Co-digestión anaerobia de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos y su lixiviado / Anaerobic co-digestion of the organic fraction of urban solid waste and its leachate

RESUMEN Los residuos sólidos urbanos (RSU), al ser vertidos sin tratamiento apropiado, ocasionan daños severos al medio ambiente influyendo en la calidad de vida de la población; por esta razón actualmente se le presta atención al adecuado manejo de estos residuos. En este trabajo se estudia la reducción de la fracción orgánica (FORSU), de residuos sólidos generados por un grupo poblacional, tomando como referente una de las residencias estudiantiles de la Universidad de Oriente. La generación de FORSU en la residencia es de 0,06 kg/habdía, con un contenido de sólidos totales de 30,9 ± 5,3 %, de los cuáles el 81,7 ± 0,6 % son sólidos volátiles. Se evalúa la digestión anaerobia la FORSU, mediante un sistema de tratamiento en dos etapas. La primera etapa se realiza en un reactor en lote de lecho escurrido, que permitió un tratamiento discontinuo e in situ de la FORSU, en co-digestión anaerobia con un 25 % de estiércol vacuno. En una segunda etapa, se evalúa el tratamiento anaerobio para los lixiviados que se generan en el reactor en lote, empleando un reactor UASB. En el reactor en lote se alcanzó una remoción de sólidos volátiles del 44,1 %, mientras que en el reactor UASB se removió un 81,2 % de DQO. Como resultado la evaluación del sistema de tratamiento, se alcanzó una productividad total de 5,37 LCH4-kgSV -1-d-1.

ABSTRACT Urban solid waste (MSW), when are discharged without proper treatment, causes severe damage to the environment, influencing the population's quality of life. For this reason, attention is currently paid to the proper handling of this waste. This paper studies the reduction of the organic fraction of solid waste (OFMSW), generated by a population group, taking as reference one of the Student Residences of the Universidad de Oriente. The generation of OFMSW in the residence is 0.06 kg/inhabday, with a total solid content of 30.9 ± 5.3%, of which 81.7 ± 0.6% are volatile solids. The anaerobic digestion of OFMSW is evaluated through a two-stage treatment system. The first stage is performed in a drained-bed batch reactor, which allowed discontinuous and in-situ treatment of OFMSW, in anaerobic co-digestion with 25% of cow manure. In a second stage, the anaerobic treatment for the leachates generated in the batch reactor is evaluated, using a UASB reactor. In the batch reactor a removal of volatile solids of 44.1% was achieved, while in the UASB reactor 81.2% of COD was removed. As a result of the evaluation of the treatment system, total productivity of 5.37 L CH4 -kgSV -1-d-1 was achieved.

Influência da compactação do solo sobre a produção e o potencial poluidor de lixiviados de resíduos sólidos urbanos / Influence of soil compaction on the production and potential pollution of leachate of urban solid waste

RESUMO No Brasil, a disposição final de resíduos sólidos urbanos (RSU) representa um risco ambiental em função da geração de lixiviados com altas cargas contaminantes, mesmo em aterros sanitários. Objetivou-se no presente estudo, em escala experimental, avaliar a influência de diferentes graus de compactação do solo (GC) nas camadas intermediárias e de cobertura final dos RSU, na redução da produção e do potencial poluidor dos lixiviados. Foram coletados RSU em locais previamente selecionados no município de Lavras, Minas Gerais, em função da prevalência da classe social. Esses resíduos foram analisados gravimetricamente e depositados no interior de células experimentais, intercalando camadas de RSU e solo compactado em diferentes GC. Nas células, foram aplicadas lâminas de água, sendo o efluente gerado coletado, quantificado e submetido a análises físico-químicas durante o período de experimentação. Foi observada uma redução média de 35% na produção de lixiviados nas células onde se aplicou GC igual a 100%. O aumento do GC gerou significativos aumentos nas concentrações de alcalinidade, sólidos totais (ST) e sólidos totais voláteis (STV), e significativas reduções nas concentrações de demanda química de oxigênio (DQO) e fósforo (P). Foram observadas reduções de carga próximas aos 57, 35, 59, 42 e 62%, relativas aos parâmetros ST, DQO, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), N-Amoniacal e fósforo (P), respectivamente.

ABSTRACT In Brazil, the final disposal of municipal solid waste (MSW) represents an environmental risk due to the generation of leachate with high contaminant loads, even in landfills. The aim of the present study, in experimental scale, was to evaluate the influence of different degrees of compaction (DC) of the intermediate layers and final coverage of MSW on the reduction of the production and pollution potential of leachate. MSW were collected at previously selected sites at Lavras, Minas Gerais, due to the prevalence of social class. These residues were gravimetrically analyzed and deposited within experimental cells, alternating MSW layers and compacted soil in different DC. In the cells, water depths were applied and the effluent collected, quantified and subjected to physical and chemical analysis during trial period. There was a mean reduction of 35% in the leachate production in the cells where DC were equal to 100%. DC's increase produced significant increases in the concentrations of alkalinity, total solids (TS) and total volatile solids, and significant reductions in chemical oxygen demand (COD) and phosphorus concentrations. Reductions in load close to 57, 35, 59, 42 and 62%, relative to the parameters TS, COD, biochemical oxygen demand (BOD), ammonia-N and P, respectively.

Phytoplankton Functional Groups in a High-Rate Algal Pond Used for the Bioremediation of Landfill Leachate / Grupos funcionales fitoplanctónicos en una laguna algal de alta tasa usada para la biorremediación de lixiviados de rellenos sanitarios

RESUMEN El análisis de comunidades fitoplanctónicas utilizando el enfoque de grupos funcionales (GF), es empleado para predecir la respuesta de la composición de especies fitoplanctónicas a la variación de las condiciones ambientales. El objetivo de este estudio fue evaluar por primera vez bajo condiciones de trópico americano la dinámica de los grupos funcionales de fitoplancton asociados a un sistema de laguna algal de alta tasa fotosintética (LALAT), empleada para la biorremediación de lixiviados de rellenos sanitarios, utilizando la propuesta de grupos funcionales basada en la morfología (MBFG). Se tomaron muestras de agua para análisis biológico y fisicoquímico durante siete meses. Adicionalmente, se calculó el biovolumen del fitoplancton y se realizó un análisis de correlación canónica para explicar la relación entre las variables físicoquímicas y los grupos funcionales. La LALAT trató un lixiviado de edad intermedia caracterizado por altas concentraciones de nutrientes. Se identificaron cuatro MBFG (IV, V, VI y VII). El grupo V, conformado por fitoflagelados, fue dominante durante todo el periodo de estudio. Este grupo puede sobrevivir y proliferar en ambientes con altas concentraciones de materia orgánica. Además, contribuye a la transformación de los contaminantes presentes en el lixiviado. El aumento del biovolumen de los grupos V y VII se relacionó con los periodos en los cuales la laguna presentó los menores valores de carbono orgánico disuelto. Finalmente, se encontró que el enfoque de los MBGF puede ser útil para comprender la dinámica de la comunidad de fitoplancton en la LALAT utilizado para el tratamiento de lixiviados en rellenos sanitarios.

ABSTRACT The functional group (FG) approach is used to predict the response of the composition of phytoplankton species to changes in the environmental conditions. We assessed for the first time the dynamics of phytoplankton communities in a High-Rate Algal Pond (HRAP), implemented for the bioremediation of landfill leachate, and using morphology-based functional groups (MBFG), under the American tropics conditions. These groups were later correlated with the physical and chemical variables of the system. Water samples were taken for biological, physical and chemical analysis for seven months. In addition, phytoplankton biovolumes were estimated and a canonical correlation analysis was performed to explain the relation between physical and chemical variables and FGs. Subsequently, the HRAP treated a medium-age leachate characterized by high concentrations of nutrients. Four MBFGs were identified (IV, V, VI and VII). Group V, conformed by phytoflagellates, was found to be dominant during the entire study period. This group proliferate in environments with high concentrations of organic matter, while contributing to the transformation of the contaminants present in the leachate. The largest biovolumes of Groups V and VII occurred during periods of low water levels and dissolved organic carbon. Finally, we show that the MBFG technique may be useful in understanding the dynamics of the phytoplankton community in the HRAP used for the treatment of landfill leachate.

Otimização multivariada do processo foto-Fenton solar na remoção da demanda química de oxigênio em lixiviados de aterros sanitários / Multivariate optimization of solar photo-Fenton process for chemical oxygen demand removal in landfill leachate treatment

RESUMO A presente pesquisa objetivou otimizar o processo foto-Fenton solar no tratamento de lixiviados de aterros sanitários. O Delineamento Composto Central Rotacional associado à Metodologia de Superfície de Resposta foi aplicado para investigar três variáveis operacionais: razão de reagentes [H2O2]/[FeSO4.7H2O], fator de H2O2 e pH inicial, a fim de maximizar a remoção de matéria orgânica, em termos da demanda química de oxigênio (DQO). De acordo com os resultados, obteve-se elevada redução da DQO em 3 horas de fotocatálise solar (70,97 a 84,74%). Com base na análise de variância (ANOVA), a variável reposta pode ser descrita por um modelo quadrático, com elevado coeficiente de explicação, R2=0,9894. A análise das superfícies de resposta indicou que as condições ótimas foram: faixa de pH inicial entre 2,5 e 3,5; com pico em 2,79; e razões de reagentes [H2O2]/[FeSO4.7H2O] a partir de 6 até o nível máximo estudado (7,36). Calculou-se a concentração de peróxido de hidrogênio com base no fator de H2O2, atingindo o ponto crítico em 143,77% da quantidade estequiométrica de H2O2 necessária para a oxidação completa da matéria orgânica, isto é, 11.751,05 mg H2O2.L-1 para estabilizar uma DQO de 3.845,55 mg O2.L-1.

ABSTRACT This research aimed to optimize the solar photo-Fenton process in landfill leachate treatment. Central Composite Rotatable Design associated with the Response Surface Methodology was applied to investigate three operational factors: reagents ratio [H2O2]/[FeSO4.7H2O], H2O2 factor and initial pH, in order to maximize the organic matter removal, in terms of chemical oxygen demand (COD). According to the results, high COD reduction was obtained in three hours of solar photocatalysis (70.97 to 84.74%). Based on the analysis of variance (ANOVA), the response variable can be described by a quadratic model, with a high coefficient of determination, R2=0.9894. The analysis of response surfaces indicated that the optimum conditions were: initial pH range between 2.5 and 3.5, with a peak at 2.79, and reagents ratio range from 6 to the maximum level studied (7.36). Hydrogen peroxide concentration was calculated from the H2O2 factor, reaching the critical point at 143.77% of the stoichiometric amount of H2O2 needed for the complete oxidation of organic matter, that is, 11,751.05 mg H2O2.L-1 to stabilize a COD of 3,845.55 mg O2.L-1.

The effect of Hydropolymers on soil microbial activities in Mediterranean areas / El efecto de los polímeros absorbentes en la actividad microbiológica del suelo bajo condiciones mediterráneas

ABSTRACT Objectives. The aim of this study was to evaluate the effect of the hydropolymer TerraCottem on soil microbial activity by measuring soil respiration and leaching of mineral nitrogen. Materials and methods. The incubation experiment contained control variants with natural soil of Nerja area (South Spain, inside the Sierra Tejeda, Almijara and Alhama Natural Park, 36.7985173° N 3.8511693° W; WCGS84), variants with the addition of easy available nitrogen compounds (kg N ha-1), easy accessible carbon compounds (1% glucose solution) and a combinations of both. Within each variant, the recommended amount of control hydropolymers (1.5 kg/m3) and a double dose of 3.0 kg/m3 were compared. Results. Showed that respiration activity of the soil in this Mediterranean area was not eliminated by the lack of ready available nitrogen or carbon substrates. Furthermore, differences in CO2 production between the variants containing different amounts of hydropolymers were not significant. A statistically significant difference in the CO2 production was found in the first week compared to longer time periods. Conclusions. The mineral nitrogen leaching measurement showed that the biological activity of the studied is not affected by nitrogen dynamics which is balanced regardless of the amount of applied hydropolymer. On the other hand, leaching processes occurred when soil was doped only with nitrogen compounds or only carbonaceous, a problem that can appear after fertilizers application.

RESUMEN Objetivo. El objetivo de este estudio pasa por evaluar el efecto del-Terracottem- en la actividad microbiana del suelo mediante la medida de la respiración edáfica y la pérdida de nitrógeno mineral por lixiviación. El ensayo se ha realizado en condiciones de laboratorio controladas y con suelos naturales. Materiales y métodos. Para el experimento, se han diseñado varios tratamientos: i) suelos naturales a los que se les ha adicionado compuestos nitrogenados de libre disponibilidad (Kg N ha-1); ii) suelos naturales a los que se les ha adicionado carbohidratos de libre disponibilidad (1% de solución de glucosa); iii) suelos naturales a los que se les ha adicionado una mezcla de compuestos nitrogenados de libre disponibilidad (Kg N ha-1) con carbohidratos (1% de solución de glucosa). En cada variante se han testeado diferentes dosis del polímero. Resultados. Los resultados han demostrado que la actividad respiratoria del suelo es independiente de la disponibilidad de compuestos como el nitrógeno o carbono. Tampoco se han observado diferencias significativas entre las diferentes dosis del polímero. Por el contrario, si se observaron diferencias en la producción de CO2. Conclusiones. La lixiviación únicamente se producía cuando los suelos eran enmendados con compuestos únicamente nitrogenados o únicamente sólo carbonosos.

Avaliação da disposição de lodos de fossa e tanque sépticos em lagoas de estabilização que tratam lixiviados de aterro sanitário / Evaluation of septage disposal in stabilization ponds that treat landfill leachate

Resumo A destinação dos Lodos de Fossa e Tanque Séptico (LFTS) tem resultado em problemas ambientais e de saúde pública, devido principalmente à falta de alternativas adequadas para a destinação, e de fiscalização mais rigorosa. O problema se agrava em municípios desprovidos de estações de tratamento de esgoto, já que a disposição nesses sistemas tem sido a prática mais utilizada no país. Desta forma, a presente pesquisa teve por finalidade avaliar os efeitos da disposição desses lodos no desempenho, operação e manutenção de lagoas de estabilização que tratam lixiviados. O sistema estudado é composto por dois módulos idênticos de lagoa anaeróbia seguida de facultativa, de modo que o módulo receptor de LFTS foi submetido, durante seis meses, a diferentes taxas de aplicação volumétrica de lodo por lixiviado (13 a 204%). Utilizou-se o teste t de Student, para a análise estatística. Os resultados indicaram que, para a taxa máxima, o efluente do módulo receptor apresentou concentrações 1,8; 2,0; e 9,0 vezes superiores ao testemunho, para fósforo, nitrogênio amoniacal e E. coli, respectivamente. Além disso, houve aumento de lodo sedimentado na lagoa anaeróbia receptora (3,5 vezes em relação à testemunho) e formação de escuma (0,4 m3 por mês). Entretanto, as interferências na operação e manutenção são de simples solução, pois esses resíduos podem ser destinados no próprio aterro e os padrões de lançamento em corpos hídricos não foram contrariados. Desta forma, as lagoas de estabilização que tratam lixividados apresentam-se como uma alternativa competitiva para a destinação dos LFTS, resguardadas as condições operacionais estudadas.

Abstract The destination of septage has resulted in environmental and public health problems, due especially to the lack of adequate alternatives for its destination and of closer, more rigorous monitoring. The problem worsens in areas lacking sewage treatment plants, since the disposal in such systems has been the most widely used practice in the country. In this way, the current research aims to evaluate the effects of the sludge disposal in the performance, operation and maintenance of waste stabilization ponds that treat landfill leachate. The treatment system studied is composed by two modules of identical anaerobic ponds followed by facultative ponds. For six months, the receiver modul was submitted to different rates of volumetric sludge application by leachate (13 to 204%). Student's t test was used for statistics analysis. The results indicated that for the maximum rate, the receiver module effluent showed concentrations 1.8; 2.0; and 9.0 times higher than the control modul, phosphorus, ammonia nitrogen and E. coli, respectively. In addition, there was an increase in the sedimented sludge in the receiving anaerobic pond (3.5 times in relation to the control group) and scum formation (0.4 m3 per month). However, the interferences in the operation and maintenance have simple solutions, since these residues may be sorted in the landfill itself and the release patterns in water bodies were not thwarted. In this way, the stabilization ponds that treat leachate present a competitive alternative for the destination of septage, safeguarding all operating conditions studied.

Crescimento e produtividade da abobrinha italiana: efeito da concentração iônica da solução nutritiva / Growth and yield of summer squash: effect of the ionic concentration of nutrient solution

Com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes concentrações iônicas da solução nutritiva sobre o crescimento e a produtividade da abobrinha italiana cultivada em substrato de casca de arroz in naturacom recirculação dos lixiviados, foram realizados dois experimentos em duas épocas de cultivo: primavera-verão de 2005 e verão-outono de 2006, em Pelotas, RS. Quatro concentrações iônicas da solução nutritiva (com base na condutividade elétrica - CE) foram estudadas: 1,3; 1,7; 2,1 e 4,2 dS m-1. Determinou-se o crescimento da cultura, por meio da quantificação da produção e da partição de massa seca acumulada ao final dos ciclos de cultivo pelos diferentes órgãos aéreos da planta (folha, caule e frutos), e a produtividade. Os resultados obtidos nos experimentos indicam que concentrações iônicas iguais ou inferiores a 1,7 dS m-1 são limitantes para o adequado crescimento e produtividade da cultura. O efeito da alta concentração iônica da solução nutritiva (acima de 2,1 dS m-1) sobre a produção e a partição de massa seca varia de acordo com ciclo de cultivo. A menor disponibilidade de radiação solar no período de verão-outono minimiza os efeitos das diferentes concentrações da solução nutritiva sobre a produção e a partição de massa seca para os frutos, bem como sobre a produtividade. Os frutos representaram de 28 a 52% da massa seca total da parte aérea das plantas. Apenas na solução nutritiva com CE de 2,1 dS m-1 e em período de crescente disponibilidade de radiação solar (primavera-verão), os frutos representaram os maiores drenos de fotoassimilados. Segundo os modelos matemáticos, a condutividade elétrica da solução nutritiva que maximizaria a produção de matéria seca e a produtividade é de aproximadamente 3,0 dS m-1, em ambos os ciclos de cultivo.

With the objective of evaluating the effect of different ionic concentrations of the nutrient solution on growth of summer squash cultivated in raw rice husk substrate with leaching recirculation, two experiments were conducted in two crop-seasons: spring-summer of 2005 and summer-autumn of 2006, in Pelotas, RS. Four ionic concentrations of the nutrient solution (based on electrical conductivity - EC) were studied: 1.3; 1.7; 2.1 and 4.2 dS m-1. Crop growth was determinated by the accumulated dry mass production and partitioning among the different above-ground plant organs (leafs, stem and fruits) at the end of the crop-seasons. Fruit yield was also evaluated. The obtained results indicate that ionic concentrations equal or lower than 1.7 dS m-1 were limiting for proper growth and yield of the crop. The effect of high ionic concentration of the nutrient solution (above 2.1 dS m-1) on dry mass production and partitioning varied according to the crop-season. The lower solar radiation availability of the summer-autumn crop season minimized the effects of the different concentrations of nutrient solution on dry mass production and partitioning to the fruits, as well as on the yield. The fruits comprised from 28 to 52% of the total above-ground dry mass production. Fruits represented the largest sink of assimilates of the plant only at 2.1 dS m-1 ionic concentration of the nutrient solution and in crescent solar radiation availability condition (spring-summer). According to the mathematics models, the electrical conductivity that maximizes dry mass production and yield is approximately 3.0 dS m-1 for both crop-seasons.

Growth and yield of summer squash: effect of the ionic concentration of nutrient solution / Crescimento e produtividade da abobrinha italiana: efeito da concentração iônica da solução nutritiva

With the objective of evaluating the effect of different ionic concentrations of the nutrient solution on growth of summer squash cultivated in raw rice husk substrate with leaching recirculation, two experiments were conducted in two crop-seasons: spring-summer of 2005 and summer-autumn of 2006, in Pelotas, RS. Four ionic concentrations of the nutrient solution (based on electrical conductivity - EC) were studied: 1.3; 1.7; 2.1 and 4.2 dS m-1. Crop growth was determinated by accumulated dry mass production and partitioning among the different above-ground plant organs (leafs, stem and fruits) at the end of the crop-seasons. Fruit yield was also evaluated. The obtained results indicate that ionic concentrations equal or lower than 1.7 dS m-1 were limiting for proper growth and yield of the crop. The effect of high ionic concentration of the nutrient solution (above 2.1 dS m-1) on dry mass production and partitioning varied according to the crop-season. The lower solar radiation availability of the summer-autumn crop season minimized the effects of the different concentrations of nutrient solution on dry mass production and partitioning to the fruits, as well as on the yield. The fruits comprised from 28 to 52% of the total above-ground dry mass production. Fruits represented the largest sink of assimilates of the plant only at 2.1 dS m-1 ionic concentration of the nutrient solu

Com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes concentrações iônicas da solução nutritiva sobre o crescimento e a produtividade da abobrinha italiana cultivada em substrato de casca de arroz in natura com recirculação dos lixiviados, foram realizados dois experimentos em duas épocas de cultivo: primavera-verão de 2005 e verão-outono de 2006, em Pelotas, RS. Quatro concentrações iônicas da solução nutritiva (com base na condutividade elétrica - CE) foram estudadas: 1,3; 1,7; 2,1 e 4,2 dS m-1. Determinou-se o crescimento da cultura, por meio da quantificação da produção e da partição de massa seca acumulada ao final dos ciclos de cultivo pelos diferentes órgãos aéreos da planta (folha, caule e frutos), e a produtividade. Os resultados obtidos nos experimentos indicam que concentrações iônicas iguais ou inferiores a 1,7 dS m-1 são limitantes para o adequado crescimento e produtividade da cultura. O efeito da alta concentração iônica da solução nutritiva (acima de 2,1 dS m-1) sobre a produção e a partição de massa seca varia de acordo com ciclo de cultivo. A menor disponibilidade de radiação solar no período de verão-outono minimiza os efeitos das diferentes concentrações da solução nutritiva sobre a produção e a partição de massa seca para os frutos, bem como sobre a produtividade. Os frutos representaram de 28 a 52% da massa seca total da parte aérea das plantas. Apenas na solu

Avaliação de processos fotoeletroquímicos no tratamento de líquidos lixiviados de aterros sanitários / Evaluation of photoeletrochemical processes on the treatment of landfill leachates

Neste trabalho, a potencialidade de processos fotoeletroquímicos frente ao tratamento de líquidos lixiviados de aterro sanitário foi avaliada. Em primeiro lugar, foi observado que a forte coloração e elevada carga orgânica apresentada pela matriz dificultam significativamente a ocorrência de processos fotoquímicos. Neste caso, a capacidade degradativa do sistema é devida fundamentalmente à componente eletroquímica, provavelmente processos indiretos viabilizados pela geração de elevadas quantidades de hipoclorito. Em geral, a aplicação de processos de precipitação preliminares permite uma redução da cor e da carga orgânica, o que viabiliza o tratamento fotoeletroquímico posterior. Quando substâncias húmicas são previamente eliminadas por precipitação em meio ácido, o tratamento fotoeletroquímico posterior permite descolorações superiores a 95% e remoções de DQO da ordem de 70%, em tempos de reação de 300 min. Trata-se de um resultado bastante promissor, levando-se em consideração a elevada resistência da matriz em questão.

In this work the potentiality of photoelectrochemical processes toward the treatment of landfill leachates was evaluated. Firstly, was observed that the dark coloration and high organic content of the samples hinder in a significant way the occurrence of photochemical processes. At these conditions, the degrading capacity of the system is a function of the electrochemical process, provably indirect mechanisms mediating by the observed high amount of hipochlorite. Generally, the application of a preliminary precipitation processes induces significant reduction on the color and organic content, fact that improves the further photoelectrochemical treatment. When humic substances are previously eliminated by acid precipitation the further photoelectrochemical treatment permit almost total elimination of the color and COD removal of about 70 percent at reaction time of 300 min. That is a very promissory result, mainly taking into account the high recalcitrant character of the landfill leachates.