Estudo da biodegradabilidade de fluoroquinolona por meio da utilização de biomassas aeróbias e anaeróbias / Study of fluoroquinolone biodegradability by using aerobic and anaerobic biomass

RESUMO Os antibióticos como o norfloxacino constituem os fármacos mais utilizados na Medicina, com consumos expressivos no mundo todo. Por ser quimicamente estável, após sua administração a maior parte do fármaco é excretada de forma inalterada e, geralmente, é removida apenas parcialmente nas estações de tratamento de esgoto (ETEs). Assim, o presente trabalho buscou avaliar a eficiência dos processos biológicos na remediação de norfloxacino investigando os mecanismos de remoção envolvidos. O objetivo foi verificar a biodegradabilidade do fármaco e sua toxicidade. Para realização dos ensaios de biodegradabilidade, coletaram-se lodos na ETE Arrudas (Sabará, Minas Gerais) dos processos de tratamento com lodos ativados, reatores upflow anaerobic sludge blanket (UASB) e biodigestor anaeróbio. Reatores em escala de bancada foram montados com lodo aclimatado e não aclimatado. Amostras tiveram a biodegradabilidade acompanhada por meio da determinação do carbono orgânico total e da absortividade molar do norfloxacino por espectrofotometria de UV/Vis. Determinou-se a toxicidade por intermédio de ensaios com a bactéria Aliivibrio fischeri. Entre as biomassas utilizadas, a mais eficiente na remoção do norfloxacino foi advinda dos reatores UASB (23%), seguida do biodigestor anaeróbio (18%) e, então, dos lodos ativados (13%). Quanto à ecotoxicidade, a degradação anaeróbia promoveu a eliminação da toxicidade do antibiótico, enquanto com relação à degradação aeróbia os efluentes gerados permanecem tóxicos.

ABSTRACT Antibiotics, such as norfloxacin, are the most widely used drugs in medicine, with significant consumption in the world. By being chemically stable, most of the drug is excreted unchanged after administration, and is generally only partially removed in the sewage treatment plants (STPs). Thus, the efficiency of biological processes in the remediation of norfloxacin was investigated by the present work, verifying the removal mechanisms involved. Its objective was to verify the drug's biodegradability and toxicity. In order to perform biodegradability tests, sludges were collected in Arrudas STP (Sabara, Minas Gerais) from the treatment processes with activated sludge, upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors and anaerobic biodigester. Bench-scale reactors were assembled with acclimatized and non-acclimatized sludge. Samples had their biodegradability monitored by determination of total organic carbon and norfloxacin molar absorptivity by UV/Vis spectrophotometry. The toxicity was determined by tests with Aliivibrio fischeri. Among the used biomass, UASB reactors was the most efficient in removing norfloxacin (23%), followed by anaerobic biodigester (18%), and activated sludge (13%). Regarding ecotoxicity, the anaerobic degradation promoted the elimination of antibiotic toxicity, while with aerobic degradation, the effluents generated remained toxic.

Influência da idade do lodo na colmatação das membranas em um biorreator à membrana tratando esgoto sanitário / Effect of solids retention time on membrane fouling in a membrane bioreactor treating municipal wastewater

RESUMO O presente estudo avaliou o efeito da idade do lodo (θc) no potencial incrustante do licor misto em um biorreator à membrana (BRM) tratando esgoto sanitário. Tal avaliação foi conduzida em BRM construído em escala de bancada, com volume útil de 15 L, operado por 420 dias na modalidade de batelada sequencial. Durante o período experimental, foram aplicadas 3 estratégias operacionais, E-1, E-2 e E-3, em que foram testadas as idades de lodo de 80, 40 e 20 dias, respectivamente. Os resultados revelaram que a utilização da idade de lodo de 20 dias resultou em licor misto com maior potencial incrustante, apresentando, neste caso, uma velocidade de colmatação (VC) das membranas de 1,95 mbar dia-1, aproximadamente 2 vezes maior do que a observada nas idades de lodo de 80 e 40 dias. A maior colmatação observada foi atribuída a maior concentração de produtos microbianos solúveis (PMSs) no licor misto e a maior relação proteínas/polissacarídeos (PN/PS) dos flocos biológicos nesse período em questão. Por outro lado, a aplicação da idade de lodo de 80 dias resultou em menor VC das membranas do BRM, com valor de 0,82 mbar dia-1. Contudo, no período final dessa estratégia foi observado crescimento excessivo de bactérias filamentosas, que se refletiu em piora da filtrabilidade do licor misto e aumento da VC das membranas. De maneira geral, os resultados obtidos mostraram que a aplicação da idade de lodo de 40 dias resultou em licor misto com menor potencial incrustante.

ABSTRACT This study evaluated the effect of solids retention time (SRT) on membrane fouling rate in a membrane bioreactor (MBR) treating municipal wastewater. The evaluation was conducted in a membrane bioreactor built in bench scale, with a volume of 15 L, operated for 420 days in the sequential batch regime. During this period, three experimental runs were applied, E-1, E-2 and E-3, in which the solids retention time of 80, 40 and 20 days, respectively, were tested. The results showed that use of 20-days solids retention time resulted in a higher membrane fouling rate (MFR), with value of 1,95 mbar d-1, approximately two times higher than observed in the solids retention time of 80 and 40 days. The higher membrane fouling rate observed was attributed to a higher concentration of soluble microbial products (SMP) in the mixed liquor and to the higher proteins/polysaccharides ratio of the biological flocs in this period. On the other hand, the use of 80-days solids retention time resulted in a lower membrane fouling rate, with a value of 0.82 mbar d-1. However, it was observed in the final period of this experimental run an excessive growth of filamentous bacteria, which was reflected in a deterioration of the mixed liquor filterability and an increase of membrane fouling rate. Overall, the results showed that the 40-days solids retention time resulted in a mixed liquor with lower fouling propensity.

Avaliação da toxicidade de efluentes de branqueamento de pasta celulósica pré e pós-degradação biológica / Evaluation of the toxicity of effluents from pulp bleaching before and after biological degradation

A fábrica de papel e celulose gera vazões elevadas de efluente, sendo este de difícil tratamento por possuir alta carga de matéria orgânica, organoclorados, lignina e carboidratos. O tratamento biológico é o mais utilizado atualmente. Este trabalho avaliou a eficiência de remoção de toxicidade desse efluente após degradação biológica, através de ensaios ecotoxicológicos. Foram realizados ensaios de toxicidade crônica e aguda, conforme normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Foram feitos dois reatores de degradação aeróbica, sendo um mesofílico (30°C) e outro termofílico (55°C), avaliando também qual o melhor sistema. Os resultados demonstraram que a degradação biológica é capaz até de anular a toxicidade aguda, porém a toxicidade crônica permanece presente. O sistema de degradação mesofílico foi o mais eficiente; e o efluente alcalino foi o de maior toxicidade antes do tratamento.

The pulp and paper mill generates high flow rates of wastewater, which is difficult to treat because of its high load of organic matter, organochlorines, lignin and cellulose. Nowadays, the biological treatment is the most widely used by industries. This study aims to evaluate the toxicity removal efficiency of the effluent after biological degradation through ecotoxicological tests. Trials of acute and chronic toxicity studies were performed as the Brazilian Technical Standards Association (ABNT). Two reactors were made of aerobic degradation, one mesophilic (30°C) and other thermophilic (55 °C), also evaluating which is the best system. The results demonstrated that the biological degradation can even eliminate acute toxicity, however, chronic toxicity remains present. The system of mesophilic degradation was more efficient and the alkaline effluent showed greater toxicity before treatment.

Distribuição de massa molar em um biorreator com membrana para tratamento de efluente de laticínios / Molecular weight distribution in a membrane bioreactor for dairy effluent treatment

Os biorreatores com membrana (BRM) apresentam-se como um dos processos mais promissores para tratamento de águas residuárias com elevada carga orgânica, como os efluentes de laticínios, propiciando a geração de um efluente com elevada qualidade e adequado ao reuso direto ou após tratamento terciário. O objetivo desse trabalho foi avaliar o uso de BRM para tratamento de efluente de indústria de laticínios e utilizar a distribuição de massa molar da alimentação, do permeado e da fração solúvel do lodo como ferramenta para a investigação dos mecanismos de remoção dos poluentes no sistema. O BRM se mostrou um sistema viável para o tratamento do efluente em questão, apresentando eficiências de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) e cor aparente de 98 e 99%, respectivamente. Através da distribuição de massa molar foi possível observar a alta capacidade de biodegradação e a estabilidade proporcionada pelo BRM, já que, mesmo em situações de alterações constantes nas características da alimentação, o líquido reacional sempre apresentou baixas concentrações de poluentes. Ressalta-se também a importância da membrana no sistema, uma vez que, além de permitir a retenção completa de biomassa e a operação com idades de lodo e concentração de sólidos suspensos maiores, pode proporcionar ainda a retenção de compostos que não foram biodegradados, contribuindo para a geração de um efluente tratado com alta qualidade.

The membrane bioreactor (MBR) is one of the most promising processes for the treatment of high organic load wastewaters, as dairy effluent, providing the generation of an effluent with high quality, which could be reuse directly or after tertiary treatment. The aim of this study was to evaluate a MBR to treat effluent from the dairy industry and to use molecular weight distribution of the feed, permeate and the soluble fraction of the sludge as a tool for investigating the mechanisms of pollutants removal in the system. The MBR has proven to be a viable system for the treatment of the effluent in question, with removal efficiencies of chemical oxidation demand (COD) and color of 98 and 99% respectively. Through the molar weight distribution it was possible to observe the high biodegradation capacity and stability provided by the MBR, as even in situations of constant change in feed characteristics, the mixed liquid always showed low concentrations of pollutants. It is also highlighted the importance of the membrane in the system, which, besides allowing the complete retention of biomass and operation with high solids retention time and suspended solids concentration, it can provide the retention of compounds which were not biodegraded, contributing to the generation a treated effluent with high quality.

Avaliacao da biotratabilidade do efluentede branqueamento de polpa celulosicapor processos aerobios e anaerobios / Evaluation of the biotreatability of bleachpulp mill effluent by aerobic and anaerobic process

Os efluentes da planta de branqueamento da produção de pasta celulósica apresentam, além de elevadas concentrações de matéria orgânica em termos de Demanda Química de Oxigênio (DQO) e Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) e cor, compostos com elevada toxicidade, o que torna o tratamento destes efluentes problemático. O objetivo do presente artigo é avaliar a biotratabilidade dos efluentes de branqueamento ácido e alcalino de polpa celulósica kraft por processos aeróbios e anaeróbios por meio da caracterização, utilizando parâmetros convencionais e coletivos. Os resultados de DQO inerte, biodegradabilidade aeróbia e anaeróbia, distribuição de massas molares, produtos microbianos solúveis e substâncias poliméricas extracelulares indicaram a baixa biotratabilidade dos efluentes.

The bleaching pulp mill effluent presents, in addition to high concentrations of organic matter in terms of Chemical Oxygen Demand (COD) and Biochemical Oxygen Demand (BOD) and color, compounds with high toxicity, which makes the treatment of these effluents difficult. The aim of this article is to evaluate the biotreatability of acid and alkaline bleach effluents from kraft pulp by aerobic and anaerobic processes through characterization using conventional and collective parameters. The results of inert COD, aerobic and anaerobic biodegradability, molecular weight distribution, soluble microbial products and extracellular polymeric substances showed a low biotreatability of the effluents.

Avaliação do emprego de microfiltração para remoção de fibras do efluente de branqueamento de polpa celulósica / Evaluation of the use of microfiltration for removal of fiber from bleaching pulp mill effluent

O processo de branqueamento é o estágio em que ocorre a maior perda de fibras durante a fabricação de polpa celulósica. Além de ser uma perda de produto, estas fibras aumentam a concentração de matéria orgânica do efluente dificultando seu tratamento. O objetivo deste trabalho foi avaliar o emprego de microfiltração (MF) na remoção de fibras de efluente de branqueamento alcalino de polpa celulósica. Foi empregada membrana de poli(éter imida) com tamanho médio de poros de 0,5 µm e área de filtração de 0,05 m². O efeito das condições operacionais no fluxo permeado foi avaliado através do monitoramento do perfil de fluxo durante a operação em diferentes condições de velocidade de escoamento (Reynolds de 1.226, 1.653 e 2.043), pH da alimentação (7, 10 e 10,6), temperatura (28, 43 e 48°C) e pressão de operação através da avaliação da pressão crítica. Os resultados mostraram que a MF é um processo eficiente para remoção de fibras, apresentado 99% eficiência de remoção de sólidos suspensos. O melhor desempenho da operação de MF foi obtido empregando pH 7, pressão de 1 bar e Re de 1.653. Os resultados mostram que a redução do fluxo se deve principalmente à formação de torta.

The bleaching process is the stage where there is the greatest loss of fibers during the pulp production. Besides being a waste of product, these fibers increase the concentration of organic matter in the effluent and make the treatment of effluent more difficult. The aim of this study was to evaluate the use of microfiltration (MF) in the removal of fiber of effluent of alkaline bleaching pulp mill. The membrane employed was hollow fiber poly (ether imide), with average pore size of 0.5 µm and filtration area of 0.05 m². The effect of operating conditions on the permeate flux was evaluated by monitoring the flux profile during operation in different conditions of flow velocity (Reynolds 1,226, 1,653 and 2,043), pH of feeding (7, 10 and 10.6), temperature (28, 43, and 48°C) and pressure operation by evaluating the critical pressure. The results showed that MF is an efficient process for removal of fiber, with 99% removal efficiency of suspended solids. The best performance of the operation of MF was obtained using pH 7, 1 bar and Reynolds number of 1,653. The results show that the flow reduction is mainly due to cake formation.

Avaliação da microfiltração para remoção do lodo gerado no processo oxidativo avançado empregando o reagente de Fenton no tratamento de lixiviado de aterro sanitário / Evaluation of microfiltration for removal of sludge generated in advanced oxidation process by Fenton reagent in treatment of landfill leachate

Uma alternativa atrativa para o tratamento de lixiviado de aterro sanitário são os processos oxidativos avançados empregando o reagente de Fenton (POA/Fenton). No entanto, a aplicação do POA/Fenton é limitada pela geração de lodo no processo. Esse lodo possui elevada concentração de ferro, o que torna necessária sua separação do efluente tratado. O objetivo desse trabalho foi avaliar a microfiltração para a remoção de lodo gerado no POA/Fenton. A pesquisa foi desenvolvida em unidade de bancada. O POA/Fenton apresentou elevada eficiência na remoção de matéria orgânica (75 por cento) e cor real (95 por cento). O processo de microfiltração foi eficiente na separação do lodo gerado, o qual apresentou baixa sedimentabilidade, dificultando sua separação por sedimentação, além de ter contribuído para a remoção de outros poluentes.

Advanced oxidation processes using Fenton's reagent (AOP/Fenton) are an attractive alternative for landfill leachate treatment. However, the implementation of the AOP/Fenton is limited by the generation of sludge in the process. The sludge has a high iron concentration, which needs its separation from the treated effluent. The aim of this study was to evaluate the microfiltration for sludge removal from an AOP/Fenton. The work was conducted in bench scale. The advanced oxidation process showed high efficiency in removing organic matter (75 percent) and true color (95 percent). The microfiltration was effective in separating the sludge, which showed low settling hindering their separation by sedimentation, and has contributed to the removal of other pollutants.

Avaliação da biodegradabilidade anaeróbia de lixiviados de aterro sanitários / Evaluate of the anaerobic biodegradability of landfill leachate

Os objetivos deste artigo foram investigar as condições ambientais e operacionais favoráveis ao desenvolvimento do teste de biodegradabilidade anaeróbia para lixiviados de aterro sanitário. As condições avaliadas foram a relação alimento/microrganismo (A/M), aclimatação do lodo, e toxicidade devido à alta concentração de amônia. Os resultados indicaram que a relação A/M equivalente a 0,45 apresentou-se como a mais favorável à realização do teste, e que o lodo empregado apresentou boa capacidade de adaptação ao lixiviado, não demandando aclimatação prévia. O lixiviado em questão apresentou relativamente baixa biodegradabilidade anaeróbia, associado aos resultados de estudos de biodegradabilidade aeróbia anteriores que sugerem que uma significativa fração de matéria orgânica é refratária mesmo ao metabolismo aeróbio,indica que o tratamento físico-químico deve ser utilizado como forma de pré ou pós-tratamento.

The objectives of this article were to investigate the favorable environment and operational conditions to the development of the anaerobic biodegradability test for landfill leachate. The evaluated conditions were the relation food/microrganismo (A/M), seed acclimatization, and toxicity due to high ammonia concentration. The results indicated that A/M relation equivalent to 0,45 was presented as most favorable to the accomplishment of the test, and that the seed used presented good capacity of adaptation to the leachate, not demanding previous acclimatization. The leachate in question presented relatively low anaerobic biodegradability, and associated to the results of previous studies of aerobic biodegradability suggest that a significant fraction of organic substance is refractory to the aerobic and anaerobic metabolism, indicating that the physical-chemical treatment must be used as form of pre or post-treatment.

Tratamento de lixiviado de aterro sanitário por processo oxidativo avançado empregando reagente de Fenton / Sanitary landfill leachate treatment by Fenton oxidation

O objetivo deste trabalho foi o de analisar a viabilidade técnica do tratamento de lixiviado de aterro sanitário por processo oxidativo avançado (POA) empregado reagente de Fenton. Os ensaios foram executados no Aterro Sanitário de Belo Horizonte, onde o processo foi realizado em batelada, com capacidade de produção de 1000L, usando um reator de mistura simples. Os resultados mostraram elevada eficiência na remoção de poluentes orgânicos, onde as remoções de DQO foram superiores a 46 por cento, com média em torno de 61 por cento, sendo a maior remoção alcançada de 75 por cento, a qual demandou a menor quantidade de reagente e menor tempo de agitação e conseqüentemente menor custo de operação. Estes resultados sugerem que não haverá comprometimento ao transpor este tratamento para uma escala real, e que este processo poderá ser realizado como tratamento preliminar.

The objective of this work is to investigate the feasibility of fenton oxidation during the treatment of sanitary landfill leachate. A set of experiments were prepared at the Sanitary Landfill of Belo Horizonte - MG, where the process was conducted in a mixture reactor with 1000 L capacity. The results have shown a high effective removal of organic pollutants, where results for COD removal were above 46 percent, with an average of 61 percent, and the best removal rate around 75 percent. The use of Fenton oxidation has been proved to be a successful technique to be used as a preliminary treatment, clearly showing the possibility to be used in a real scale.