O tratamento de águas residuárias sob baixas temperaturas ainda é um desafio considerando a maior parte das configurações de reatores biológicos, uma vez que a temperatura é um dos fatores que influenciam a eficiência da remoção de matéria orgânica e a diversidade dos microrganismos. Para tentar solucionar esse problema, o presente estudo propõe um novo reator biológico chamado Reator de Biofilme Termicamente Estimulado (Acrônimo em inglês: TSBR), inspirado pelo reator de leito estruturado, e pelo conceito de assistência térmica à fase limitante da digestão anaeróbia. O reator TSBR, foi operado sob condição de temperatura psicrofílica (15ºC) em dois tempos de detenção hidráulica (TDH), 12 h e 24 h. O procedimento de aquecimento localizado para o reator TSBR foi suficiente para manter uma temperatura média mesofílica no interior do reator (~25ºC). A condutividade térmica da espuma de poliuretano associada à biomassa aderida foi estimada, considerando o fluxo de calor, o que resultou em um coeficiente global de condutividade térmica do meio suporte de 0,41 ± 0,06 W m^-1 K^-1. Os resultados de remoção de matéria orgânica medida como DQO, índices de abundância e diversidade de microrganismos foram comparados entre o reator TSBR e o reator controle (RC) do experimento, que foi operado em condição mesofílica (35°C). A remoção de DQO total foi positivamente afetada pela diminuição do TDH de 24 h para 12 h, em ambos os reatores estudados. Ao TDH de 12 h a eficiência de remoção de matéria orgânica na forma de DQO total em relação a energia aplicada ao aquecimento do sistema do reator TSBR foi de 40 mgDQO_t W^-1. Os índices de riqueza e diversidade microbiológica para o reator TSBR foram pouco menores do que às condições controle. Tais resultados apontam que a assistência térmica à biomassa aderida ao meio suporte, proposta do trabalho, é uma potencial solução para a manutenção da biomassa e tratamento de águas residuárias em condições de baixas temperaturas.

Wastewater treatment under low temperatures is an operational challenge for most biological reactors as the temperature is one of the most important factors that influence COD removal efficiency and microorganism diversity. To overcome some of the problems, this paperproposes a novel biological reactor called Thermally Stimulated Biofilm Reactor (TSBR), inspired by structured bed reactors and thermal assistance strategies of the limiting stage of anaerobic digestion. The TSBR was operated under psychrophilic temperature (15ºC) and two hydraulic retention times (HRT) were tested (12 h and 24 h). The thermal assistance used in the TSBR reactor experiment was enough to keep the mesophilic condition inside the reactor (~25°C). The thermal conductivity of the polyurethane foam associated to the biomass was estimated considering the heat flux applied, resulting in an overall coefficient of thermal conductive to the support media of 0,41 ± 0,06 W m^-1 K^-1. The results of COD removal, internal temperature and microorganism diversity were compared with a control reactor (CR) in an ideal temperature operation (35ºC). The CODt removal efficiency was positively affected by the decreasing the HRT from 24 h to 12 h in both studied reactors. For the HRT of the 12 h, the CODt removal per watts applied in system heat in the TSBR was 40 mgDQO_t W^-1 and to RC was ~17 mgDQO_t W^-1. The microbial diversity and richness indices of the TSBR were slightly lower than the ideal condition. This suggests that thermal assistance of support media is a useful approach for anaerobic wastewater treatment under low temperatures.