Influence of Landfill Leachate on Organic Matter Removal in Activated Sludge and Activated Sludge with Carrier Processes

Abstract This study assessed the performance of two pilot units, a conventional activated sludge (CAS) and an Integrated Fixed-Film Activated Sludge (IAS), in the treatment of leachate from sanitary landfill combined with domestic sewage, with the aim of removing organic substances. In order to assess the possible impacts on treatment, three experimental phases were designed using influent leachate contributions of 5%, 10%, and 20% of the total BOD load. Overall, the results showed that no significant changes in the behavior of biological processes. The IAS unit presented average BOD removal efficiencies of above 88%, 87% and 80% for the three leachate load contributions of 5%, 10% and 20% studied. The CAS unit presented lower average efficiency with a 5% leachate contribution (64%), but displayed a similar performance to the IAS unit in the other phases (82% and 80%); similar quantitative aspects were observed for both treatment processes with regards to biomass composition analysis. The kinetic coefficients related to heterotrophic metabolism did not indicate negative effects on treatment efficiency as a result of the increase in leachate addition, with values of 2.8; 2.8 and 2.7 d-1 obtained respectively for each phase with the CAS unit, and 2.0; 1.5 and 1.6 d-1 with the IAS unit, representing similar values to those found in the literature (1.5 a 5.0 d-1). The results reinforced the conclusion that the leachate load introduced did not cause inhibition or significant alterations to heterotrophic metabolism, and, therefore, to the removal of organic matter.

Lodo ativado com aeração prolongada operado sob baixa concentração de oxigênio dissolvido: comportamento cinético das bactérias heterotróficas e autotróficas nitrificantes / Extended aeration activated sludge process operated under low dissolved oxygen concentration: Kinetic behavior of nitrifying heterotrophic and autotrophic bacteria

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.

Remoção simultânea de material orgânico, nitrogênio e fósforo em um reator em bateladas sequenciais com biofilme de leito móvel operado pelo processo anaeróbio-anóxico-óxico / Simultaneous removal of organic material, nitrogen and phosphorus in a reactor in batches of mobile bed biofilm sequencing by the anaerobic-anoxic-oxic process

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.

Codisposição de lodos de tratamento de esgotos em aterros sanitários brasileiros: aspectos técnicos e critérios mínimos de aplicação / Co-disposal of sewage sludge in Brazilian sanitary landfills: technical considerations and minimal criteria for application

RESUMO O tratamento dos esgotos sanitários gera resíduos, destacando-se o lodo, continuamente e em grande volume. Como a reciclagem da matéria orgânica do lodo apresenta restrições ambientais e sanitárias, a codisposição em aterros sanitários é alternativa interessante, principalmente pelo menor custo. A introdução de novo rejeito no aterro, com características físicas e geotécnicas distintas dos resíduos sólidos urbanos, necessita de prévia avaliação dos efeitos sobre a operação, a estabilidade e o uso futuro da área. O presente artigo enfocou a problemática da codisposição de lodos de estações de tratamento de esgotos sanitários em aterros sanitários sob o ponto de vista técnico e ambiental. Critérios de codisposição foram selecionados e submetidos à avaliação de especialistas brasileiros. O resultado foi hierarquizado por grau de importância, gerando um grupo de critérios mínimos de codisposição, representativos e de aplicação prática, constituído por: periculosidade; controle quantitativo; proporção rejeito/lodo; rotina de monitoramento; controle qualitativo; e monitoramento geoambiental, a ser considerado na decisão quanto à codisposição de lodo em aterros. Este grupo poderá contribuir para o aperfeiçoamento de critérios de projeto e operação de aterros sanitários com codisposição de lodo de estações de tratamento de esgotos, visando à disposição final segura e adequada, assim como embasar o planejamento e a execução de políticas públicas e ações mais apropriadas e sustentáveis para o setor.

ABSTRACT Sanitary sewage treatment generates residues, particularly sludge, whose production is continuous and voluminous. Since there are environmental and economic restrictions for recycling the organic matter present in sewage sludge, co-disposal in sanitary landfills is an interesting low-cost alternative. The effects of adding sewage sludge, on the operation, stability and post-closure use of the landfill, must be accounted for, since its geotechnical and physical properties are very different from those of municipal solid waste. This paper focused on the issues of co-disposal of sewage sludge in sanitary landfills from the technical and environmental standpoints. Co-disposal criteria were selected and then evaluated by experts. The results were ordered according to their level of importance, thus consolidating a group of essential criteria, representative and of practical application, to be considered in decision making about co-disposal: hazardousness, quantitative control, waste/sludge ratio, monitoring routine, qualitative control and geo-environmental monitoring. This set of criteria should also be considered in the design and operation of sanitary landfills with sludge co-disposal, as well as in the elaboration of sustainable public policies for the sector.

Desempenho de reator integrado de lodo ativado com biofilme em leito movel / Integrated fixed film activated sludge reactor performance

O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos da presença de suportes plásticos móveis (carriers) no processo de lodo ativado por meio da operação, sob diferentes tempos de retenção de sólidos para remoção de matéria carbonácea e nitrogênio, de dois sistemas aeróbios. Um deles, denominado LAC, foi constituído por reatores de lodo ativado com biomassa apenas em suspensão, e comparado com outro, LAI, com reatores integrados de lodo ativado com biofilme em leito móvel. Monitorou-se o crescimento das biomassas em suspensão e aderida e as condições ambientais nos reatores. Testes respirométricos determinaram os coeficientes cinéticos relativos à nitrificação. Foi possível a aplicação de carga de aproximadamente duas vezes a que foi suportada por um sistema de lodo ativado, a nitrificação se estendeu até reduzidas idades do lodo aeróbio e a desnitrificação ocorreu eficientemente. As velocidades específicas de crescimento das bactérias nitritantes e nitratantes foram determinadas para o processo com biofilme aderido, resultando similares às obtidas apenas com biomassa em suspensão.

The aim of this study was to evaluate the effects of plastic media carriers presence in the activated sludge process through the operation under different solids retention times, for the removal of carbonaceous organic matter and ammonia nitrogen, of two aerobic systems. One of them, called LAC, was constituted by activated sludge reactors with suspended biomass only and compared with another, LAI, with integrated fixed-film activated sludge reactors. The growth of attached and suspended biomass and environmental conditions in the reactors have been monitored. Respirometric analyzes were used to determine kinetic coefficients related to nitrification. It was possible to apply approximately twice the load supported by an activated sludge system, nitrification was extended until low solids retention times related to the aerobic and suspended biomass, and denitrification has occurred efficiently. The specific growth rate of nitrifying bacteria in attached biomass has resulted similar to that observed in suspended biomass.

Análise parasitológica em efluentes de estações de tratamento de águas residuárias / Parasitological analysis in effluents from wastewater treatment plants

O reúso de esgoto tratado na agricultura tem se consolidado mundialmente como forma de atenuaros efeitos da diminuição da disponibilidade de água de boa qualidade no globo. Contudo, estaprática oferece riscos à saúde pública em razão dos organismos patogênicos capazes de sobreviver no esgoto, entre os quais a OMS destaca os protozoários e os helmintos parasitos do homem. Opresente trabalho teve como objetivos detectar a presença dos parasitos intestinais de importância sanitária presentes no esgoto tratado e verificar os riscos potenciais de acordo com as diretrizes da OMS. Amostras de efluentes foram coletadas em duas estações de tratamento localizadas nacidade de Piracicaba, estado de São Paulo. A média de ovos de helmintos no período de estudo nas ETEs Cecap e Piracicamirim foi de 3,78 e 0,89 ovos L, respectivamente. Sendo assim, os efluentes provenientes da ETE Cecap atendem às condições de reúso indicadas na categoria C. Os efluentesda estação Piracicamirim estão em conformidade com as condições de reúso das categorias A e B, nas quais, segundo a diretriz da OMS (49), são necessários valores menores ou igual a 1 ovo L.

Produção de lodo e comportamento químico de sais de ferro empregados no pós-tratamento de esgoto sanitário por precipitação química / Sludge production and chemical behavior of iron salts employed in the post-treatment of sanitary wastewater by chemical precipitation

A combinação de processos físico-químicos e biológicos no tratamento de esgotos sanitários tem se apresentado como uma alternativa na remoção de fósforo. No entanto, uma das limitações é a sua maior produção de lodo. Desse modo, este trabalho teve por objetivo avaliar a produção de lodo resultante da aplicação de sais de ferro para diferentes tipos de efluentes, bem como estudar o impacto de sua aplicação nas características físico-químicas dos efluentes estudados. Concluiu-se que os valores médios de produção de lodo resultante da formação do hidróxido férrico situaram-se em torno de 1,80; 1,95 e 1,34 mg lodo/mg Fe+3 para esgoto bruto, efluente aeróbio e anaeróbio tratado, respectivamente, indicando que as características da fase líquida não influenciaram os mecanismos de precipitação dos íons férricos.

The combination of physical-chemical and biological processes in sanitary wastewater treatment has been employed as an alternative for phosphorus removal; however, one of its limitations is its large sludge production. This work aimed at evaluating the sludge production which resulted from iron salt application to different types of effluents, as well as studying the impacts of iron salt application on the physical-chemical characteristics of the studied effluents. It was concluded that the average sludge production values which resulted from ferric hydroxide formation were around 1.80, 1.95 and 1.34 mg sludge per mg of Fe+3 ion, with regard to raw wastewater, aerobic treated effluent and anaerobic treated effluent, respectively, thus indicating that the liquid phase characteristics did not influence the ferric ion precipitation mechanisms.

Otimização de processos físico-químicos na remoção de fósforo de esgotos sanitários por processos de precipitação química com cloreto férrico / Physical-chemical process optimization for phosphorus removal from domestic wastewater by chemical precipitation with ferric chloride

Tendo em vista a potencialidade do emprego de processos de coagulação química no tratamento de esgotos, este trabalho teve por objetivo estudar a remoção de fósforo em efluentes de sistemas anaeróbios e aeróbios de tratamento de esgotos. Observou-se que foi possível atingir valores de remoção de fósforo da ordem de 90%, sendo que as dosagens de coagulante se situaram em torno de 60 a 100 mg FeCl3/L. Concomitantemente com a remoção de fósforo, foi também observada uma remoção de carbono orgânico dissolvido (COD) para os efluentes investigados, sendo que as dosagens de coagulanteque permitiram a otimização da remoção de fósforo também possibilitaram a otimização da remoção de COD. Justifi ca-se a remoção de fósforo na forma orgânica e de polifosfatos pelo fato destes estarem associados ao COD removido.

Since chemical coagulation processes are very promising for wastewater treatment, this work looked into phosphorus removal from aerobic and anaerobic systems treating domestic wastewater. It was possible to reach phosphorus removal effi ciencies in theorder of 90 % for coagulant dosages in the range 60 to 100 mg of ferric chloride per liter. Dissolved organic carbon (DOC) removal in parallel with phosphorus removal was observed for the previously mentioned treatment system effl uents. The coagulant dosages for optimized phosphorus removal also led to optimum DOC removal. The removal of organic phosphorus fractions as polyphosphates was justifi ed due its association with the DOC removal by chemical precipitation.

Proteção de comunidade aquática em efluente tratado por tanques de estabilização de resíduos no rio São Lourenço em São Lourenço da Serra Vale do Ribeira: Estado de São Paulo / Aquatic community protection on treated effluent disposal from waste stabilization ponds on São Lourenço River in São Lourenço da Serra from Vale da Ribeira in the State of São Paulo / Protección de comunidad acuática en disposición de aguas residuales tratada de charcas de estabilización de desecho en del Río São Lourenço en São Lourenço da Serra de Gastos de la Orilla en el estado de San Paulo

O tratamento de esgotos de pequenas cidades por lagoas de estabilização é uma maneira simples, eficiente e de baixo custo. Os esgotos são uma fonte de contaminação das águas e solos e, conseqüentemente, contribuem para a transmissão de doenças, além de serem uma ameaça à preservação do meio ambiente. Surge a necessidade de investigar as condições dos efluentes lançados nos cursos de água. O presente trabalho tem como objetivo realizar uma investigação da qualidade das águas residuárias tratadas por lagoas de estabilização de uma estação de tratamento de esgoto localizadas no município de São Lourenço da Serra no Vale da Ribeira no Estado de São Paulo e verificar os riscos sanitários e a comunidade aquática no Rio São Lourenço da Serra. Foram realizadas amostragens para avaliar o conjunto de lagoas anaeróbia e facultativa da estação de tratamento de esgoto do Município de São Lourenço da Serra. Os parâmetros utilizados foram pH, temperatura do ar e da água, condições climáticas, demanda bioquímica de oxigênio e nitrogênio amoniacal, bactérias termotolerantes, pigmentos fotossintéticos e comunidade zooplanctônica. Verificou-se que os sistemas de lagoa anaeróbia e facultativa foram eficientes na produção de efluente e apresentou alguns valores de acordo com a Resolução Conama nº 357, que estabelecem os valores limites para lançamento em corpos d´água. O rio São Lourenço está localizado em uma área de proteção ambiental. Os dados são comparados aos limites estabelecidos na Classe 1 e 2 e demonstram processo de eutrofização, colocando em risco à biodiversidade aquática e a saúde da população.

The treatment of sewer pipes of small cities using waste stabilization ponds is a simple, efficient, and low cost option. Sewer pipes are a fountain of water and ground contamination and consequently they contribute to diseases transmission, besides being a threat to the preservation of the environment. It is thus necessary to investigate the conditions of effluents going to water courses. The present work aims to carryout an investigation on the quality of residual waters treated by stabilization ponds of a sewer pipe treatment facility located in São Lourenço da Serra, Vale do Ribeira, State São Paulo and examine the sanitary risks and the local aquatic community. Samples were taken for evaluating theseveral anaerobic and facultative ponds of sewer pipe of the treatment facility of São Lourenço da Serra. Parameters used were pH, air and water temperature, climatic conditions, biochemical demand of oxygen and ammoniac nitrogen, thermo-tolerant bacteria, photosynthetic pigments and zooplanktonic community. We observed that the anaerobic and optional pond systems were efficient in the production of effluent and presentedvalues in accordance with the Resolution Conama nº 357, which establish limits for waste disposal in water sources. São Lourenço River is located in an area of environmental protection, and data were compared to limits established in Class 1 and 2 and demonstrate a process of euthrophization, putting in risk aquatic biodiversity and the health of the population.

El tratamiento de conductos de alcantarilla de pequeñas ciudades usando charcas de estabilización de desecho es una opción simple, eficiente, y de bajo coste. Los conductos de alcantarilla son una fuente de contaminación del agua y de la tierra y por consiguiente contribuyen a la transmisión de enfermedades, además de ser una amenaza a la preservación del ambiente. Es así necesario investigar las condiciones de aguas residuales que van a cursos acuáticos. El trabajo actual pretende realizar una investigación acerca de la calidad de aguas residuales tratadas por charcas de estabilización de una instalación de tratamiento de conductos de alcantarilla localizada en São Lourenço da Serra, Vale do Ribeira, estado São Paulo e examina los riesgos sanitarios y la comunidad acuática local. Se tomaran muestras para evaluar varias charcas anaerobias y facultativasdel conducto de alcantarilla de la instalación de tratamiento de Sã o Lourenço da Serra. Los parámetros usados fueran pH, aire y temperaturaacuática, condiciones climáticas, demanda bioquímica de oxígeno y nitrógeno amoniaco, bacterias termo-tolerantes, pigmentos fotosintéticos ycomunidad zooplanctónica. Observamos que los sistemas de charca anaerobios y opcionales fueran eficientes en la producción de aguas residuales y presentaron valores de acuerdo con la Resolución Conama nº 357, que establecen límites para la eliminación de deshechos en fuentes acuáticas. El Río São Lourenço está localizado en un área de protección ambiental, y los datos fueran comparados con los límites establecidos para las Clases 1 y 2 y muestran un proceso de eutrofización que pone en riesgo la biodiversidad acuática y la salud de la población.

Viabilidade técnica e econômica da regeneração de coagulantes a partir de lodos de estações de tratamento de água / Technical and economical feasibility of coagulant recovery from water treatment plant sludges

Esse trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade técnica e econômica da regeneração de coagulantes pela acidificação de lodos de ETA's e a posterior aplicação dos coagulantes regenerados no tratamento de esgotos. Foram realizados ensaios em escala de bancada visando o estudo das condições de regeneração, da qualidade do coagulante produzido e do lodo resultante. O coagulante regenerado teve desempenho satisfatório no tratamento de efluentes de reator UASB e foi observado que ocorreram reduções significativas de sólidos em suspensão nos lodos das ETA's. Com respeito à avaliação econômica, foi verificado que considerando as reduções de custos decorrentes da diminuição de lodo a ser tratado e disposto, o custo de produção do coagulante regenerado é muito próximo ao custo do coagulante comercial. Portanto, concluiu-se que hoje em dia essa tecnologia deve ser considerada como uma alternativa potencialmente viável dos pontos de vista técnico e econômico para o tratamento e reaproveitamento de lodo de ETA's.

Lagoas aeradas tratando esgotos sanitários: reduçäo no custo de energia elétrica / Aerated lagoons treatening domestic wastewater: influence on energy costs reduce

Verifica a possibilidade de operaçäo eficiente e estável de um sistema constituído de lagoa aerada aeróbia seguida de lagoa de decantaçäo, com uma interrupçäo programada de três horas por dia no sistema de aeraçäo. Estuda o efeito sobre a economia da operaçäo do sistema, tendo como referência o sistema tarifário vigente que prevê tarifas mais elevadas durante o período de ponta de consumo de energia elétrica