Resumo
Este estudo teve como objetivo avaliar o desempenho de um biorreator a membrana em batelada sequencial de leito móvel (BRMBS-LM) para a remoção de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo de esgoto sanitário. O reator, que foi construído a uma escala piloto com um volume de 18,3 L, foi operado por 80 dias e alimentado com esgoto doméstico captado junto à rede coletora de esgoto. O BRMBS-LM foi operado sob regime batelada sequencial, com um tempo de ciclo total de 3 horas, incluindo as fases de alimentação, anóxica/anaeróbia e de aeração/filtração. Os resultados obtidos apontaram uma elevada capacidade do BRMBS-LM na remoção de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo, com eficiência média de remoção de DQO de 96,9%, nitrogênio total de 72,3% e fósforo total de 82,1%. Os ensaios de bancada com a biomassa do BRMBS-LM revelaram que a presença do material suporte favoreceu a absorção de fosfato pela respiração anóxica, realizada pelas DPAOs, em comparação a absorção de fosfato pela respiração aeróbia, realizada pelas PAOs. Além de se mostrar vantajoso para a remoção de fósforo, a presença do material suporte contribuiu para a alta remoção de nitrogênio total, visto que os processos de nitrificação e desnitrificação ocorriam sob o material suporte e no licor misto. Tais eficiências observadas neste estudo condicionam os biorreatores à membrana de leito móvel como uma alternativa interessante quando se almeja a remoção de remoção de matéria orgânica e nutrientes de esgoto sanitário.
Introdução
O lançamento de efluentes domésticos sem o devido tratamento incorre em uma série de problemas aos corpos hídricos. Entre os problemas causados destacam-se: (i) a redução da concentração de oxigênio dissolvido do manancial, devido ao aporte excessivo de matéria orgânica; (ii) o aumento da turbidez da água e a redução da atividade fotossintética, devido a concentração elevada de nutrientes presentes nestes efluentes, como o fósforo e nitrogênio. Como consequência dessa problemática desenvolveram-se tecnologias avançadas de tratamento de águas residuais que possibilitassem uma eficiente remoção de matéria orgânica aliada a remoção de nutrientes (CAGATAYHAN, 2008). Dentre essas tecnologias de tratamento destacam-se os reatores em bateladas sequenciais (RBS). Os RBS são compostos basicamente de um único reator, o qual ao longo do seu ciclo operacional alterna entre ambientes anaeróbios, anóxicos e aeróbios. Essa alternância de ambientes em um único tanque ao longo do tempo propicia as condições necessárias para a remoção simultânea de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo (CYBIS, SANTOS e GEHLING, 2004).
Os RBS quando comparados à sistemas convencionais de lodos ativados apresentam algumas vantagens, dentre as quais destaca-se a possibilidade do desenvolvimento dos processos de nitrificação, desnitrificação e remoção de fósforo em único reator. Freitas et al. (2009) destacam também a flexibilidade operacional sendo uma das principais vantagens desse sistema. Tal flexibilidade está associada ao seu formato cíclico, que pode ser facilmente alterado a qualquer momento a fim de compensar as alterações nas condições do processo, as características do efluente ou aos objetivos requeridos para o tratamento (POCHANA; KELLER, 1999).
Ainda que os RBS tenham ocasionado grande interesse face a sua flexibilidade operacional, sabe-se que a etapa de clarificação do efluente através de sedimentadores convencionais é uma dificuldade operacional da unidade de tratamento, podendo, em determinadas situações, gerar um efluente fora dos padrões de lançamento. Neste enfoque, destaca-se a integração da tecnologia de separação por membranas aos reatores em bateladas sequenciais, em substituição à sedimentação, dando origem aos biorreatores à membrana em batelada sequencial (BRMBS) (MCADAM et al, 2005; KAEWSUK et al, 2010; BASSIN, 2012).
Os biorreatores à membrana em batelada sequencial (BRMBS) possuem a vantagem de não necessitar da etapa de sedimentação em seu ciclo, visto que a remoção do efluente do sistema é efetuada através da permeação realizada pelas membranas durante a etapa aeróbia. Os BRMBS apresentam algumas vantagens além da eliminação dos problemas de sedimentação, dentre as quais se destacam: (i) a capacidade de manter elevadas concentrações de biomassa; (ii) capacidade de operação em uma ampla faixa de idade do lodo com reduzidos tempos de detenção hidráulico; (iii) alta remoção de matéria orgânica e; (iv) reduzida produção de lodo (BERNAL et al.,2012; ZHANG et al., 1997; METCALF e EDDY, 2003).
Apesar das vantagens intrínsecas aos BRMBS, alguns problemas são constatados quando se objetiva a remoção simultânea de nitrogênio e fósforo. Tais problemas podem estar associados à transferência de concentrações elevadas de nitrato da etapa aeróbia para a etapa anaeróbia. A presença de nitrato durante a etapa anaeróbia propiciará o consumo de matéria orgânica via bactérias desnitrificantes, reduzindo a disponibilidade do substrato orgânico para os organismos acumuladores de fósforo, inibindo, por consequência, a rota metabólica dos microrganismos responsáveis pela remoção de fósforo, conhecidos como organismos acumuladores de fósforo (PAO – phosphate accumulating organisms, do inglês) (YANG et al 2010).
Uma alternativa para esta problemática é a inserção de material suporte nos BRMBS para o desenvolvimento de biomassa aderida, dando origem aos biorreatores à membrana em batelada sequencial de leito móvel (BRMBS-LM). O desenvolvimento do biofilme sob o meio suporte propicia a criação de microzonas anaeróbias, anóxicas e aeróbias ao longo de sua estrutura (KELNNER, 2014). A presença dessas microzonas possibilita que a remoção de nitrato proceda mesmo durante a etapa aeróbia, visto que sob o meio suporte haverá a possibilidade do ambiente anóxico. A remoção de nitrato ao longo da etapa aeróbia reduziria a sua transferência para a etapa anaeróbia, propiciando melhores condições para o processo de remoção de fósforo (COSTA, 2015).
Onnis-Hayden et al. (2004) reportam que a utilização dos BRMBS-LM também é vantajosa para o processo de nitrificação. De acordo com esses autores, as bactérias nitrificantes passam a crescer também de maneira aderida no material suporte, minimizando assim a sua perda junto com o descarte de lodo. Tal característica exclui a dependência entre a idade do lodo e o crescimento desse grupo de microrganismos. Este aspecto é de grande importância para as bactérias nitrificantes, visto que estas apresentam baixa taxa de crescimento celular, devido a sua natureza autotrófica (ZHANG et al, 2010).
As vantagens mencionadas condicionam os BRMBS-LM como um sistema propenso para a aplicação no tratamento de esgoto doméstico, quando objetivado a remoção simultânea de matéria orgânica e nutrientes. Neste enfoque, o presente estudo teve por objetivo avaliar o desempenho de um biorreator à membrana de leito móvel operado em batelada sequencial para a remoção de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo de esgoto sanitário.
Autores: Emerson Souza; Rayra Emanuelly da Costa; Flávio Rubens Lapolli e Tiago José Belli.
