Biorreator à membrana em batelada sequencial para a remoção de nutrientes de esgoto sanitário: desempenho do tratamento, colmatação das membranas e estratégias de otimização

Abstract

O lançamento de esgotos com tratamento inadequado ou muitas vezes sem tratamento tem conduzido a um cenário de constante degradação ambiental de ambientes aquáticos. Além do aporte de matéria orgânica, destaca-se também nesse processo a elevada carga de nutrientes, especialmente nitrogênio e fósforo, que desembocam nos corpos hídricos e culminam na intensificação do fenômeno de eutrofização. A grande importância na preservação dos recursos hídricos remete à busca por tecnologias que sejam capazes de garantir um efluente tratado com baixo residual de poluentes, minimizando o impacto associado ao seu lançamento. Neste contexto, esta pesquisa teve por objetivo avaliar a utilização de um biorreator à membrana (BRM), operado em batelada sequencial, na remoção de matéria orgânica e nutrientes de esgoto sanitário. Os estudos no BRM foram desenvolvidos a partir de duas etapas. A Etapa 1 envolveu a avaliação do desempenho do BRM e da filtrabilidade do licor misto mediante a variação da idade do lodo (80, 40 e 20 dias). Na Etapa 2, avaliou-se a utilização de agentes químicos (quitosana, MPE ? Membrane Performance Enhancer e FeCl3) como auxiliares na remoção de nutrientes e minimizadores do processo de colmatação das membranas. Os resultados obtidos na Etapa 1 mostraram que a redução da idade do lodo otimizou o rendimento do reator quanto à remoção de nitrogênio total. Por outro lado, a remoção de fósforo não apresentou melhora significativa com a redução da idade do lodo. Contudo, a partir da implementação da fase de pré-aeração no ciclo operacional do reator, melhores resultados foram observados quanto à remoção desse nutriente, de onde se conclui que tal fase é essencial para o bom rendimento na remoção de fósforo na configuração de reator utilizado nessa pesquisa. É importante destacar o efeito da sazonalidade sobre o desempenho do reator na remoção de fósforo, em que foram observadas menores eficiências de remoção desse nutriente no período de verão e maiores no período de inverno. Os resultados mostraram também uma deterioração da filtrabilidade do licor misto durante a operação do reator com idade de lodo de 20 dias, apresentando nesse caso uma maior velocidade de colmatação das membranas. Os resultados da Etapa 2 mostraram que a utilização dos agentes químicos no BRM teve maior efeito sobre a remoção de fósforo, em que a aplicação do FeCl3 resultou na maior eficiência de remoção desse nutriente. A adição dos agentes químicos reduziu a concentração de DQO solúvel do licor misto do BRM, condicionando uma melhor filtrabilidade, com destaque ao MPE, que alcançou uma redução de quatro vezes na velocidade de colmatação das membranas. Por fim, conclui-se, a partir das Etapas 1 e 2, que os melhores resultados formam obtidos a partir das seguintes condições operacionais: idade de lodo de 20 dias; temperatura de até 20 ºC; ciclo operacional com fase de pré-aeração e aplicação do agente químico MPE.<br>

Abstract : The discharge of wastewater without adequate treatment can lead off to several problems in an aquatic ecosystem, one of which is eutrophication due to excessive nitrogen and phosphorus loading. Therefore, the preservation of water resources requires the use of technologies that are able to ensure a treated effluent with minimum residual pollutants, reducing the impact associated with their disposal. In this context, the present study aimed to evaluate the use of a membrane bioreactor (MBR), operated in sequencing batch modality, for organic matter and nutrients removal from municipal wastewater. The studies were performed in two steps. Step 1 includes the evaluation of MBR performance and membrane fouling under different solids retention time (80, 40 and 20 days). In step 2, was evaluated the use of three different kinds of flocculants (chitosan, MPR and FeCl3) in the MBR, aiming a higher nutrient removal and lower membrane fouling. The results from step 1 showed that the solids retention time reduction improved the reactor performance regarding to total nitrogen removal. Likewise, the biological phosphorus removal process (EBPR) was also benefited. However, the MBR phosphorus removal efficiency was only improved from the use of a pre-aeration phase, prior to the beginning of the filtration phase. Although the nutrients removal was benefited from the application of lower solids retention time (20 days), it was found that the filterability of the mixed liquor under such condition was deteriorated, showing the highest membrane fouling rate in this case. The results from step 2 showed that the use of floculants in the BRM had the highest effect on the phosphorous removal process, wherein the application of FeCl3 resulted in the higher removal efficiency of this nutrient. The utilization of floculants reduced the soluble COD concentration of the mixed liquor, providing better filterability, highlighting the MPE, which achieved the higher reduction in the membrane fouling rate. At last, it concludes, from steps 1 and 2, which the best results were obtained from the following operating conditions: solids retention time of 20 days; temperature to 20 °C; operating cycle with pre-aeration phase and application of flocculant MPE.