Higienização de lodo de esgoto em reator com aquecimento solar: inativação de coliformes totais e Escherichia coli / Sanitisation of sewage sludge in a solar heated reactor: inactivation of total coliforms and Escherichia coli

RESUMO O uso de lodo de esgoto na agricultura se tornou prática corrente em diversos países, sendo atrativa em muitos aspectos, principalmente no fornecimento de matéria orgânica e nutrientes ao solo. Embora os benefícios ambientais e agrícolas do uso de lodo sejam consideráveis, tal prática deve ser realizada de forma sanitariamente segura. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência de um processo de higienização térmica de lodo de esgoto utilizando energia solar. O lodo era aquecido através de um trocador de calor, construído com tubos de cobre e instalado dentro do reator, no qual circula água aquecida em coletores solares planos. Foram realizados 16 ensaios experimentais em diferentes condições de irradiação solar. A inativação térmica da Escherichia coli foi avaliada através do modelo cinético de primeira ordem em condições não isotérmicas. O processo mostrou-se eficiente em ensaios realizados com irradiação solar média do período acima de 500 W.h.m-2, com redução de E. coli entre 4,2 e 7,1 log10 e de coliformes totais entre 4,8 e 7,4 log10. Os ensaios realizados em dias com menores índices de irradiação solar tiveram a eficiência de higienização comprometida, devido às baixas temperaturas atingidas pelo lodo.

ABSTRACT The application of sewage sludge in agriculture has become a common practice in many countries, which is attractive in many aspects, especially for the input of organic matter and nutrients in the soil. Despite the benefits of sludge use in agriculture and for the environment , this practice needs to be conducted considering safety aspects regarding sanitary conditions. In this context, the aim of this study was to evaluate the efficiency of a thermal disinfection process of sewage sludge using solar energy. The sludge was heated through a heat exchanger built with copper pipes and installed inside the reactor, in which water heated in flat plate solar collectors circulates. Sixteen experimental tests were performed under different solar irradiation conditions. The thermal inactivation of Escherichia coli in the reactor was evaluated using the first order kinetic model in non-isothermal conditions. The process proved effective in those tests with an average solar irradiation period above 500 W.h.m-2, and the reduction of E. coli was between 4.2 and 7.1 units log10; and between 4.8 and 7.4 units log10 of total coliforms. When tests were conducted in days with lower levels of solar irradiation, the efficiency of sanitisation was compromised, due to the low temperatures reached by the sludge.

Experiências brasileiras com wetlands construídos aplicados ao tratamento de águas residuárias: parâmetros de projeto para sistemas horizontais / Brazilian experiences with constructed wetlands applied to wastewater treatment: design parameters for horizontal systems

A utilização no Brasil de sistemas tipo wetlands construídos no tratamento de águas residuárias iniciou no ano de 1980, intensificando-se a partir do ano 2000. O objetivo deste trabalho é apresentar um estado da arte da aplicação no Brasil dos wetlands construídos de escoamento subsuperficial de fluxo horizontal (WCFH), identificando parâmetros de projeto e dados operacionais. Aborda-se, inicialmente, uma classificação para os wetlands construídos, seguido dos parâmetros de projeto e operação dos WCFH, destacando os diferentes critérios de dimensionamento, tais como os modelos oriundos da cinética de primeira ordem aplicável aos reatores tipo pistão, a relação de área per capita, o carregamento orgânico superficial e a taxa hidráulica, bem como a composição das unidades de tratamento e as macrófitas empregadas.

The implementation of constructed wetlands for wastewater treatment in Brazil has started in the eighties, being intensified since the year 2000. The aim of this study is to present the state of art of implementation of horizontal sub-superficial flow constructed wetlands (HFCW) in Brazil, focusing on the identification of design parameters and operational data. Initially a classification for constructed wetlands is given, followed by design parameters and operational conditions for HFCW, highlighting different project criteria, e.g. models from first order kinetics for tubular piston reactors, the relation of superficial area per person, the organic superficial loading and the hydraulic loading, as well as the composition of units and macrophytes utilised.

Otimização do processo de nitrificação com o uso de conchas de ostras como material suporte em reatores aeróbios com biomassa fixa / Optimization of the nitrification process using oyster shells as a support material in fixed biomass aerobic reactors

A preservação dos mananciais de água traz como ponto de atuação primordial o tratamento dos esgotos sanitários a nível terciário. A partir daí destaca-se a necessidade de otimizar os sistemas de remoção de nutrientes, buscando-se processos mais estáveis, economicamente viáveis e ambientalmente sustentáveis. O objetivo desta pesquisa foi avaliar conchas de ostras como material de preenchimento em um biofiltro aerado submerso, assumindo-se a hipótese de que as mesmas podem interagir com a fase líquida do reator, fornecendo alcalinidade necessária à estabilidade do processo de nitrificação autotrófica. Uma série de condições operacionais foi avaliada visando à nitrificação; portanto, foi possível concluir que, no biofiltro aerado submerso com conchas de ostras, podem ser aplicadas taxas hidráulicas >5,2 m³.m-2.d-1 e tempo de detenção hidráulico <7,5 horas, desde que a relação carbono: nitrogênio seja mantida abaixo de quatro. As conchas de ostras mantiveram o sistema tamponado (pH=7,5±0,3), mesmo com uma intensa atividade nitrificante no reator (100%).

One of the main key actions for water resources preservation is to promote wastewater treatment in a tertiary level. From this point, it can be highlighted the demands for optimizing the processes for nutrients removal aiming more stable processes, which are economically viable and environmentally sustainable. The aim of this research was to evaluate oyster shells as support material in an aerated submerged biofilter, having as main hypothesis the fact that they can interact with the liquid phase of the reactor, providing the necessary alkalinity to stabilize the autotrophic nitrification. The reactor studied was submitted to several operational conditions and could be concluded that, in the aerated submerged biofilter with oyster shells, hydraulic loadings can be >5.2 m³.m-2.d-1 and a hydraulic retention time <7.5 hours can be applied, since that the relation carbon: nitrogen is maintained under four. The oyster shells kept the system buffered (pH=7.5±0.3), even with a high nitrifying activity in the reactor (100%).

Determinação de parâmetros cinéticos da inativação térmica de Escherichia coli em lodo de esgoto / Determining kinetic parameters for thermal inactivation of Escherichia coli in sewage sludge

O presente trabalho objetivou determinar parâmetros cinéticos da inativação térmica de Escherichia coli em lodo de esgoto. Os ensaios foram realizados em laboratório pelo método do frasco de três bocas nas temperaturas de 45, 50, 55, 60 e 65ºC. Os resultados indicaram que a cinética de inativação térmica deste microrganismo pode ser descrita por um modelo de primeira ordem. A resistência da bactéria é reduzida consideravelmente em temperaturas acima de 55ºC. A energia de inativação encontrada foi 2,48x10(5) J.mol-1. O tempo de redução decimal D55ºC foi de 3,61 minutos e o coeficiente térmico z foi 8,3ºC.

The present study aimed to determine the kinetic parameters of thermal inactivation of Escherichia coli in sewage sludge. The tests were performed in the laboratory using the three-neck flask method at temperatures of 45, 50, 55, 60 and 65ºC. The results indicated that the thermal inactivation kinetic of this microorganism can be described by a first order model. The resistance of bacteria is greatly reduced at temperatures above 55ºC. The inactivation energy was found 2.48x10(5) J.mol-1. The decimal reduction time D55ºC was 3.61 minutes and the thermal coefficient z was 8.3ºC.

Filtros plantados com macrófitas de fluxo vertical aplicados na mineralização e desaguamento de lodo de tanque séptico / Vertical flow constructed wetlands for septic sludge mineralization and dewatering

O lodo acumulado no interior de tanques sépticos deve passar por um tratamento antes de sua adequada disposição final, pois apresenta uma fração da matéria orgânica não estabilizada, elevado teor de umidade e organismos patogênicos. Como alternativa para o tratamento do lodo, os filtros plantados com macrófitas são uma tecnologia promissora. Para se avaliar o potencial dos filtros no desaguamento e mineralização do lodo de tanque séptico, foram construídos dois filtros pilotos (F1 e F2) aplicando-se duas taxas de sólidos totais (ST) - F1: 250 kgST.m-2.ano-1; F2: 125 kgST.m-2.ano-1. Os resultados revelaram que o F2 apresentou melhor desempenho em relação ao F1 em termos de remoção de sólidos totais (96 por cento), demanda química de oxigênio (99 por cento) e nitrogênio amoniacal (72 por cento). O F2 proporcionou melhor desaguamento, com 67 por cento de umidade no lodo acumulado no leito e 33 por cento de sólidos totais.

The accumulated sludge in septic tanks has to be treated before the adequate final disposal, because of its high concentration of non-established organic matter, elevated content of moisture and pathogenic organisms. As an alternative to the treatment of sludge, the vertical flow constructed wetlands are a promising technology. To evaluate the potential of the filters in dewatering and mineralization of septic tank sludge, two pilot-scale constructed wetlands (CW1 and CW2) were implanted according with two total solids loads (TS) - CW1: 250 kgTS.m-2.year-1; CW2: 125kgTS.m-2.year-1. The results demonstrated that the CW2 had better efficiencies compared with CW1, in terms of total solids (96 percent), chemical oxygen demand (99 percent) and ammonia (72 percent) removal. CW2 also provided a better dewatering, with moisture of 67 percent in accumulated sludge and 33 percent of total solids.

Caracterização da microfauna em estação de tratamento de esgotos do tipo lodos ativados: um instrumento de avaliação e controle do processo / Microfauna characterization in activated sludge wastewater treatment plant: an instrument of assessment and control of process

A microfauna presente em uma ETE por lodos ativados foi caracterizada, correlacionada com parâmetros físico-químicos e utilizada em modelos existentes de avaliação de sistemas. Durante 351 dias o lodo ativado manteve-se estável com flocos compactos, pequenos e com poucos filamentos. Os protozoários predominantes no lodo foram as tecamebas e os ciliados predadores de flocos, indicando estabilidade do sistema. Os métodos propostos em literatura, baseados no IBL, na densidade total da microfauna e na relação entre ciliados predadores de flocos e ciliados fixos, mostraram-se eficientes para o diagnóstico das condições depurativas do sistema. A análise qualitativa do lodo, englobando o tamanho, quantidade de filamentos, compactação e a identificação das espécies dominantes, foi suficiente para uma caracterização imediata das condições depurativas do sistema de tratamento.