ABSTRACT
RESUMO A remoção de matéria orgânica e de nitrogênio em esgoto doméstico diluído foi avaliada em dois reatores híbridos, um anaeróbio (RHAN) e outro aeróbio (RHAE). O RHAN era formado por uma câmara tipo upflow anaerobic sludge blanket sobreposta por outra de filtro anaeróbio, enquanto o RHAE tinha uma câmara de lodo ativado sobreposta por outra de biofilme aerado submerso. A operação do sistema foi dividida em duas fases, FI e FII, com razões de recirculação de 50 e 75% e duração de 94 e 110 dias, respectivamente. Para a remoção de nitrogênio, o RHAE foi operado com oxigênio dissolvido de 3,0 mg.L-1. A técnica da reação em cadeia da polimerase foi empregada tanto para o lodo suspenso das câmaras inferiores, como para o biofilme aderido nas câmaras superiores, para identificar a presença de micro-organismos desnitrificantes e nitrificantes. As maiores eficiências de remoção em termos de demanda química de oxigênio e nitrogênio total foram obtidas em FII, sendo 91% e ~50%, respectivamente; as concentrações no efluente foram ~40 mg O2.L-1 e ~15 mg N-NT.L-1. A presença de três grupos de bactérias, as desnitrificantes, as oxidantes de amônia e as oxidantes de nitrito, foi confirmada no biofilme aderido do RHAE, indicando uma biomassa mixotrófica e sugerindo a possibilidade do processo de nitrificação e desnitrificação simultânea.
ABSTRACT The removal of organic matter and nitrogen in diluted domestic sewage was evaluated in two hybrid reactors, one anaerobic (ANHR) and another aerobic (AEHR). ANHR was formed by a upflow anaerobic sludge blanket (UASB)-type chamber overlaid by an anaerobic filter, while AEHR had an activated sludge chamber overlaid by a submerged aerated biofilm chamber. The experimental period was divided into two phases, FI and FII, with recirculation ratios of 50 and 75%, and duration of 94 and 110 days, respectively. For nitrogen removal, AEHR was operated with a 3.0-mg.L-1 dissolved oxygen. Polymerase chain reaction technique was used for both suspended sludge in the down-chambers and attached biofilm in the upper-chambers, to identify the presence of denitrifying and nitrifying microorganisms. The highest removal efficiencies in terms of chemical oxygen demand and total nitrogen were obtained in FII, being 91 and ~50%, respectively; effluent concentrations were ~40 mg O2.L-1 and ~15 mg N-TN.L-1. The presence of three groups of bacteria, the denitrifiers, the ammonia oxidants and the nitrite oxidants, was confirmed in the attached biofilm of the RHAE, indicating a mixotrophic biomass and suggesting the possibility of simultaneous nitrification and denitrification process.
ABSTRACT
RESUMO Para projetos de sistemas de lodo ativado em países com temperaturas elevadas, como a do Brasil, sugere-se a introdução de um ou mais reatores anóxicos, visto que a nitrificação torna-se um fator quase inevitável. A desnitrificação é um processo capaz de reduzir custos com aeração em até 20%, recuperar a alcalinidade perdida com a nitrificação e ainda remover matéria orgânica e nitrogênio. Este estudo teve como objetivo avaliar a capacidade metabólica de bactérias heterotróficas desses sistemas em ambiente aeróbio e anóxico via nitrato e via nitrito. Para os testes foram comparadas duas configurações: Bardenpho e University of Cape Town (UCT). Os resultados mostraram significativa viabilidade da desnitrificação via nitrato, pois as taxas médias obtidas de consumo de oxigênio e oxigênio equivalente foram semelhantes para ambos os sistemas, indicando que, além da remoção do nitrogênio, a matéria orgânica é removida com a mesma eficiência de um reator aeróbio, possibilitando a redução de custos com aeração devido à possibilidade de limitá-lo apenas ao processo de nitrificação. Contudo, na desnitrificação pelo uso do nitrito, percebeu-se uma redução na capacidade de remoção de matéria orgânica em até 60%, que pode inferir em uma vantagem duvidosa na opção de um processo de nitrificação e desnitrificação simultâneo, mesmo que este apresente menor demanda de oxigênio dissolvido (OD). Entretanto, pode ser viável a sua utilização quando houver também a pretensão de remoção de fósforo via nitrito por organismos acumuladores de fósforo.
ABSTRACT For projects of activated sludge systems in countries with high temperatures such as Brazil, the introduction of one or more anoxic reactors is suggested, since nitrification becomes an almost inevitable factor. Denitrification is a process able to reduce aeration costs by up to 20%, recover the alkalinity lost with nitrification and still remove organic matter and nitrogen. This study aimed to evaluate the metabolic capacity of heterotrophic bacteria of these systems in aerobic and anoxic environment via nitrate and nitrite. Two configurations were compared for the tests: Bardenpho and University of Cape Town (UCT). The results showed significant viability of denitrification via nitrate, as the average rates obtained from oxygen consumption and oxygen equivalents were similar for both systems, indicating that beyond the removal of nitrogen, organic matter is removed with the same efficiency as an aerobic reactor enabling cost reduction with aeration due to the possibility of limiting it only to the nitrification process. However, denitrification by the use of nitrite showed a reduction in the ability of removal of organic matter by 60%, which may lead to a doubtful advantage in the option of a simultaneous nitrification and denitrification process, even if it presents minor oxygen demand. However, it may present exceptions, such as when there is also the claim of phosphorus removal via nitrite by phosphorus-accumulating organisms that may overcome the weakness of this rate.
ABSTRACT
RESUMO Este trabalho teve como objetivo a determinação dos parâmetros cinéticos que descrevem o crescimento das bactérias heterotróficas e autotróficas nitrificantes em três sistemas de lodos ativados com aeração prolongada, operados com baixa aeração, a fim de se obter a remoção de nitrogênio de esgoto sanitário pelo processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS). Em relação às remoções de matéria orgânica e nitrogênio, aplicando-se idade do lodo na faixa de 12 a 20 dias e concentrações de oxigênio dissolvido (OD) nos reatores em torno de 0,5 mg O2.L-1, foi possível obter eficiências superiores a 90% e um esgoto tratado com concentrações de nitrato inferiores a 7,0 mg N.L-1. Os experimentos realizados comprovam que, nas condições operacionais adotadas durante os testes respirométricos, as bactérias heterotróficas e autotróficas presentes nos lodos ativados estavam ativos e, ainda que baixa, a concentração de OD não foi limitante para o desenvolvimento da cinética dos processos envolvidos na remoção de materiais orgânico e nitrogenado.
ABSTRACT The objective of this work was to determine the kinetic parameters that describe the growth of heterotrophic and autotrophic nitrifying bacteria in three systems of activated sludge with prolonged aeration, operated with low aeration, with the objective of obtaining nitrogen removal of sanitary sewage by simultaneous nitrification and denitrification (SND). In relation to the removal of organic matter and nitrogen, by using sludge ages ranging from 12 to 20 days and OD concentrations in the reactors around 0.5 mgO2.L-1, it was possible to obtain efficiencies higher than 90% and a sewer treated with nitrate concentrations below 7.0 mgN.L-1. The experiments carried out prove that, under the operating conditions adopted during the respirometric tests, heterotrophic and autotrophic bacteria present in activated sludge were active and, although the low concentration of OD was not limiting for the development of the kinetics of the processes involved in the removal of organic and nitrogenous material.
ABSTRACT
RESUMO Neste estudo, foi avaliado o desempenho de um reator em bateladas sequenciais com biofilme de leito móvel operado pelo processo anaeróbio-anóxico-óxico (A2O), aplicado à remoção simultânea de material orgânico, nitrogênio e fósforo de esgoto sanitário. Utilizaram-se dois reatores com volume útil de 36 L cada, sendo que um deles recebeu anéis plásticos móveis do tipo Kaldnes®, com área superficial específica estimada em 310 m2/m3 que ocuparam 50% do volume útil do reator (denominado aqui de MBSBBR). O estudo foi conduzido com tempo de retenção de sólidos (TRS) de 12 dias, tempo de retenção hidráulico (TRH) de 6 horas, taxa de alimento/microrganismo (A/M) de 0,4 a 0,5 gDQO/SSV.d, oxigênio dissolvido (OD) na faixa de 0,3-0,8 mgO2/L e taxas de aplicação de carga orgânica, nitrogênio e fósforo de 47,2 gDQO/L.d, 5,4 gNTK/L.d e 0,4 gP/L.d, respectivamente. Os resultados de eficiência de remoção de demanda química de oxigênio (DQO), N-NH3 e fósforo foram de 91,1, 90,5 e 85,4% para o reator MBSBBR e de 89,5, 91,6 e 84,4% para o reator RBS, respectivamente. Os resultados do teste estatístico de ANOVA foram aplicados às principais variáveis estudadas, e os valores convergiram para valores de f observado < f crítico . Dessa forma, considera-se que houve similaridade de desempenho nos reatores MBSBBR e RBS. Conclui-se que a introdução do meio suporte não trouxe benefícios ao tratamento em termos de remoção de nutrientes. No entanto, o estudo mostrou que é possível de se obter elevada remoção de nitrogênio, em baixas concentrações de OD, o que se torna vantajoso para o tratamento de esgoto com elevada concentração de nitrogênio.
ABSTRACT In this study, the performance of a reactor in sequential batch with mobile bed biofilm operated by the anaerobic-anoxic-oxic (A2O) process, applied to the simultaneous removal of organic material, nitrogen and phosphorus from sanitary sewage was evaluated. Two reactors with a useful volume of 36 liters each were used, one of them receiving Kaldnes® type mobile plastic rings, with a specific surface area estimated at 310 m2/m3, which occupied 50% of the reactor's useful volume (MBSBBR). The study was conducted with 12-day solid retention time (SRT), 6 hour hydraulic retention time (HRT), food/microorganism (F/M) ratio of 0.4 to 0.5 gCOD/VSS.d, dissolved oxygen (DO) in the range of 0.3-0.8 mgO2/L and application rates of organic load, nitrogen and phosphorus of 47.2 gCOD/L.d, 5.4 gTNK/L.d and 0.4 gP/L.d, respectively. The efficiency of chemical oxygen demand (COD), N-NH3 and Phosphorus removal was of 91.1%, 90.5% and 85.4% for the MBSBBR reactor and 89.5%, 91.6% and 84.4% for the RBS reactor, respectively. The results of the statistical ANOVA test were applied to the main variables studied and the values converged to values of f observed < f critical . In this way, it is considered that there was a similarity of performance between the MBSBBR and RBS reactors. It is concluded that the introduction of the support medium did not bring benefits to the treatment in terms of nutrient removal. However, the study showed that it is possible to obtain high nitrogen removal at low concentrations of DO, which is advantageous for the sewage treatment with high nitrogen concentration.
ABSTRACT
RESUMO O nitrogênio é um dos contaminantes mais importantes presentes nas águas residuais. As alternativas tecnológicas mais usuais para o tratamento de águas contendo esse composto lançam mão do ciclo bioquímico do nitrogênio, o qual se sustenta em dois processos, a nitrificação e a desnitrificação. Dentre os parâmetros que influenciam na remoção de nitrogênio, podemos citar a concentração de oxigênio dissolvido, relação carbono/nitrogênio, temperatura, pH entre outros. Este trabalho apresenta uma revisão sobre a remoção biológica de nitrogênio das águas e os principais parâmetros que influenciam na sua remoção, dando ênfase ao processo de nitrificação e desnitrificação simultânea.
ABSTRACT Nitrogen is one of the most important contaminants present in wastewater. The most common alternative technologies for the treatment of waters containing this compound lay hold of the biochemical cycle of nitrogen, which is based on two processes, nitrification and denitrification. Among the parameters that influence the removal of nitrogen, we can mention the concentration of dissolved oxygen, carbon/nitrogen ratio, temperature, pH, and other relationships. This paper presents an overview of the biological nitrogen removal of water and the main parameters that influence the removal, emphasizing the simultaneous nitrification and denitrification process.
ABSTRACT
Este trabalho visa estudar o desempenho de um sistema combinado na remoção de matéria orgânica e nitrogênio de esgoto sanitário, por meio da recirculação interna do efluente. Os reatores, em escala de bancada, foram: filtro anóxico (32,6 L), biofiltro aerado submerso (17,6 L) e decantador secundário (7,2 L). As razões de recirculação foram 0,5; 1,5; 2,0 e 4,0 sem adição de carbono externo ou alcalinizante. Na razão de recirculação de 4,0 foram aplicadas taxas de carregamento orgânico e de nitrogênio ao sistema de 0,7±0,3 Kg DQO.m-3.d-1 e 0,08±0,02 kg N-NH4 +.m-3.d-1, atingindo remoções de demanda química de oxigênio e nitrogênio total de 92±4% e 83±8%, respectivamente. Os resultados mostram viabilidade do uso da recirculação do efluente, uma vez que as concentrações finais de nitrogênio total (12±3 mg N.L-1) estão abaixo do valor estipulado pela Resolução CONAMA nº 430/2011.
This work aims to study the performance of a combined system in the removal of organic matter and nitrogen from sanitary sewage through internal recirculation of the effluent. The bench scale reactors were: anoxic filter (32.6 L), submerged aerated biofilter (17.6 L) and secondary settler (7.2 L). The recirculation rates were 0.5; 1.5; 2.0 and 4.0 without added external-carbon or alkalising. In 4.0 recirculation rate, the organic and nitrogen loading rates applied to the system were 0.7±0.3 kg chemical oxygen demand.m-3.d-1 and 0.08±0.02 kg N-NH4 +.m-3.d-1, reaching removals of chemical oxygen demand and total nitrogen of 92±4% and 83±8%, respectively. The results show the feasibility of using recirculation of effluent, once the final concentrations of total nitrogen (12±3 mg.L-1) are below the value stipulated by CONAMA Resolution nº 430/2011.
ABSTRACT
Neste trabalho simulou-se a desnitrificação via nitrito em lixiviado de aterro sanitário, operando-se em escala laboratorial através de um reator em batelada sequencial (RBS) adicionando-se melaço de cana como fonte externa alternativa de carbono. As razões DBOlixiviado+melaço/N-NOx estudadas foram 0,37; 4; 12 e 14 com tempo de reação anóxica de 4,33 h (DBO/N-NOx=0,37; 4 e 14) e 22 h (DBO/N-NOx=12). A taxa específica de desnitritação foi de 0,07 kg nitrito.kg-1 sólidos suspensos voláteis (SSV)*dia após 4,33 h de reação anóxica nos ensaios sem adição de melaço de cana e 0,19 e 0,12 kg nitrito.kg-1 SSV*dia nos ensaios realizados com adição de melaço de cana, fornecendo uma razão DBO/N-NOx de 4 e 14, respectivamente. Ampliando-se o tempo de reação anóxica para 22 h e realizando os ensaios sob razão DBO/N-NOx de 12, a taxa específica de desnitritação foi aumentada para 0,55 kg nitrito.kg-1 SSV*dia.
In this work, the denitrification was simulated via nitrite at landfill leachate, operating at laboratory scale through a sequencing batch reactor (SBR) adding cane molasses as an alternative external source of carbon. The reasons BODlandfill leachate+molasses / N-NOx studied were 0.37, 4, 12 and 14 with aNOxic reaction time of 4.33 h (BOD/N-NOx=0.37, 4 and 14) and 22 h (BOD/N -NOx=12). The specific rate of denitritation was 0.07 kg nitrite.kg volatile suspended solids (VSS)* day after 4.33 h of aNOxic reaction in tests without the addition of cane molasses and 0.19 and 0.12 kg nitrite.kg-1 VSS*day in the tests with the addition of cane molasses, providing a ratio BOD/N-NOx 4 and 14, respectively. Widening the aNOxic reaction time to 22 h by performing tests on ratio BOD/N-NOx 12, the specific rate of denitritation was increased to 0.55 kg nitrite.kg-1 VSS*day.
ABSTRACT
Nesta pesquisa, foram operados três filtros anaeróbios com tempo de detenção hidráulica nominal de nove horas, sendo o efluente gerado disposto nos leitos de quatro filtros de areia em distintas taxas de aplicações. No primeiro filtro de areia, foram aplicados 50 L.m-2 uma vez por dia. No segundo, terceiro e quarto filtros, essa mesma carga foi disposta em 2, 3 e 4 horários, com aplicações espaçadas entre as 9h e as 16h, correspondendo às taxas de 100, 150 e 200 L.m-2.dia-1. Após a passagem pelo leito de areia, o efluente era encaminhado para reatores de desnitrificação preenchidos com brita 1. Os filtros de areia apresentaram uma grande capacidade de nitrificação e, após a adição da fonte externa de carbono, o reator de desnitrificação que recebia uma única disposição diária de 50 L.m-2 propiciou uma diminuição na concentração de N-total de 43,5%.
In this research, three anaerobic filters were operated with a 9 hour hydraulic detention time, and its effluent was disposed on four sand filters' bed in different application rates. On the first sand filter, 50 L.m-2 were disposed once a day. On the second, the third and the fourth filters, the same load was disposed in twice, three and four times a day, distributed between 9 am and 4 pm, corresponding to rates of 100, 150 and 200 L.m-2.d-1. After the sand filter, the effluent was conducted to the denitrification reactors filled up with grit. As result, the sand filters have shown a great nitrification capacity and, after the external carbon adding, the denitrification reactor, where 50 L.m-2 was disposed a day, showed a decrease of 43.5% in N-total concentration.
ABSTRACT
A rápida nitrificação do nitrogênio (N) amoniacal de fontes orgânicas e minerais no solo pode resultar em perdas de nitrato (NO3-) para o ambiente. Uma estratégia para a redução dessas perdas envolve o uso de inibidores de nitrificação. O objetivo do presente trabalho foi o de avaliar, em condições de laboratório, a eficiência da dicianodiamida (DCD), presente no produto Agrotain® Plus (AP), em inibir a nitrificação do N amoniacal de cama de aviário (CA) no solo. Foram avaliados cinco tratamentos, sendo um com CA incorporada ao solo, três com CA incorporada ao solo com AP, nas doses de 3,5, 7,0 e 14,0kg ha-1, além de um tratamento somente com solo. A nitrificação foi monitorada através da determinação periódica dos teores de NH4+ e NO3 no solo durante 69 dias. A maior taxa de nitrificação ocorreu no tratamento em que a CA foi incorporada ao solo sem AP. As doses de 3,5 e 7,0kg de AP ha-1 inibiram parcialmente a nitrificação do N amoniacal da CA na fase inicial da incubação, perdendo a eficiência em inibir esse processo no período entre 12 e 27 dias. O tratamento com a maior dose de AP (14kg ha-1) foi aquele em que a DCD exerceu maior efeito inibitório da nitrificação, preservando maior quantidade de NH4+ e retardando o aparecimento de NO3- no solo. Os resultados deste trabalho indicam que a DCD, contida no Agrotain® Plus, reduz a taxa de nitrificação do N amoniacal da CA no solo, o que poderá contribuir à redução das perdas de NO3- para o ambiente.
The fast nitrification of ammoniacal nitrogen (N) of organic and mineral sources in soil can result in losses of nitrate (NO3-) to the environment. One strategy to reduce these losses involves the use of nitrification inhibitors. The objective of this study was to evaluate, in laboratory conditions, the efficiency of Agrotain® Plus (AP), which contains dicyandiamide (DCD), as a nitrification inhibitor of ammoniacal nitrogen from poultry manure (PM) in soil. Were evaluated five treatments, one with PM incorporated into the soil, three with PM incorporated into the soil with AP at the doses of 3.5, 7.0 e 14.0kg ha-1 and one treatment without PM and AP. Nitrification was monitored by measuring changes in soil mineral N (NH4+ and NO3-) periodically over 69 days. The highest rate of nitrification occurred in the treatment in which PM was incorporated into the soil without AP. The doses of 3.5 and 7.0kg ha-1 of AP inhibited partially the nitrification of ammoniacal nitrogen of PM in the initial phase of incubation, losing the ability to inhibit this process in the period between 12 and 27 days. The treatment with the higher dose of AP (14kg ha-1) was on in which the DCD exerted more inhibitory effect on nitrification, preserving most NH4+ and delaying the onset of NO3- in soil. The results of this study indicate that the DCD, contained in the Agrotain® Plus, reduces the nitrification rate of ammoniacal nitrogen from PM in soil, that may contribute to reduce NO3- losses to the environment.
ABSTRACT
Este trabalho apresenta os resultados de estudo sobre o comportamento de um reator híbrido, operado em bateladas sequenciais, na remoção conjunta de matéria carbonácea, nitrogênio e fósforo de esgoto sanitário. Operado em ciclos de 8 horas de duração, o reator possuía em seu interior um suporte fixo com rede de nylon. Foram testadas cargas compreendidas entre 0,39 e 1,35 kgDQO.m-3.dia-1, 42 e 60 gN-NH4-.m-3.dia e 51 e 70 gP-PO4-.m-3.dia. O reator funcionou como um sistema estável e apresentou boas condições de depuração. A remoção da matéria carbonácea mostrou-se elevada, com eficiências médias de 92 por cento de DBO5 e 80 por cento de DQO. A remoção de nutrientes variou entre 59 e 71 por cento para nitrogênio total e entre 45 e 67 por cento para fósforo total. Tanto no lodo em suspensão, quanto no biofilme, foi observada a ocorrência de bactérias oxidadoras de amônio e micro-organismos responsáveis pela desnitrificação e remoção biológica de fósforo.
This paper presents the results about the behavior of a sequencing batch hybrid reactor on combined removal of carbonaceous matter, nitrogen and phosphorus from sewage. Operated in 8-hour cycles, the reactor had a nylon net fixed inside. Loads between 0.39 and 1.35 kg COD.m-3.day-1, 42 and 60 gN-NH4-m-3.day-1 and 51 and 70 gP-PO4-m-3.day-1 were tested. The reactor operated as a stable system and showed good depuration conditions. The carbonaceous matter removal was high, with 92 and 80 percent efficiencies average to BOD5 and COD, respectively. The nutrients removal varied between 59 and 71 percent for total nitrogen and between 45 and 67 percent for total phosphorus. In both, sludge in suspension and the biofilm, occurrence of ammonium-oxidizing bacteria and microorganisms responsible for denitrification and biological phosphorus removal was observed.
ABSTRACT
Este trabalho tem como objetivo avaliar a eficiência e a estabilidade do RSB na remoção de nitrogênio no tratamento de esgoto doméstico com DQO baixa. O reator utilizado no experimento possui volume de trabalho de 600 L e trata 1200 L/d de esgoto bruto em três bateladas de oito horas. A partir dos dados obtidos na pesquisa, observou-se que o reator seqüencial em bateladapossibilitou a remoção média de nitrogênio total igual a 88 % no tratamento de esgoto doméstico com DQO média de 257 mg/L. A remoção de DQO foi de 90 %, a média da alcalinidade total no efluente foi 72 mgCaCO3/L e o índice volumétrico de lodo médio ficou em 86 mL/g. Estes resultados indicam que é possível utilizar RSB para o tratamento de esgoto doméstico com matéria orgânica reduzida sem comprometer a qualidade do efluente, a remoção de nitrogênio e a estabilidade operacional do sistema.
This work had the objective of evaluating the SBR efficiency and stability in the removal of nitrogen on the treatment of domestic sewage with low COD. The reactor used in the experiment has a working volume of 600 L, and treats 1200 L/d of raw sewage in three 8-hour cycles. From the data gathered during the research, itwas realized that the SBR fostered an average removal of total nitrogen equal to 88% in the treatment of a domestic sewage with an average COD of 257 mg/L. The COD removal was 90%, the final effluent total alkalinity was 72 mgCaCO3/L, and the sludge volumetricindex was 86 mL/g. The results indicate that is possible to use SBR for the treatment of domestic sewage with low organic matter without compromising the final effluent quality, the nitrogen removal ability, and the stability of the system.