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Tipo: Tese
Título: Avaliação da remoção de micropoluentes emergentes e nitrogênio em sistemas anaeróbios e microaeróbios seguidos de filtros biológicos percoladores sujeitos à aeração natural e forçada
Título em inglês: Evaluation of the removal of emergent micropollutants and nitrogen in anaerobic and microaerobic systems followed by percolating biological filters subjected to natural and forced aeration
Autor(es): Buarque, Patrícia Marques Carneiro
Orientador: Santos, André Bezerra dos
Coorientador: Firmino, Paulo Igor Milen
Palavras-chave: Saneamento;Esgotos - Tratamento anaeróbio;Biologia molecular;Nitrogênio - Eliminação de resíduos;Estação de tratamento de esgoto;Emerging micropollutants;Microaerobic treatment;Trickling filters
Data do documento: 2017
Citação: BUARQUE, P. M. C. Avaliação da remoção de micropoluentes emergentes e nitrogênio em sistemas anaeróbios e microaeróbios seguidos de filtros biológicos percoladores sujeitos à aeração natural e forçada. 2017. 167 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil)-Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Resumo: O lançamento inadequado de efluentes in natura ou a partir de Estações de Tratamento de Esgotos (ETE) pode ocasionar a introdução de diversos poluentes no ambiente, tais como sólidos orgânicos e inorgânicos, matéria orgânica carbonácea, nutrientes (e.g. nitrogênio e fósforo), entre outros. Nos últimos anos, principalmente em países desenvolvidos, vem se aumentando a preocupação com outros tipos de poluentes, como por exemplo, uma categoria conhecida como micropoluentes emergentes (ME), entre os quais destacam-se os fármacos (e.g. anti-inflamatório e antibióticos), vários hormônios naturais e sintéticos, assim como xenoestrogênios (e.g. bisfenol-A). Esses ME, mesmo em baixas concentrações (ng/L ou μg/L), podem apresentar efeitos adversos em organismos aquáticos e seres humanos como genotoxicidade e interferência endócrina. Assim, torna-se importante o desenvolvimento e aprimoramento de sistemas de tratamento de esgotos de baixo custo que sejam capazes de remover bem as categorias convencionais de poluentes, como também os ME. Nesse sentido, o presente trabalho buscou desenvolver/aprimorar um sistema de baixo custo composto por reator UASB operado sob condições anaeróbias e microaeróbias, seguido de filtro biológico percolador (FBP), com aeração natural e forçada, para remoção conjunta de alguns ME e nitrogênio. Os experimentos foram conduzidos em fluxo contínuo, e os reatores foram alimentados com água contaminada sintética contendo uma mistura de ME (estrona, estradiol, 17α-etinilestradiol, trimetoprima, sulfametoxazol, diclofenaco e bisfenol-A), com aproximadamente 200 μg/L de cada composto, etanol (co-substrato) e macro e micro-nutrientes, os quais contribuíram para a inserção de nitrogênio na forma amoniacal (~60 mg/L) ao sistema. O reator UASB, com volume útil de 3,7 L, operou com TDH de 7 h e COV de 3,7 kg/m3.dia. Já o FBP, com 38 L de volume útil e aparas de conduítes como meio suporte, trabalhou com COV de 0,03 kg DQO/m3.dia e TAS de 0,32 m3/m2.dia, caracterizando-se como um sistema de baixa taxa. A pesquisa foi realizada em sete fases, envolvendo: aclimatação (Etapa I); adição de micropoluentes (Etapa II); adição de microaeração (Etapa III); inserção da coluna de absorção (Etapa IV); desligamento e reativação da aeração na coluna (Etapas V e VI, respectivamente); e recirculação do efluente nitrificado do FBP para o UASB para desnitrificação (Etapa VII). A dinâmica populacional microbiana dos domínios Bacteria e Archaea foi avaliada por meio de técnicas moleculares como PCR/DGGE, a fim de comparar os tratamentos sob condições anaeróbias e microaeróbias. Por fim, foi realizada uma avaliação de ciclo de vida (ACV) para as diferentes unidades de tratamento e etapas estudadas. O sistema UASB-FBP apresentou bastante estabilidade operacional durante todas as fases de operação, com remoções de matéria orgânica, na forma de DQO, superiores a 90%, com a maior parte da matéria orgânica sendo removida ainda no reator UASB. Este se mostrou pouco eficiente na remoção de ME quando operou sob condições anaeróbias estritas, apresentando média de eficiência de remoção máxima de 45 % para a estrona e mínima de 3 % para o etinilestradiol. Entretanto, a microaeração melhorou sobremaneira a degradação desses compostos no reator anaeróbio, alcançando médias de eficiências de remoção superiores a 50 % para todos os compostos, o que pode ser atribuído à mudança de metabolismo de alguns microorganismos comuns daquele meio, pelo incremento resultado da adição de O2. Em todas as etapas de operação, a remoção de fármacos e hormônios no FBP foi bastante eficiente, intensificando-se com o uso da aeração forçada, e consequente incremento na concentração de oxigênio dissolvido no meio líquido, com boas eficiências de remoção para os compostos avaliados (e.g. estrona – 67% e bisfenol-A – 91%). Esse aumento na disponibilidade de oxigênio também foi efetivo na remoção de nitrogênio do meio, possibilitando a nitrificação completa, aproximadamente 60%. A recirculação do efluente nitrificado do FBP para o reator UASB para ocorrer a desnitrificação aumentou a remoção do nitrogênio total do sistema, com remoções globais próximas a 100% de nitrato e 90% de nitrito. Assim, o sistema em estudo se revelou bastante atrativo em todos os aspectos de engenharia e de ciclo de vida avaliados, podendo ser considerado como uma ótima alternativa de baixo custo de tratamento de esgotos a ser aplicado na remoção de poluentes convencionais e não convencionais.
Abstract: Inadequate discharge of effluents in natura or from sewage treatment stations (ETE) can lead to the introduction of various pollutants in the environment, such as organic and inorganic solids, carbonaceous organic matter, nutrients (eg nitrogen and phosphorus), among others . In recent years, especially in developed countries, concern has been growing with other types of pollutants, such as a category known as emerging micropollutants (ME), among which drugs (eg anti-inflammatory drugs and antibiotics) , various natural and synthetic hormones, as well as xenoestrogens (eg bisphenol-A). These MEs, even at low concentrations (ng / L or μg / L), may have adverse effects on aquatic organisms and humans such as genotoxicity and endocrine interference. Thus, the development and improvement of low-cost sewage treatment systems that are capable of removing conventional categories of pollutants, as well as MEs, are important. In this sense, the present work aimed to develop / improve a low cost system composed of UASB reactor operated under anaerobic and microaerobic conditions, followed by biological filtration percolator (FBP), with natural and forced aeration, for the joint removal of some ME and nitrogen. The experiments were run in a continuous stream, and the reactors were fed synthetic contaminated water containing a mixture of ME (estrone, estradiol, 17α-ethinylestradiol, trimethoprim, sulfamethoxazole, diclofenac and bisphenol-A), with approximately 200 μg / L of each (co-substrate) and macro and micro-nutrients, which contributed to the insertion of ammoniacal nitrogen (~ 60 mg / L) into the system. The UASB reactor, with a useful volume of 3.7 L, operated with TDH of 7 h and VOC of 3.7 kg / m3.dia. On the other hand, the FBP, with 38 L of useful volume and shavings of conduits as medium, worked with VOC of 0.03 kg COD / m3.dia and TAS of 0.32 m3 / m2.day, characterizing as a system of low rate. The research was carried out in seven phases, involving: acclimatization (Stage I); addition of micropollutants (Step II); addition of microaeration (Step III); insertion of the absorption column (Step IV); disengagement and reactivation of aeration in the column (Steps V and VI, respectively); and recirculation of the nitrificated effluent from the FBP to the UASB for denitrification (Step VII). The microbial population dynamics of the Bacteria and Archaea domains were evaluated using molecular techniques such as PCR / DGGE, in order to compare the treatments under anaerobic and microaerobic conditions. Finally, a life cycle assessment (LCA) was performed for the different treatment units and stages studied. The UASB-FBP system showed enough operational stability during all phases of operation, with removal of organic matter in the form of COD, higher than 90%, with most of the organic matter still being removed in the UASB reactor. It was shown to be inefficient in the removal of ME when operated under strict anaerobic conditions, with a maximum removal efficiency of 45% for estrone and a minimum of 3% for ethinyl estradiol. However, the microaeration greatly improved the degradation of these compounds in the anaerobic reactor, reaching mean removal efficiencies of more than 50% for all the compounds, which can be attributed to the change of metabolism of some common microorganisms of that medium, of O2. In all stages of operation, the removal of drugs and hormones in the FBP was very efficient, intensifying with the use of forced aeration, and consequent increase in the oxygen concentration dissolved in the liquid medium, with good removal efficiencies for the compounds evaluated (eg estrone-67% and bisphenol-A-91%). This increase in oxygen availability was also effective in the removal of nitrogen from the medium, allowing complete nitrification, approximately 60%. Recirculation of the nitrided effluent from the FBP to the UASB reactor for denitrification increased the removal of total nitrogen from the system, with global removals near 100% nitrate and 90% nitrite. Thus, the system under study has proved to be very attractive in all engineering and life cycle aspects evaluated and can be considered as a great low cost alternative of sewage treatment to be applied in the removal of conventional and unconventional pollutants.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/29776
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