Reatores híbridos anaeróbio e aeróbio para remoção de matéria orgânica e nitrogênio em esgoto doméstico diluído / Hybrid anaerobic and aerobic reactors for organic matter and nitrogen removal in diluted domestic sewage

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.

Degradação de formaldeído tratado em conjunto com esgoto sanitário em sistema combinado anaeróbio-aeróbio / Degradation of formaldehyde treated in conjunction with municipal sewage in combined anaerobic-aerobic system

O estudo visou a investigação da degradação de formaldeído em um sistema combinado anaeróbio-aeróbio, de fluxo ascendente e com biomassa imobilizada, constituindo-se por um filtro anaeróbio seguido de biofiltro aerado submerso. As concentrações de formaldeído aplicadas ao sistema variaram de 26 a 1.055 mg HCHO.L-1, resultando em eficiências de remoção de formaldeído de 97±3% e de DQO de 90±6%. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que o sistema combinado se apresentou adequado para o tratamento de esgoto sanitário contendo formaldeído, uma vez que além de eficiências de remoção representativas, apresentou estabilidade de operação durante o decorrer do estudo.

The study aimed to investigate the degradation of formaldehyde in an anaerobic-aerobic combined system, upflow and with immobilized biomass, consisting of an Anaerobic Filter (AF) followed by Aerated Submerged Biofilter (ASB). The concentrations of formaldehyde applied to the system ranged from 26 to 1,055 mg HCHO.L-1, resulted in a removal efficiency of formaldehyde of 97±3% and chemical oxygen demand (COD) of 90±6%. From the results, it is concluded that the combined system was suitable for treating wastewater containing formaldehyde, since besides representative removal efficiencies; operation was stable during the course of the study.

Remoção de nitrogênio em sistema combinado anóxico-aeróbio com biomassa imobilizada / Nitrogen removal in combined anoxic-aerobic system with imobilized biomass

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.

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%).