Mestrado em Ciência e Engenharia Ambiental

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Navegando Mestrado em Ciência e Engenharia Ambiental por Orientador(a) "Damasceno, Leonardo Henrique Soares"

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    Caracterização hidrodinâmica de biorreator combinado anóxico-aeróbio de leito fixo
    (Universidade Federal de Alfenas, 2018-08-29) Fontes, Henrique Gama; Damasceno, Leonardo Henrique Soares; Moura, Rafael Brito De; Rodrigues, Marcos Vinícius
    O presente trabalho avaliou as características hidrodinâmicas de um biorreator combinado anóxico-aeróbio de leito fixo em escala piloto que opera de maneira contínua, com escoamento ascendente e recirculação. Utilizou-se de cloreto de sódio como traçador, e a alimentação ocorreu na forma de injeção tipo degrau. O biorreator era composto por cinco compartimentos chamados módulos, sendo os três primeiros anaeróbios e após o terceiro módulo havia a inserção de uma vazão de aeração (2,5 m³.h-1), onde os dois últimos passaram a operar de forma aeróbia. Foram avaliadas cinco etapas diferentes objetivando constatar a influência no regime de escoamento no biorreator através das variações nas vazões, inserção de aeração e variação nas razões de recirculação. Nas duas primeiras etapas se avaliou as características hidrodinâmicas dos três módulos anaeróbios que compõe o biorreator com vazões de 0,06 l.min-1 e 0,12 l.min-1 respectivamente. Na terceira etapa foi inserida a vazão de aeração. Nas duas últimas etapas o efluente foi submetido a recirculação nas razões de 1:1 e 2:1 respectivamente. Para a modelagem matemática foram testados os modelos clássicos de Levenspiel, de Pequena Dispersão (PD), Grande Dispersão Tanque Aberto (GD-TA), Tanques em série (N-CSTR) e o modelo de Danckwerts. O biorreator avaliado apresentou três perfis distintos de escoamento. Durante as duas primeiras etapas o perfil de escoamento se manteve próximo ao fluxo de pistão (PF) o que comprovado pelo valor obtido de número de dispersão (D/µ ETAPA I = 0,01) e (D/µ ETAPA II = 0,008); com a inserção da aeração, houve uma mudança no comportamento hidrodinâmico do biorreator, e o mesmo passou a ter um regime de escoamento entre: PF e mistura perfeita (CSTR) (D/µ ETAPA III = 0,12). Ao avaliar a influência da recirculação, foi constado que a inserção de uma vazão de recirculação surtiu efeito direto no escoamento, que passou a ser um regime de CSTR (D/µ ETAPA IV e V = 0,21). Não foi verificado influencia no número de dispersão ao variar as razões de recirculação nas condições propostas pelo estudo. Verificou-se através dos perfis de escoamento das curvas de todas as etapas e através dos tempos de detenção hidráulico calculados que existem fortes indícios da presença de zonas mortas no interior do reator, que propicia o fluido a estagnação e tomada de caminhos preferenciais.
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    Determinação de parâmetros cinéticos em biomassa granular no tratamento de drenagem ácida de minas
    (Universidade Federal de Alfenas, 2019-02-27) Bortoluci, Carla Beatriz Casagrande; Damasceno, Leonardo Henrique Soares; Moura, Rafael Brito De; Rodrigues, Marcos Vinícius
    O emprego de biorreatores contendo células imobilizadas é uma alternativa viável para o tratamento de drenagem ácida de mina, efluente líquido proveniente de atividades de mineração. Entretanto, nesse tipo de reator o substrato pode encontrar dificuldade em difundir no interior do grânulo bacteriano e afetar a cinética da reação. Com base nessa constatação, o presente trabalho tem como principal objetivo encontrar os paramétricos cinéticos intrínsecos em biomassa granular e avaliar se há efeitos de resistência a transferência de massa interna. Para isso, foram traçados perfis temporais nas concentrações de sulfato de 500 e 250mg.L-1 para diferentes velocidades de escoamento. Essas fases foram operadas em reatores diferenciais em modo batelada, temperatura de 30±1°C, tempo de ciclo de 48h e etanol como fonte de carbono. A relação DQO/sulfato foi mantida igual a 2. O pH de entrada variou entre 3,2 e 3,3 e as concentrações de ferro, zinco e cobre correspondem a 25, 20 e 5mg.L-1, respectivamente. De forma a encontrar a melhor condição para realizar os perfis, foram feitos testes preliminares em diversas condições operacionais. O módulo de Thiele observado foi utilizado para avaliar o efeito de transferência de massa intraparticular. Os resultados mostraram que o modelo cinético de primeira ordem foi representativo para descrever a redução de sulfato. Os valores das constantes cinéticas k1, para velocidades superficiais entre 0,07 e 1,75cm.min-1, variaram na faixa de 0,0098 a 0,0136 para concentração de sulfato de 500mg.L-1, e 0,0200 a 0,0648 para concentração de sulfato de 250mg.L-1. O módulo de Thiele observado constatou que a resistência à transferência de massa interna pode ser desprezada, sendo a velocidade de consumo de substrato limitada à cinética da reação.
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    Efeito da estratégia de alimentação do AnSBBR utilizado no tratamento de drenagem ácida sintética de mina
    (Universidade Federal de Alfenas, 2018-08-28) Toledo Filho, Mauro Fleury De; Damasceno, Leonardo Henrique Soares; Ribeiro, Rogers; Zaiat, Marcelo
    O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar o efeito da estratégia de alimentação do reator anaeróbio operado em bateladas sequenciais com biomassa imobilizada em material suporte (AnSBBR) e recirculação da fase líquida no tratamento de drenagem ácida sintética de mina (DASM). Três concentrações afluentes de SO42- relacionadas a três cargas aplicadas de SO42- foram estudadas: 1,5 g.L-1.d-1 na condição A, 3,0 g.L-1.d-1 na condição B e 4,5 g.L-1.d-1 na condição C. Para cada condição, a mudança na estratégia de alimentação foi feita após a estabilização do sistema e o posterior registro dos perfis temporais. Dessa forma, as estratégias adotadas foram aplicadas sempre na seguinte ordem: batelada, batelada alimentada de 2h e batelada alimentada de 4h. Em todas as situações, o pH de entrada da DASM variou entre 3,0 e 3,3 e as concentrações de entrada de ferro, zinco e cobre foram mantidas constantes em 100 mg.L-1, 20 mg.L-1 e 5 mg.L-1, respectivamente. Soro de leite foi usado como fonte de carbono e adicionado à DASM de modo a atingir uma relação DQO/SO42- inicial de 2,0. O sistema era totalmente descarregado e capaz de tratar 2,8 L da DASM em ciclos de 8h com temperatura de operação mantida em 30±1 ºC. O reator foi inoculado com biomassa anaeróbia proveniente de um UASB em escala de bancada usado para tratar a mesma água residuária. Antes da operação do AnSBBR, estudos hidrodinâmicos abióticos provaram que a recirculação da fase líquida garante a homegeinização completa do sistema num intervalo de tempo irrelevante se comparado ao tempo total de ciclo e que o regime de fluxo no leito do reator se aproxima do comportamento pistonado. Durante a fase de batelada da condição A, a sulfetogênese foi predominante no reator, visto a alta eficiência de remoção de sulfato com valor médio atingindo (97±1)%, remoção média de Fe2+ de (95±1)%, e remoção média de (61±1)% da DQO solúvel. Ao aumentar tempo de enchimento nessa condição, o desempenho do AnSBBR diminuiu gradativamente. A eficiência média de remoção de SO42- foi equivalente a (90±3)% e (77±3)% para as estratégias de batelada alimentada de 2h e batelada alimentada de 4h, respectivamente. Por outro lado, a alimentação gradativa afetou positivamente o sistema na condição B. Ao elevar a carga orgânica aplicada, apenas (40±8)% das moléculas de SO42- foram convertidas na condição de batelada por ter-se um favorecimento da atividade de bactérias hidrolíticas e acidogênicas perante às bactérias redutoras de sulfato (BRS). Porém, a batelada alimentada de 4h garantiu uma maior disponibilidade de substratos orgânicos, atenuando a competição entre as espécies microbianas e contribuindo para um aumento na remoção média de SO42-, atingindo (61±1)%. A remoção média de Fe2+ decaiu com o aumento do tempo de enchimento, já a de DQO foi estatisticamente semelhante para todas as estratégias de alimentação adotadas, provando, mais uma vez, um maior direcionamento de moléculas orgânicas para as rotas sulfetogênicas na estratégia de 4h de alimentação. Na condição C, os testes ANOVA apontam a mesma eficiência média de remoção de SO42- e DQO, independente da estratégia de alimentação adotada. Entretanto, os máximos valores de remoção de SO42-, (62±8)%, e uma maior estabilidade operacional foram obtidos na batelada alimentada de 4h. Os resultados deste estudo mostram que a estratégia de batelada é a melhor opção para tratamento da DASM em questão quando a carga orgânica aplicada atinge valores próximos de 3,0 g.L-1.d-1 e que a alimentação gradual de 4h garante maiores reduções de SO42- para cargas orgânicas variando entre 6,0 g.L-1.d-1 e 9,0 g.L-1.d-1.
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    Efeito da fonte externa de carbono na partida de reator UASB no tratamento de drenagem ácida de minas
    (Universidade Federal de Alfenas, 2014-10-30) Pimenta , Daniel Fernandes Novaes; Damasceno, Leonardo Henrique Soares; Rodriguez, Renata Piacentini; Campos, Cláudio Milton Montenegro
    A drenagem ácida de mina (DAM) é um dos passivos ambientais da indústria de extração de minério, potencialmente poluidora das águas superficiais, subterrâneas e do solo. O efluente proveniente da DAM tem origem na exposição de minerais sulfetados, principalmente pirita, a condições atmosféricas capazes de oxidar este minerais e gerar soluções ricas em sulfato e com baixo pH. Este efluente é capaz de lixiviar metais pesados presente nos corpos geológicos e amplificar o grau poluidor associado à geração da drenagem. O tratamento físico-químico proposto para remediar o problema e amplamente difundido nas mineradoras envolve a aplicação de grandes quantidades de cal hidratada ou virgem, para neutralizar a drenagem e precipitar os metais presentes, um procedimento oneroso e que envolve gastos com produtos químicos e disposição adequada do material precipitado. Neste contexto, surge a demanda pelo estudo e desenvolvimento de novas tecnologias para o tratamento da DAM. A utilização de processos anaeróbios de tratamento, com bactérias redutoras de sulfato, possibilita a remoção do sulfato, a elevação do pH e a precipitação dos metais, a partir do sulfeto biogênico produzido. O presente trabalho avaliou qual dentre as fontes de carbono, acetato, etanol e lactato, seria a mais adequada para a partida de um reator anaeróbio de fluxo ascendente (upflow anaerobic sludge blanket - UASB) tratando drenagem ácida sintética, visando uma eficiente remoção dos metais presentes (ferro, cobre e zinco). O reator alimentado com etanol foi o único capaz de tratar a drenagem e estabilizar a remoção de sulfato, com eficiências maiores que 90%, em 55 dias de operação, e remover em termos médios, 96,0% do cobre; 98,4% do zinco e 86,4% do ferro presente. O reator alimentado com lactato, após uma longa fase de aclimatação, cerca de 55 dias, produziu sulfeto em condições capazes de remover o cobre e o zinco, contudo, após um período 45 dias, a rota metabólica sulfetogênica não mais foi observada, e o lactato passou a ser preferencialmente e somente fermentado. O reator alimentado com acetato, não foi capaz de utilizar a fonte de carbono, e sofreu com o efeito desacoplador do ácido acético, levando as células da biomassa a um colapso, promovendo a desestruturação dos grânulos inoculados e crescimento de fungos.
    Acid mine drainage (AMD) is one of the environmental liabilities of ore mining industries which generate the pollution of surface water, groundwater and soil. The effluent from AMD stems from the exposure of sulfide minerals – mainly pyrite – to atmospheric conditions which oxidize this mineral generating rich sulfate solutions and low pH. This effluent can leach heavy metals that are found in geological bodies, and amplify the polluting degree which is associated to the drainage generation. The physical-chemical treatment widespread in mining that has been proposed to remedy the problem applies large amounts of hydrated lime or quicklime in order to neutralize drainage and precipitate metals – a costly procedure that involves spending on chemicals and appropriate disposal of the precipitated material. In this context, there is a demand for the study and development of new technologies for the treatment of AMD. The use of anaerobic treatment processes with sulfate-reducing bacteria enables the removal of sulfate, the higher pH, and the precipitation of metals from biogenic sulfide production. This study evaluated which of the sources carbon, i.e. acetate, ethanol, and lactate would be the most suitable to start-up a UASB reactor (upflow anaerobic sludge blanket) treating synthetic acid drainage, so that it could efficiently remove metals (iron, copper, and zinc). The reactor that was fed with ethanol was the only one that could treat drainage and stabilize the sulfate removal: efficiency was higher than 90% in 55 days of operation; removal was on average of: 96.0% of copper; 98.4% of zinc and 86.4% of iron. The reactor that was fed with lactate – after a long period of acclimatization, about 55 days – produced sulfide in conditions capable of removing copper and zinc, however after a period of 45 days the sulfide metabolic pathway was not observed, and lactate became fermented. The reactor that was fed with acetate was not able to use the carbon source. At low pH, acetate acts as an uncoupler of the cell membrane, which led biomass cells to collapse, promoting the disintegration of the inoculated granules and fungal growth.
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    Efeito do pH, relação DQO/Sulfato e fonte de carbono na biorremediação de drenagem ácida de minas sob condições ácidas em reator UASB
    (Universidade Federal de Alfenas, 2015-07-27) Acerbi, Karl Wagner; Damasceno, Leonardo Henrique Soares; Rodriguez, Renata Piacentini; Mockaitis, Gustavo
    O presente trabalho consistiu em avaliar diferentes estratégias de operação de um reator UASB no tratamento de drenagem ácida de mina - DAM sintética. Foram testados dois reatores idênticos, sendo a operação deles diferenciada pela fonte de carbono, sendo etanol – RE e lactato – RL. As variações realizadas foram no pH afluente, alterando de 3,0 (fase I), para 3,5 (fase II) e 4,0 (fase III) e na relação DQO/Sulfato, sendo 2,0 nas três fases inicias e reduzida por meio da DQO para 1,5 (fase IV) e 0,8 (fase V). Para RE a variação de pH não ocasionou variações significativas, sendo os valores médios das fases I, II e III: pH efluente 5,03, remoções de DQO 34% e de sulfato 88%, produções de sulfeto 122 mg/L, de alcalinidade 101 mg/L, ácido acético 127,7 mg/L e de H2S 1,5 mmol/L. Já a redução de DQO causou uma menor atividade das BRS em RE, sendo que a remoção média de sulfato foi de 87% (fase III) para 58% (fase V), produção de sulfeto de 119 para 55 mg/L, de alcalinidade 105 para 38 mg/L, de ácido acético de 116 para 73 mg/L e H2S de 1,2 E-03 para 4,1 E-04 mol/L. A remoção de DQO, no entanto, apresentou um aumento de 29 para 48%, indicando que o consumo de etanol passou a ser realizado por um outro grupo que não as BRS. Como o sistema era tamponado pelo ácido acético, não houve variações significativas no pH efluente nas ultimas fases. Para RL as alterações tiveram efeito positivo ou indiferente estatisticamente, sendo que na fase I não havia atividade das BRS devido a prevalência da forma de ácido lático em pH muito ácido. As alterações para as demais fases (II, III, IV e V), tiveram, respectivamente, as seguintes respostas médias: pH: 4,6, 6,44, 7,15 e 7,66; remoção de DQO: 19, 33, 46 e 54%; remoção de sulfato: 58, 70, 90 e 84%; produção de sulfeto: 67, 87, 127 e 124 ug/L; produção de alcalinidade: 101, 266, 287 e 225 mg/L; ácido acético: 55,7, 129,8,137,7 e 34,1 mg/L. As concentrações de H2S sofrem influência do pH na determinação em sua fase de concentração, sendo medidas: 9,0E-04, 6,7E-03, 9,2E-04 e 8,9E-04, sendo que o “pulso”verificado na fase III foi devido ao pH.
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    Estudo da comunidade de microrganismos redutores de sulfato (BRS) provenientes do sedimento do reservatório de Retiro Baixo/Pompéu e sua capacidade de resistência a metais, após o rompimento da barragem de rejeitos I de Brumadinho
    (Universidade Federal de Alfenas, 2023-01-26) Montanari, Anna Flavia Pereira; Damasceno, Leonardo Henrique Soares; Vieira, Bárbara Franco; Moura, Rafael Brito De
    O presente estudo teve como objetivo principal a avaliação do comportamento das bactérias redutoras de sulfato presentes no sedimento do reservatório Retiro Baixo, localizado entre os municípios de Curvelo e Pompéu, Minas Gerais, após o rompimento da Barragem I da Mina Córrego do Feijão, no município de Brumadinho, MG. Foram coletadas amostras 5 dias após o rompimento, e outras oito coletas periódicas durante os anos de 2019, 2020, 2021 e 2022. Para as análises quantitativas, foram realizados ensaios de quantificação das BRS por meio dos tubos múltiplos e os valores determinados pelo NMP. O resultado da quantificação mostrou um aumento significativo em 6 ordens de grandeza na contagem de células por 100ml entre as campanhas 06 e 07. Na campanha 08 a concentração de BRS se manteve na mesma ordem de grandeza e na campanha 09 houve uma redução em 100 vezes no número de células por 100 ml de amostra. Os ensaios de resistência desses microrganismos a ferro e manganês foram realizados para as campanhas de número 01, 02, 06 e 08, que correspondem aos períodos de 5 dias após o rompimento, 3 meses, 30 meses e 36 meses, respectivamente. Foram observados a capacidade de remoção de sulfato e de metal dissolvido no meio líquido para diferentes concentrações ao longo das campanhas escolhidas. Para o ferro as concentrações utilizadas foram de 100, 200, 300 e 400 mg/L, que apresentaram redução de sulfato em todos os frascos de tratamento, apenas com uma eficiência menor na concentração de 400 mg/L da campanha 01, demonstrando que houve um aumento na resistência microbiana do sedimento entre as duas primeiras campanhas e a remoção de metais dissolvidos mostrou que o ferro dissolvido foi quase todo removido em todos os ensaios. Para o manganês, foram utilizadas concentrações de 20, 340, 60 e 80 mg/L, e a remoção de sulfato se manteve alta em todas as concentrações e ao longo das campanhas analisadas, e a remoção de Mn obtiva foi acima de 80%.
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    ItemAcesso aberto (Open Access)
    Tratamento de drenagem ácida sintética de mina em reator UASB: fontes de carbono e cargas de sulfato
    (Universidade Federal de Alfenas, 2017-01-27) Pereira , Luiz Francisco Fernandes; Damasceno, Leonardo Henrique Soares; Ribeiro, Rogers; Sarti, Arnaldo
    O presente trabalho teve como objetivo principal, avaliar a influência de três diferentes fontes de carbono (etanol, sacarose e soro de leite) no tratamento de drenagem ácida sintética de mina (DASM), em condições ácidas e concentrações de sulfato e metais (cobre, ferro e zinco). Para tanto, foram utilizados três reatores UASB, denominado RET, RSA e RSO, com as fontes externas de carbono etanol, sacarose e soro de leite, respectivamente. A Etapa 1, partida dos reatores, teve como objetivo proporcionar a adaptação gradativa da biomassa às condições de operação, totalizando 371 dias e composta por 6 Fases. Os resultados e características operacionais das Fases 1 e 2, sugeriram o predomínio da metanogênese em ambos os reatores, com remoções de DQO próximos a 90% e sulfato inferiores a 40%. Com o estabelecimento da relação DQO/ =2, a partir da Fase 3, houve sensível modificação na remoção de sulfato e concentração de sulfeto total dissolvido, em todos reatores. Para a Fase 4, corrigiram-se o pH das drenagens para 3,5. Os resultados sugeriram o possível estabelecimento de bactérias redutoras de sulfato de oxidação incompleta. Para RET e RSA, os sistemas responderam com elevação na redução de sulfato a sulfeto, porém com menor eficiência na remoção de matéria orgânica e acumulando ácidos no sistema. As remoções de DQO e sulfato foram, respectivamente, para RET (78,2 ± 17,3) % e (76,1 ± 6,8) % e para RSA (35,7 ± 3,8)% e (77,6 ± 5,3) % . Já para RSO, houve elevada remoção de DQO e sulfato, respectivamente, (88,3 ± 7,3) % e (71,0 ± 14,5) %. Nas Fases 5 e 6, houve, respectivamente, a inserção de 50 mgFe2+.l-1 e 75 mg Fe2+.l-1, sob pH 3,3. A adição do íon ferroso parece ter sido prejudicial para RET e RSA, para as remoções de DQO e sulfato, reduzindo a produção de alcalinidade e pH efluente. Devido a problemas operacionais no reator RSO, adicionaram-se 50 mgFe2+.l-1 na Fase 6, porém a adição do íon metálico parece ter favorecido ao sistema, nos diversos parâmetros analisados. A Etapa 2, teve como objetivo submeter os reatores a cargas crescentes de sulfato. Iniciou-se com a inserção de 100 mgFe2+.l-, sob relação DQO/ =2 e pH 3,3 e teve duração total de 129 dias. Foram analisados os reatores sob cargas crescentes de sulfato: 500 mg.l-1 (Fase 1), 1000 mg.l-1 (Fase 2) e 2000 mg.l-1 (Fase 3). O reator RET apresentou adaptação gradativa ao íon ferroso e atingiu remoções de ferro próximas a 100% e para sulfato, 50%. O reator RSA, não apresentou remoções significativas de sulfato após a inserção de Fe2+ e não foi capaz de atender aos limites legais para lançamento de efluentes. O reator RSO apresentou desempenho superior quando comparado aos demais reatores. Para as Fases 1 e 2, apresentou eficiência aproximadamente de 70% para remoção de sulfato e remoção de DQO superior a 80%. No entanto, apresentou queda de eficiência para 48% de remoção de DQO e 32% de sulfato, na Fase 3.
    The aim of this study was to avalie the influence of three carbon source (ethanol, sucrose and whey) in the treatment of artificial acid mine drainage (AAMD), under acid conditions, sulfate and metal concentrations (copper, iron and zinc). Therefore, were used three anaerobic sludge blanket reactor (UASB), denominated RET, RSA and RSO, with carbon sources ethanol, sucrose and whey, respectively. The step 1, start-up of reactors, objected provide the gradual adaptation of the biomass in operational conditions, was for 371 days and composed of six phases. The results and operational characteristics of Phases 1 and 2 suggested the predominance of methanogenesis in both reactors, with removals of COD close to 90% and sulfate of less than 40%. After the establishment of the ratio COD/ sulfate = 2, from Phase 3, there was a significant modification in sulfate removal and dissolved sulfide total concentration in all reactors. For Phase 4, the drainage pH was corrected to 3.5. The results suggested the possible establishment of incomplete oxidized sulfate-reducing bacteria. For RET and RSA there was increase in the reduction of sulfate to sulfide, but with less efficiency in the removal COD and accumulating acids. The COD and sulfate removal was, respectively, for RET (78.2 ± 17.3) % and (76.1 ± 6.8) %, and for RSA (35.7 ± 3.8) % and (77.6 ± 5.3) %. On the other hand, for RSO, COD and sulfate removal were high, respectively, (88.3 ± 7.3) % and (71.0 ± 14.5) %. In Phases 5 and 6, 50 mgFe2 +.l-1 and 75 mgFe2 +.l-1 were inserted, respectively, under pH 3.3. The addition of the iron II seems to have been detrimental to RET and RSA, for the removal of COD and sulfate, reducing alkalinity and effluent pH. Due to operational problems in the RSO reactor, 50 mgFe2 + .l-1 was added in Phase 6, but the addition of the metal ion seems to have favored the system, in the several parameters analyzed. The Step 2, aimed at subjecting the reactors to increasing sulfate loads. It was started with the insertion of 100 mgFe2 +.l-1, under ration COD / sulfate = 2 and pH 3.3 and had a total duration of 129 days. The reactors were analyzed under increasing sulfate loading: 500 mg.l-1 (Phase 1), 1000 mg.l-1 (Phase 2) and 2000 mg.l-1 (Phase 3). The RET presented gradual adaptation to the iron II, reached efficiency approximately 100% for iron and sulfate removal 50%. The RSA reactor, didn’t sulfate removal after iron II additional and can’t meet the legal limits to wastewater discharged. The RSO reactor presented the best performance. For Phases 1 and 2, it showed approximately 70% efficiency for sulfate removal and COD removal above 80%. However, in Phase 3, there was an efficiency decrease to 48% of COD removal and 32% of sulfate.