Avaliação de ultrafiltração como alternativa à flotação por ar dissolvido no pós-tratamento do efluente de lodos ativados — estudo em escala piloto na estação de tratamento de esgoto Brasília norte / Evaluation of ultrafiltration as an alternative to dissolved air flotation for the post-treatment of activated sludge effluent — pilot study in the Brasília norte wastewater treatment plant

RESUMO A melhoria da qualidade dos efluentes das estações de tratamento de esgotos Brasília Norte e Sul tornou-se premente após o corpo receptor dos seus efluentes, o lago Paranoá, passar a ser utilizado como manancial de abastecimento. Este trabalho apresenta estudo comparativo entre o tratamento terciário por ultrafiltração precedido por coagulação em escala piloto e a flotação por ar dissolvido existente na estação de tratamento de esgotos Brasília Norte. A instalação piloto de ultrafiltração e a flotação por ar dissolvido foram alimentadas pela mesma matriz, o efluente da etapa de lodos ativados das estações de tratamento de esgotos Brasília Norte, após coagulação. Foram avaliadas sete condições operacionais da instalação piloto de ultrafiltração variando-se a vazão, o tempo de operação entre limpezas e a duração da limpeza física. O comportamento operacional e a qualidade do efluente produzido foram monitorados. O aumento do fluxo do permeado (de 40,2 para 50,6 e 61,0 L.m−2.h−1) e do tempo de operação entre as limpezas (de 25 para 38 e 50 min), bem como a redução da duração da retrolavagem (de 80 para 60 e 30 s) resultaram em evolução mais intensa da pressão transmembrana. A ultrafiltração foi mais eficiente do que a flotação por ar dissolvido na remoção de turbidez, sólidos suspensos totais, demanda química de oxigênio e fósforo total, com ganho médio de remoção de 9,4, 13,0, 8,5 e 12,8%, respectivamente. Destaca-se a remoção de coliformes na ultrafiltração, 3,4 log superior à da flotação por ar dissolvido. A utilização da ultrafiltração como alternativa à flotação por ar dissolvido apresenta a vantagem de produzir efluente de melhor qualidade, particularmente no aspecto microbiológico, com menor flutuação da qualidade, porém o tratamento e a destinação do lodo produzido pela ultrafiltração devem ser equacionados.

ABSTRACT Improvement in the effluent quality of the Brasília Norte and Brasília Sul wastewater treatment plants became necessary after their effluent receiving body, Paranoá Lake, started being used as source of drinking water for the population of Brasília (Federal District, Brazil). This is a comparative study between the tertiary treatment with ultrafiltration membrane (pilot scale) and the existing dissolved air flotation of Brasília Norte wastewater treatment plant. Both ultrafiltration pilot plant and dissolved air flotation were fed with the same matrix, the effluent of the activated sludge stage of Brasília Norte wastewater treatment plants, after coagulation. Seven operational conditions were evaluated at ultrafiltration pilot plant, with variations in flow rate, time of operation between cleaning processes, and the duration of backwashing. The operational behavior and the quality of the produced effluent were monitored. The increase in permeate flux (from 40.2 to 50.6 and 61.0 L.m−2.h−1) and in the time of operation between cleaning processes (from 25 to 38 and 50 min), as well as the reduction of backwashing duration (from 80 to 60 and 30s), resulted in a more intense evolution of transmembrane pressure. Ultrafiltration was more efficient than dissolved air flotation in the removal of turbidity, total suspended solids, chemical oxygen demand, and total phosphorous, with average gain in removal of 9.4, 13.0, 8.5, and 12.8%, respectively. It is worth mentioning the removal of coliforms by ultrafiltration, which was, on average, 3.4 log higher than that by dissolved air flotation. The use of ultrafiltration as an alternative to dissolved air flotation has the advantage of producing better quality effluent, particularly regarding microbiological aspects, providing lower quality fluctuation; however, treatment and destination of the ultrafiltration waste must be considered.

Tratamento combinado de lixiviado de aterros de resíduos sólidos urbanos e esgoto doméstico como alternativa para a solução de um grave problema ambiental e de saúde pública - revisão bibliográfica. / Co-treatment of municipal solid waste landfill leachate and domestic wastewater as an alternative solution to a serious environmental and public health problem - a literature review.

A disposição de lixiviados de aterros de resíduos sólidos urbanos é um grande problema de saúde ambiental, com impactos sobre a saúde das populações que vivem em áreas circunvizinhas, devido às características poluentes deste lixiviado. Uma opção é coletar e direcionar o lixiviado para estações de tratamento de esgotos, nas quais podem ser tratados conjuntamente com o esgoto doméstico. A viabilidade dessa opção depende da existência de rede coletora de esgotos próxima ao aterro e da capacidade da estação de tratamento em assimilar as cargas, sobretudo orgânica e nitrogenada, advindas do lixiviado. Este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre o tratamento combinado de lixiviado e esgoto doméstico. Os estudos realizados mostram que a quantidade limite de lixiviado a ser recebida em estações de tratamento, sem comprometer a qualidade do efluente final, não é fixa, dada a grande variabilidade da composição dos lixiviados. Entretanto, a maioria dos estudos não apresenta variações significativas de qualidade para efluentes do tratamento combinado com até 2% de volume de lixiviado.

The disposal of municipal solid waste landfill leachates is a major environmental health problem, with impacts on the health of people living in surrounding areas due to the characteristics of leachate pollutants. One option is to collect and direct the leachate to sewage treatment plants, where it can be co-treated with domestic sewage. The viability of this option depends on the existence of sewerage near the landfill and the treatment plant capacity to absorb the loads, especially organic and nitrogen, stemming from leachate. This paper presents a literature review on combined treatment of leachate and domestic sewage. Studies show that the quantity limit of leachate to be received on treatment plants, without compromising the quality of the final effluent, is not fixed, given the great variability in the composition of leachate. However, most studies present no significant variations in quality for effluent treatment combined with up to 2% of the volume of leachate.

Minimização da produção de lodo no tratamento de águas de abastecimento mediante uso do cloreto de polialumínio e sua disposição em estações de tratamento de esgotos / Minimization of water treatment plant sludge production with polyaluminium chloride application and its disposal in wastewater treatment plants

Uma das possibilidades para a redução da produção de lodo em estações de tratamento de água (ETAs) é o uso do cloreto de polialumínio (CPA) como coagulante, que pode ser aplicado de forma isolada ou em conjunto com sais de ferro. Este trabalho objetivou estudar o uso do CPA no que diz respeito à produção de lodo, bem como avaliar o impacto do lançamento de lodos de ETAs em estações de tratamento de esgoto (ETEs) do tipo lodos ativados convencional. Observou-se que a produção de lodo do CPA apresentou valores próximos em comparação ao sulfato de alumínio, em torno de 4,75 mg de massa seca para cada 1 mg de Al, e o seu eventual lançamento para posterior processamento em ETEs deverá alterar a qualidade físico-química do lodo desidratado, sendo esta função do tipo e dosagem de coagulante e suas impurezas.

One possible strategy to reduce sludge production in water treatment plant (WTP) is the application of polyaluminium chloride (PAC) as the sole coagulant or together with iron salts. The purpose of this paper was to investigate PAC usage with regard to sludge production as well as to evaluate impacts of discharging WTP sludge in activated sludge wastewater treatment plants (WWTPs). It was observed that PAC-based sludge production presented values close to aluminum sulfate-based sludge production, which was around 4.75 mg of dry solids per mg of Al. Furthermore, eventual discharge of PAC-based sludge in a WWTP should change the physical and chemical quality of the dry sludge, which is a function of coagulant type, coagulant dosage and of the impurities present in the coagulan's formulation.

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.

Análise da confiabilidade de estações de tratamento de esgotos / Reliability analysis of wastewater treatment plants

Este artigo apresenta uma análise da confiabilidade de 166 estações de tratamento de esgotos em operação no Brasil, considerando seis processos de tratamento mais usualmente adotados. Foi utilizada uma metodologia desenvolvida por Niku et al (1979) para determinação de coeficientes de confiabilidade (CDC), considerando o alcance a metas de lançamento para concentrações efluentes de DBO, DQO, SST, NT, PT e CF. A partir dos CDC obtidos, foram calculadas as concentrações de projeto necessárias para o cumprimento das metas de lançamento e os percentuais de atendimento esperados. Os resultados mostraram que poucas ETEs, nas condições de operação observadas, conseguiriam apresentar desempenhos confiáveis, em termos de cumprimento dos padrões. Para todos os constituintes e sistemas de tratamento, a variabilidade da qualidade do efluente foi muito grande.

This article presents a reliability analysis of 166 full-scale wastewater treatment plants operating in Brazil, comprising six different treatment processes usually adopted. A methodology developed by Niku et al (1979) is used for the determination of the coefficients of reliability (COR), in terms of the compliance of effluent BOD, COD, TSS, TN, TP and FC to discharge standards. The design concentrations necessary to meet the prevailing discharge standards and the expected compliance percentages have been calculated from the coefficients of reliability obtained. The results showed that few plants, under the observed operating conditions, would be able to present reliable performances in terms of compliance with the analyzed standards. For all constituents and systems, the variability of the effluent quality was very large.

Estudo cinético do processo de Valo Cynamon-Roque: caracterização e obtenção de parâmetros de projeto / Cynamon-Roque ditch process kinetics study: characterization and design criteria establisment

O processo de valo Cynamon-Roque, de tratamento de esgotos, constituído de um reator anaeróbio e outro aeróbio, vem sendo testado desde 1986, através de uma unidade piloto, construída no Campus da FIOCRUZ, que recebe uma mistura de esgotos domésticos e industriais, oriundos de unidades de ensino, pesquisa, manutenção e fábricas de vacinas. A validade do processo foi amplamente demonstrada, o que resultou na patente obtida em 1996. As características funcionais vantajosas do processo, em relação aos tradicionais são: requer pouca área, sua operação é simples, a remoção de matéria orgânica é elevada, fruto de uma operação semelhante à do processo dos lodos ativados, permite considerável remoção de nutrientes, não libera aerossóis no meio ambiente, pois a unidade aeróbia é fechada, apresenta boa remoção de patogênicos e economia energética. Neste trabalho, avaliamos as características operacionais do valo Cynamon-Roque, quando sujeito a vazões superiores às do projeto original. Devido às grandes variações horárias de vazão, concentração, do afluente da unidade piloto, e a perda de sólidos, foi empregado um modelo cinético transiente, de pouca complexidade, mas adequado para modelagem matemática do processo de degradação. As perdas de sólidos foram ocasionadas em virtude dos decantadores terem sido dimensionados para vazões muito inferiores às utilizadas. Através deste modelo, testamos a validade de duas equações cinéticas, a de Monod e a de Eckenfelder, para degradação de substrato, obtendo-se ajustes semelhantes. Uma metodologia para obtenção de parâmetros para um projeto racional é apresentada e discutida ao longo deste trabalho. O comportamento do processo, noutras condições operacionais, foi previsto, utilizando-se o modelo cinético, com os parâmetros determinados através do ajuste deste, aos dados experimentais...

Cynamon-Roque ditch process, a sewage treatment process, given by an anaerobic reactor followed by an aerobic reactor, has been tested since 1986, throw a pilot plant, build in FIOCRUZ Campus, which receive domestic and industrial sewage from teaching, research, repairing units and vaccines industries. The process validity has been quite demonstrated, so it was patented in 1996. The advantageous functional features of the process, taking into account the traditional process are: it needs small areas, its operation is simple, organic matter removal is high, because it works in a similar way to the activated sludge process, nutrients removal is remarkable, it does not release aerosols in the environment, because the aerobic unit is closed, exhibits good removal of pathogenic organism and saves energy.In this work, Cynamon-Roque ditch operational features has been evaluated, when subject to flows bigger than the original project ones. Due to the great hour variations of flow, concentration, of the influent from the pilot plant, and the loss of solids, it was used a transient kinetic model, of little complexity, but appropriate for the bio-degradation process mathematical modeling. The loss of solids was caused by the fact that the settling tanks were designed to operate at much lower flows than those used. Taking into account the model, the validity of two kinetic equations was tested - Monod and Eckenfelder - for the bio-degradation of substrate, and similar fit resulted.A methodology for determining the coefficients necessary for establishing rational design criteria is presented and discussed throughout this work.The process behavior, under other operational conditions, was previewed, through the kinetic model, which coefficients were determined by adjusting it to the experimental data...