Eletrocoagulação como pós-tratamento do efluente de um wetland construído de escoamento vertical / Electrocoagulation as post-treatment of the effluent from a vertical flow constructed wetland

RESUMO A eletrocoagulação (EC) foi aplicada como tratamento terciário para o efluente de wetland construído de escoamento vertical (WCV). O sistema de EC compreendeu um reator cilíndrico de vidro (1 L) e eletrodos de alumínio conectados a uma fonte de alimentação de corrente contínua. O estudo foi desenvolvido em duas etapas. Na primeira, as condições operacionais do reator foram delimitadas por meio de um experimento bifatorial 32 (3×3) de natureza quantitativa × quantitativa, analisando intensidade de corrente e tempo. Com base nos resultados obtidos, a regressão linear resultou na combinação de 1,3 A e 18 min, com custo operacional elétrico de 2,71 R$.m−3. Em seguida, realizou-se a etapa de monitoramento durante quatro meses, aplicando a EC sob essas condições fixas estabelecidas. As eficiências médias de remoção alcançadas foram de 99,7% para P-PO43-, 20,6% para N-NO3−, 2,37 log de coliformes totais, 2,35 log de Escherichia coli, 84,9% para demanda química de oxigênio, 95% para turbidez, 95,1% para cor aparente, aumento de 19% no pH, de 18,6% na temperatura e diminuição de 15,8% na condutividade elétrica. O tratamento demonstrou elevadas e homogêneas eficiências de remoção dos poluentes, principalmente para P-PO43-, indicando que a EC produz efluente com menor potencial poluidor e é indicada para tratamento de efluente doméstico em nível terciário.

ABSTRACT Electrocoagulation (EC) was applied as a tertiary treatment for the effluent of a vertical flow constructed wetland (VFCW). The EC system was composed of a cylindrical glass reactor (1 L) and aluminum electrodes connected to a DC power supply. The study was developed in two stages. In the first, the reactor operating conditions were set by a 32 (3×3) two-factor experiment, quantitative × quantitative, analyzing current intensity and time (current × time). Based on the results, the linear regression resulted in the combination of 1.3 A and 18 min, with an electric operation cost of 2.71 $.m−3. Next, the monitoring stage was conducted for four months, applying the EC under the established conditions. The mean removal efficiencies were 99.6% for P-PO43-, 20.6% for N-NO3−, 2.37 log of total coliforms, 2.35 log of Escherichia coli, 84.8% for chemical oxygen demand, 94.9% for turbidity, 95% for apparent color, an increase of 18.9% in pH and of 18.6% in temperature, and a decrease of 15.8% in electrical conductivity. The treatment showed high and homogeneous pollutant removal efficiencies, mainly for P-PO43-, indicating that the EC produces an effluent with lower polluting potential and it is recommended in the tertiary treatment of domestic wastewater.

Colmatação e desempenho de sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial ao longo de oito anos de operação / Clogging and performance of horizontal subsurface flow constructed wetlands over eight years of operation

RESUMO O presente trabalho objetivou avaliar as condições de funcionamento de dois sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial (SACs-EHSS), um plantado (SACP) com taboa (Typha latifolia) e outro mantido sem plantas (SACNP), ao longo de oito anos de operação, no tratamento de esgoto sanitário. Mediu-se a extensão do escoamento superficial, como indicativo da colmatação do meio poroso ao longo do tempo, além de diversas variáveis que possibilitem inferências sobre as possíveis perdas de eficiência do sistema na remoção de poluentes dessa água residuária. As avaliações indicaram que o meio poroso dos dois SACs se encontra colmatado (mais de 80% do leito apresentando escoamento superficial), estando o SACNP, atualmente, em pior situação, tendo havido prejuízo do seu potencial de remoção de sólidos e nitrogênio em relação ao SACP. Apesar disso, o desempenho em ambos os sistemas permanece satisfatório, não existindo tendência de decréscimo acentuado nas suas capacidades de remoção de poluentes, contrariando a expectativa e corroborando resultados obtidos em trabalhos de monitoramento desses sistemas por longos períodos de tempo. A carga aplicada e o tipo de pré-tratamento a que o esgoto foi submetido parecem ter sido mais decisivos na eficiência dos sistemas em remover nutrientes/poluentes do que o próprio período de operação das unidades, sobretudo no que se refere ao SACP.

ABSTRACT The objective of this work was to evaluate the conditions of operation of two horizontal subsurface flow constructed wetlands (HSSF-CW), one planted (PCW) with cattail (Typha latifolia), and another, maintained without plants (NPCW), along eight years of operation in sewage treatment. The extent of the overland surface flow was measured as an indicative of the clogging of the pore medium over time, besides several variables that allow to infer possible losses of treatment efficiency in the pollutants removal from wastewater. Evaluations indicated that the porous medium of the two CWs is clogged (more than 80% of the bed with overland surface flow), and that the NPCW is currently in a worse condition, with a reduction of its solids and nitrogen removal potential in relation to the PCW. Despite this, the performance in both systems remains satisfactory, and there is no tendency of decrease in the capacity to remove pollutants, contrary to expectations, and corroborating the results obtained in works that monitored these systems for long periods of time. The load applied and the type of pretreatment to which the influent was submitted seem to have been more decisive in the systems' efficiency in removing nutrients/pollutants than the operating period of the unit, especially for the PCW.

Tratamento de águas residuárias de suinocultura em sistemas alagados construídos, com Chrysopogon zizanioides e Polygonum punctatum cultivadas em leito de argila expandida / Swine wastewater treatment in constructed wetlands cultivated with Chrysopogon zizanioides e Polygonum punctatum on expanded clay bed

RESUMO No presente estudo avaliou-se a remoção de demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrogênio total (NT) e fósforo total (PT) da água residuária de suinocultura (ARS) em sistemas alagados construídos (SACs) de escoamento horizontal subsuperficial, além da contribuição das espécies vegetais cultivadas: Polygonum punctatum (erva-de-bicho) e Chrysopogon zizanioides (capim-vetiver). Foram implantados três SACs, utilizando-se argila expandida como meio suporte, sendo um cultivado com P. punctatum (SACE), outro cultivado com C. zizanioides (SACV) e um mantido como controle, sem cultivo (SACC). Para um tempo de retenção hidráulica nominal (τ) de 3,2 dias, observou-se remoção de DBO, NT e PT, ao longo do período experimental, com eficiências médias de 85, 38 e 51% (SACC), 89, 48 e 69% (SACE) e 81, 36 e 45% (SACV), respectivamente. O melhor desempenho foi observado no SACE. Foram obtidas, em termos de matéria seca, produtividades de 2,79 e 1,91 g m-2 d-1 e remoções de NT de 1,54 e 1,01% e de PT de 0,81 e 1,19%, da carga aplicada, para a erva-de-bicho e o capim-vetiver, respectivamente.

ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the pollutant removal of swine wastewater in horizontal-flow constructed wetlands (CW) and the contribution of vegetable species Polygonum punctatum (smartweed) and Chrysopogon zizanioides (vetiver grass). Three CW's were implanted with expanded clay as support bed, one cultivated with P. punctatum (CWE), another cultivated with C. zizanioides (CWV) and one without cultivation, used as control (CWC). Using a nominal hydraulic retention time (τ) of 3.21 days, theaverage removal efficiencies of BOD, NT and PT obtained were 85, 38 e 51% (CWC), 89, 48 e 69% (CWE) and 81, 36 e 45% (CWV), respectively. The best performance was observed on CWE. The dry mass productivities were 2.79 and 1.91 g m-2 d-1. NT removals were 1.54 and 1.01% and PT removals were 0.81 and 1.19%, respectively for Polygonum punctatum and Chrysopogon zizanioides .

Reator em bateladas sequenciais de grânulos aeróbios: estudo da formação dos grânulos e do efeito da duração do ciclo na remoção de carbono, nitrogênio e fósforo de esgoto doméstico / Aerobic granular sludge sequencing batch reactor: study of granule formation and the cycle time effect in the carbon, nitrogen, and phosphorus removal from domestic wastewater

Neste trabalho estudou-se a formação de grânulos aeróbios em um reator em bateladas sequenciais alimentado com esgoto doméstico e avaliou-se o desempenho desse reator em relação à remoção de carbono, nitrogênio e fósforo utilizando ciclos operacionais de 3 e 4 h. Após 150 dias de operação, a biomassa do reator era constituída predominantemente por grânulos maduros e compactos, com concentração de sólidos suspensos em torno de 1,5 g.L-1. O reator apresentou elevada capacidade de remoção de carbono, nitrogênio e fósforo, principalmente quando operado em sucessivos ciclos de 4 h, atingindo uma eficiência média de remoção de demanda química de oxigênio solúvel de 82±5%, de NH4+-N de 69±19% e de PO43--P de 30±10%.

In this work, the formation of aerobic granules in a sequencing batch reactor fed with domestic wastewater was studied and the reactor's performance, in terms of carbon, nitrogen, and phosphorus removal, during operational cycles of 3 and 4 h, was evaluated. After 150 days of operation, the reactor's biomass predominantly consisted of compact mature granules, with a suspended solids concentration around 1.5 g.L-1. The reactor presented a high capacity for removing carbon, nitrogen, and phosphorus, mainly when operated in successive cycles of 4 h. Average removal efficiencies of 82±5% for soluble chemical oxygen demand, 69±19% for NH4+-N, and 30±10% for PO43--P were obtained.

Biorreator à membrana em batelada sequencial aplicado ao tratamento de esgoto visando à remoção de nutrientes / Membrane sequencing batch reactor for the wastewater treatment aiming the nutrients removal

Neste trabalho, avaliou-se o desempenho de um biorreator à membrana em batelada sequencial para a remoção de nutrientes (nitrogênio e fósforo) de esgoto sanitário. O reator, construído em escala piloto, foi operado durante 241 dias com tempo total de ciclo de 4 horas, sendo 5 minutos para alimentação, 55 minutos para a fase anóxica e 180 minutos para as fases de aeração e filtração (simultaneamente). Ao longo do monitoramento, foram empregados dois fluxos de filtração: 5,55 e 11,1 L.m-2.h-1, que resultaram nas taxas de troca volumétrica de 5 e 10%, respectivamente. As eficiências médias de remoção de Demanda Química de Oxigênio total, nitrogênio amoniacal e nitrogênio total alcançadas foram de 99, 98 e 96%, respectivamente. Em relação à remoção de fósforo, observou-se inicialmente um baixo rendimento do reator, sendo verificado ao longo do tempo, no entanto, uma tendência de melhora na remoção desse nutriente, atingindo eficiência média de 74% entre os dias 158 e 241. A utilização do fluxo de filtração de 5,55 L.m-2.h-1 proporcionou uma operação estável ao biorreator à membrana em batelada sequencial no que se refere à pressão transmembrana, tendo sido atingido o valor limite de 0,7 bar apenas uma vez em 181 dias de operação, ao passo que, com fluxo de 11,1 L.m-2.h-1, esse limite foi atingido 3 vezes em 55 dias.

This study evaluated the performance of a membrane bioreactor sequencing batch, in pilot scale, to remove nutrients (nitrogen and phosphorus) from domestic wastewater. The reactor was operated for 241 days with a total cycle time of 4 hours, with 5 minutes for feeding, 55 minutes for the anoxic phase and 180 minutes for the aeration and filtration phases (simultaneously). Throughout the monitoring, two filtration flows were employed: 5.5 and 11.1 (critical flux) L.m-2.h-1, which resulted in the volume exchange rates of 5 and 10%, respectively. The removal efficiencies of total Chemical Oxygen Demand, ammonia nitrogen and total nitrogen were achieved by 99, 98 and 96%, respectively. Regarding phosphorus removal, a poor performance was observed in the beginning of the experiment; however, a tendency of improvement in the removal of this nutrient was further verified, reaching an efficiency average of 74% between the operational days 158 and 241. The flux filtration at 5.55 L.m-2.h-1 has provided a membrane bioreactor sequencing batch stable operation in relation to transmembrane pressure since it reached the limit value of 0.7 bar only once in 181 operational days, while for 11.1 L.m-2.h-1 it was observed 3 times in 55 days.

Viabilidade do tratamento de água residuária sintética têxtil em reator aeróbio de leito fixo / Viability of the synthetic textile wastewater treatment in a fixed-bed aerobic reactor

Um reator de escoamento contínuo, inoculado com Aspergillus niger AN400, possuía volume total de 5 L e foi operado a 29ºC, com oito horas de tempo de detenção hidráulica e 150 L.h-1 de vazão de ar, para remover 25 mg.L-1 de corante vermelho do congo de água residuária sintética. A alimentação do reator foi realizada em duas fases: Fase I, com 0,5 g.L-1 de sacarose e Fase II, sem sacarose. Na Fase I, foi possível observar eficiências de remoção de matéria orgânica (mg de DQO.L-1) e de cor (mg PT.L-1) de 80 ± 16 por cento e 82 ± 10 por cento (mg Pt.L-1), respectivamente. Na Fase II, a eficiência de remoção de matéria orgânica foi de 75 ± 13 por cento e de cor (mg Pt.L-1) de 89 ± 7 por cento. As maiores remoções de nutrientes foram alcançadas pelo reator na Fase I, com 25 por cento de amônia, 90 por cento de nitrito, 93 por cento de nitrato e 21 por cento de fósforo. Aparentemente, a presença de sacarose melhorou a remoção dos nutrientes.

A continuous flow reactor, inoculated with Aspergillus niger AN400, with total volume of 5 L was operated at 29oC, with eight hours of retention hydraulic time and 150 L.h-1 of air flow rate in order to remove 25 mg.L-1 of Congo Red dye from a synthetic wastewater. The feeding of the reactor, inoculated with Aspergillus niger AN400, was done in two phases: Phase I, with 0,5 g/L of saccharose and Phase II, with no saccharose. In Phase I, it was possible to verify efficiencies of organic matter and color (mg Pt.L-1) removal of 80 ± 16 percent and 82 ± 10 percent, respectively. In Phase II, the efficiency of organic matter removal was 75 ± 13 percent and color removal was 89 ± 7 percent. The higher removals of nutrients were achieved by the reactor in Phase I with 25 percent to ammonia, 90 percent to nitrite, 93 percent to nitrate and 21 percent to phosphorus. Apparently, the presence of saccharose improved the removal of the nutrients.

Technical and economic feasibility of gradual concentric chambers reactor for sewage treatment in developing countries

A major challenge in developing countries concerning domestic wastewaters is to decrease their treatment costs. In the present study, a new cost-effective reactor called gradual concentric chambers (GCC) was designed and evaluated at lab-scale. The effluent quality of the GCC reactor was compared with that of an upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactor. Both reactors showed organic matter removal efficiencies of 90 percent; however, the elimination of nitrogen was higher in the GCC reactor. The amount of biogas recovered in the GCC and the UASB systems was 50 percent and 75 percent of the theoretical amount expected, respectively, and both reactors showed a slightly higher methane production when the feed was supplemented with an additive based on vitamins and minerals. Overall, the economical analysis, the simplicity of design and the performance results revealed that the GCC technology can be of particular interest for sewage treatment in developing countries.