzene. The HAIB reactor comprised of an immobilized biomass on polyurethane foam and ferrous and sodium sulfate solutions were used (91 and 550 mg.l-1, respectively), to promote a sulfate-reducing environment. Benzene was added at an initial concentration of 2.0 mg.l-1 followed by an increased to 9 e 10 mg.l-1, respectively. Ethanol was added at an initial concentration of 170 mg.l-1 followed by an increased range of 960 mg.l-1. The reactor was operated at 30 (± 2) ºC with hydraulic detention time of 12 h. Organic matter removal efficiency of 90 percent with a maximum benzene degradation rate of 0.07 mg benzene.mg-1VSS.d-1. Thus, this work corroborate the data obtained for Cattony et al (2005) and also demonstrate that compact units of HAIB reactors, under sulfate reducing conditions, are a potential alternative for in situ aromatic compounds bioremediation.

Influência da glicose sobre o consumo de fenol por Aspergillus niger an 400 em reatores em batelada / The influence of glucose on the phenol consumption by Aspergillus niger an 400 in batch reactors

Aspergillus niger AN 400 foi inoculado em reatores em batelada para remoção de fenol de meio sintético, na presença e ausência de glicose. O experimento possuía: 5 reatores de controle (grupo 1) com meio contento apenas fenol; 5 reatores (grupo 2) inoculados com fungos e com meio com fenol e sem glicose; e 5 reatores (grupo 3) inoculados com fungos e com meio com fenol e glicose (5 g/L). Os reatores foram agitados a 200 rpm, a 30ºC, durante 5 dias. A concentração média inicial de fenol foi de 323 mg/L e a de matéria orgânica, de 696 mg DQO/L, meio sem glicose, e 6058 mg DQO/L, meio com glicose. Os reatores do grupo 2 removeram 48 por cento de fenol e 21 por cento de DQO, enquanto que os reatores do grupo 3, 100 por cento de fenol e 93 por cento de matéria orgânica. Não houve redução significativa de fenol e de DQO nos reatores de controle. A assimilação foi a via principal de remoção de fenol.

Batch reactors were inoculated with Aspergillus niger AN 400 to remove phenol from synthetic media with and without glucose. The experiment was set by: five blank reactors (group 1) with media containing only phenol; five reactors (group 2) inoculated with fungi and with media containing only phenol; and five reactors (group 3) inoculated with fungi and with media containing phenol and glucose (5 g/L). These reactors were kept at 30ºC under stirring of 200 rpm during 5 days. The mean initial concentrations of phenol and COD were 323 mg/L and 696 mg COD/L for the media without glucose, and 6058 mg COD/L for the media containing glucose. The reactors of group 2 removed 48 percent of phenol and 21 percent of COD, while the reactors of group 3 removed 100 percent of phenol and 93 percent of COD. There was no significant reduction of phenol and COD in the blank reactors. The assimilation was the main pathway of phenol removal.

Tratamento de esgoto sanitário utilizando reatores anaeróbios operados em bateladas sequenciais ( escala piloto ) / Domestic sewage treatment in pilot-scale anaerobic sequencing batch reactors

Avaliou-se o desempenho de dois reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais (1,2 m ) diferenciados pelo tipo de imobilização de biomassa, na forma de suporte inerte e de biomassa granular no tratamento de esgoto sanitário do Campus da USP de São Carlos. O monitoramento ao longo de 70 dias de operação revelou similaridade no comportamento das configurações ensaiadas, que apresentaram eficiências médias de remoção de DQO e sólidos suspensos ao redor de 60 por cento e 75 por cento, respectivamente. Por meio de técnicas de biologia molecular constatou-se diferenças na comunidade bacteriana nos reatores no 35º e 70º dias de operação, indicando que a imobilização de biomassa selecionou populações bacterianas diferentemente. Em relação ao domínio Archaea houve maior similaridade, provavelmente, pelo fato desses microrganismos utilizarem substratos específicos ao final do processo anaeróbio.

Morphological study of biomass during the start-up period of a fixed-bed anaerobic reactor treating domestic sewage

Este trabalho apresenta um estudo morfológico de microrganismos aderidos à espuma de poliuretano em reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF), aplicado ao tratamento de esgoto sanitário. O processo de colonização do suporte pela biomassa anaeróbia e as características morfológicas das células aderidas foram monitorados durante o período de partida do reator. Bacilos e cocos não fluorescentes foram predominantes no processo de aderência direta à espuma de poliuretano. Aumento na diversidade biológica foi observado a partir da 10ª semana de operação do reator, com predominância de bacilos, cocos e arqueas metanogênicas semelhantes a Methanosaeta. Problemas hidrodinâmicos, tais como formação de canais preferenciais e colmatação do leito, foram observados no reator, principalmente devido ao acúmulo de polímeros extracelulares nos interstícios do leito. Este material acumulou principalmente nos estágios iniciais do reator, causando a diminuição gradativa do desempenho do processo anaeróbio de conversão da matéria orgânica. Os resultados demonstraram a importância e utilidade do monitoramento da dinâmica de formação do biofilme durante o período de partida de reatores, com resultados positivos para identificação de problemas operacionais.

Hydrodynamic analysis of an anaerobic sequencing batch biofilm reactor with liquid-phase external circulation

Este trabajo evaluó el comportamiento hidrodinámico y la remoción de materia orgánica en un reactor anaerobio de lecho fijo rellenado con espuma de poliuretano (0,5cm) y operado por lotes secuenciales con recirculación de la fase líquida. El estudio hidrodinámico fue realizado sin microorganismos y con velocidad superficial de líquido entre 0,16 y 0,80cm/s. El reactor fue operado de forma continua para evaluar el patrón de flujo en el lecho y por lotes para estimar el tiempo de mezcla de la fase fluida. Bajo operación continua, el flujo pudo ser caracterizado como pistón y, en el caso de operación discontinua, el tiempo de mezcla fue considerado despreciable cuando fue comparado al tiempo total de reacción a ser utilizado en la operación por lotes para remoción de la materia orgánica. El reactor, rellenado con biomasa anaerobia inmovilizada sobre espuma de poliuretano, fue operado en lotes de 8h con temperatura de 30 ±1ºC y alimentado con agua residual elaborada con glucosa y con demanda química de oxígeno de 500mg/L aproximadamente. El desempeño del proceso fue evaluado sin recirculación de la fase líquida y con recirculación, con aplicación de velocidad superficial de 0,19cm/s. Los mejores resultados de estabilidad del proceso anaerobio y de remoción de materia orgánica fueron alcanzados con la recirculación de la fase liquida, con valores hasta 95 por ciento

Remoción de percloroetileno en dos tipos de sistemas anaerobios continuos

Se evaluó y comparó el desempeño de dos reactores mesofílicos metanogénicos de mezcla completa escala laboratorio (RMC1, RMC2) y un reactor metanogénico de lecho fluidizado (RANLEF, con carbón activado granular como soporte) para remoción de percloretileno (PCE) tras adicionar una moderada cantidad de metanol en el afluente. Los reactores fueron operados con cargas de 0,07 y 1gDQO·l-1·d-1, y tiempos de retención hidráulica de 15 y 1d, respectivamente. El diseño experimental consistió en tres períodos de operación: régimen metanogénico con metanol como fuente de C (periodo 1), igual con aclimatación a 20mgPCE·l-1 (periodo 2.1) o 40mgPCE·l-1 (2.2), e igual con 40mgPCE·l-1 en RANLEF y RMC1, y 20mgPCE·l-1 en RMC2 (periodo 3). La eficiencia de PCE y DQO fue más alta en RANLEF en el primer periodo; el CH4 en biogás y el incremento de cloro fueron similares en los tres reactores. Durante el periodo 2.2 la remoción de PCE alcanzó 81% en RANLEF, sugestivo de buena aclimatación a mayor entrada de PCE; la remoción de DQO se mantuvo alta, y el contenido de CH4 en biogás alcanzó un valor medio de 64% v/v, indicando un régimen metanogénico satisfactorio. Los RMCs experimentaron un deterioro drástico en su desempeño al aumentar PCE de 20 a 40mg·l-1, por lo que se regresó el RMC1 a 20mg·l-1. El desempeño de RMC2 se mantuvo bajo, sugiriendo un impacto negativo sobre la metanogénesis y remoción de PCE. En contraste, el RMC1 con 20mg·l-1 se recuperó del estado transitorio negativo, exhibiendo desempeño similar al RANLEF alimentado con 40mg·l-1. En el período 3, el RANLEF con 40mg·l-1 y el RMC1 con 20mg·l-1 mostraron desempeño similar, mientras que el RMC2 con 40mg·l-1 exhibió una disminución en la eficiencia de remoción de DQO, baja productividad de biogás y contenido de CH4 en biogás, pero la remoción de PCE estuvo cerca de RANLEF y RMC1. La eficiencia de descloración del RMC2 fue significativamente menor que la del RANLEF, el cual fue más robusto y estable en el proceso anaerobio de remoción de alta concentración de PCE.

Performance was evaluated and compared in two lab-scale mesophilic methanogenic complete mix reactors (RMC1, RMC2) and a methanogenic fluidized bed reactor (RANLEF) for removal of perchloroethylene (PCE) when fed a moderate concentration of methanol. The RMCs and RANLEF were operated at loading rates of 0.07 and 1gCOD·l-1·d-1, and hydraulic retention times of 15 and 1 day, respectively. The experimental design consisted of three periods of operation: methanogenic regime with methanol as carbon source (1); same with acclimation to 20 (2.1) or 40mgPCE·l-1 (2.2); and same with 40mgPCE·l-1 in RANLEF and RMC1 and 20 mgPCE·l-1 in RMC2 (3). In the first period both PCE and COD removals were higher in RANLEF; biogas CH4 content and chloride increase were similar in the three reactors. During period 2.2, PCE removal increased up to 81% in RANLEF, suggesting a good acclimation to the higher inflow PCE concentration; COD reduction remained high, and CH4 in biogas indicated a satisfactory methanogenic regime. The RMCs experienced drastic performance impairments upon increase of inflow PCE (20 to 40mg·l-1), and RMC1 was returned to operate with 20mgPCE·l-1. RMC2 performance remained poor, showing a drastic deterioration of methanogenesis and PCE removal. By contrast, RMC1 with 20mgPCE·l-1 recovered from the negative transient state and exhibited similar performance to that of RANLEF fed 40mg·l-1. In period 3, RANLEF with 40mg·l-1 and RMC1 with 20mg·l-1 showed similar performances, whereas RMC2 kept with 40mg·l-1 exhibited impaired COD removal, lower biogas productivity and CH4 biogas content, but a PCE removal very close to RANLEF and RMC1. The dehalogenation efficiency of RMC2 was significantly lower than that of the RANLEF, which appears to be a more robust and stable anaerobic process for the effective removal of high concentrations of PCE.

Avaliou-se e comparou-se o desempenho de dois reatores mesofílicos metanogênicos de mistura completa escala laboratório (RMC1, RMC2) e um reator metanogênico de leito fluidizado (RANLEF, com carvão ativado granular como suporte) para remoção de percloretileno (PCE) depois de adicionar uma moderada quantidade de metanol no afluente. Os reatores foram operados com cargas de 0,07 e 1gDQO·l-1·d-1, e tempos de retenção hidráulica de 15 e 1d, respectivamente. O projeto experimental consistiu em três períodos de operação: regime metanogênico com CH4 como fonte de carbono (1), igual com aclimatação a 20mgPCE·l-1 (2.1) ou 40mgPCE·l-1 (2.2), e igual com 40mgPCE·l-1 em RANLEF e RMC1, e 20mgPCE·l-1 em RMC2 (3). A eficiência de PCE e DQO foi mais alta em RANLEF no primeiro período; o CH4 em biogás e o incremento de cloro foram similares nos três reatores. Durante o período 2.2 a remoção de PCE alcançou 81% em RANLEF, sugestivo de boa aclimatação a maior entrada de PCE; a remoção de DQO se manteve alta, e o conteúdo de CH4 em biogás alcançou um valor médio de 64% v/v, indicando um regime metanogênico satisfatório. Os RMCs experimentaram um deterioro drástico no seu desempenho ao aumentar PCE de 20 a 40mg·l-1, pelo que se regressou o RMC1 a 20mg·l-1. O desempenho de RMC2 se manteve baixo, sugerindo um impacto negativo sobre a metanogênesis e remoção de PCE. Em contraste, o RMC1 com 20mg·l-1 se recuperou do estado transitório negativo, exibindo desempenho similar ao RANLEF alimentado com 40mg·l-1. No período 3, o RANLEF com 40mg·l-1 e o RMC1 com 20mg·l-1 mostraram desempenho similar, enquanto que o RMC2 com 40mg·l-1 exibiu uma diminuição na eficiência de remoção de DQO, baixa produtividade de biogás e conteúdo de CH4 em biogás, mas a remoção de PCE esteve perto de RANLEF e RMC1. A eficiência de descloração do RMC2 foi significativamente menor que a do RANLEF, o qual foi mais robusto e estável no processo anaeróbio de remoção de alta concentração de PCE.

Mass transfer improvement of a fixed-bed anaerobic sequencing batch reactor with liquid-phase circulation

Un reactor anaerobio de lotes secuenciales (ASBR) y rellenado con biomasa inmobilizada sobre espuma de poliurenato fue estudiado para tratamiento de agua residual de baja carga. El reactor fue operado con circulación de fase líquida con la finalidad de minimizar la resistencia a la transferencia de materia, típica en sistemas de células inmovilizadas. El reactor fue operado con temperatura controlada en 30 °C y lotes 8 horas fueron utilizados para tratar un agua residual con demanda química de oxígeno (DQO) de 500mg/L. El sistema alcanzó eficiencia de remoción de materia orgánica de 72 por ciento cuando la recirculación no fue utilizada y de 87 por ciento cuando la recirculación de la fase líquida fue empleada, o sea, el desempeño del reactor aumentó cuando la recirculación fue implementada. Además, el modelo cinético de primer orden con una concentración residual de materia orgánica fue ajustado a los datos experimentales para evaluar la influencia de la recirculación de líquido sobre el rendimiento del reactor. El parámetro cinético aparente de primer orden aumentó de 1,19 hasta 2,00h-1 cuando la velocidad superficial del líquido fue aumentada de 0,032 para 0,191cm/s, hasta alcanzar un valor estable (1,90h-1) para valores mayores de velocidad superficial (de 0,191 hasta 0,467cm/s).