Resumo

Biorreatores com Membranas Submersas (BRMS) são, atualmente, reconhecidos como opção viável para o tratamento de esgotos sanitários e o reúso de águas. Apesar disso, a tecnologia é geralmente vista como de alto investimento quando comparado a sistemas convencionais de tratamento de esgoto, sobretudo pelo maior gasto energético com aeração do sistema. Porém, BRMS quando operados sob condições específicas para nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS), é possível obter um efluente de elevada qualidade com menor custo, devido a menor necessidade de aeração. A necessidade de se operar o reator biológico com menores concentrações de oxigênio, geralmente menor que 1,0 mg O2/L, pode ter um impacto negativo no desempenho hidráulico do sistema de membrana. Desta forma, operar o sistema de BRMS com a NDS pode levar a uma redução da permeabilidade do sistema de membranas devido as maiores taxas de fouling. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar a influência da concentração de oxigênio dissolvido no fouling do sistema de membranas, além de caracterizar e identificar os principais compostos associados a esse fenômeno em um BRMS operando em condições de NDS. Para isso, o experimento foi dividido em três Fases de acordo com a concentração de oxigênio dissolvido no licor misto: Fase I (2,3 mgO2/L), Fase II (0,8 mgO2/L e Fase III (0,3 mgO2/L). O sistema operou sob baixos valores de pressão transmembrana durante todo o período, porém foi encontrada diferença significativa nos valores da Fase III em relação às Fases I e II. Houve uma redução significativa na permeabilidade da membrana quando a concentração de OD no licor misto foi reduzida para 0,3 mg/L, porém sem efeito significativo quando a concentração de OD foi de 0,8 mg/L. Foram observados maiores valores de SPE ligado na Fase III em relação às demais, principalmente na fração de carboidratos que pode estar diretamente ligada a taxa de fouling. Os resultados indicaram que foi possível operar o sistema em concentração de OD de 0,8 mg/L (Fase II) sem apresentar um impacto negativo no desempenho das membranas, sendo esta concentração apontada como a mais adequada para a ocorrência do processo de nitrificação e desnitrificação simultâneas em biorreatores de membranas submersas.

Introdução

Biorreatores com Membranas Submersas (BRMS) são, atualmente, reconhecidos como opção viável para o tratamento de esgotos sanitários e o reúso de águas. Apesar disso, a tecnologia é geralmente vista como de alto investimento quando comparado a sistemas convencionais de tratamento de esgoto, sobretudo pelo maior gasto energético com aeração do sistema. Porém, BRMS quando operados sob condições específicas para nitrificação e desnitrificação simultâneas (NDS), é possível obter um efluente de elevada qualidade com menor custo, devido a menor necessidade de aeração. Nesse sentido, a operação do sistema de BRMS com o processo de NDS pode aumentar a utilização desta tecnologia no tratamento de esgoto sanitário. Alguns estudos têm demonstrado que os BRMS são capazes de remover com sucesso nitrogênio via NDS, porém, o efeito da NDS no processo de separação por membranas em biorreatores tratando esgoto sanitário precisa ainda ser avaliado para que a operação do sistema nesta condição não tenha impactos negativos no desempenho global da tecnologia de BRMS [1].

A necessidade de se operar o reator biológico com menores concentrações de oxigênio, geralmente menor que 1,0 mg O2/L, pode ter um impacto negativo no desempenho hidráulico do sistema de membrana. Alguns estudos têm demonstrado que, em geral, menores concentrações de oxigênio dissolvido no tanque de aeração tendem a piorar as condições de filtrabilidade do lodo resultando em maiores taxas de fouling [2,3]. Desta forma, operar o sistema de BRMS com a NDS, cuja operação requer menores concentrações de oxigênio dissolvido, pode levar a uma redução da permeabilidade do sistema de membranas devido as maiores taxas de fouling. Conforme demonstrado por diversas pesquisas o fenômeno de fouling em BRMS tem sido amplamente atribuído a substâncias poliméricas extracelulares (SPE) [4,5,6], que representa o material para formação dos agregados microbianos como biofilmes, flocos e o licor misto do sistema de lodos ativados. Entre os principais fatores que contribuem para a formação e desenvolvimento de SPE estão as mudanças no fornecimento de oxigênio dissolvido, principalmente quando em baixas concentrações [2,7,8].

O fouling da membrana é um dos principais problemas operacionais dos biorreatores de membrana, e se tornou o maior obstáculo para sua aplicação [9]. Drews et al. (2006) destacam que, apesar de haver um grande número de estudos e publicações em relação às causas de fouling, ainda não foi reportada uma explicação universal e os resultados são, muitas vezes, contraditórios. Isto pode ser atribuído, em parte, à grande variedade de configurações das instalações, condições operacionais (do processo de modo geral como tempo de retenção de sólidos (TRS) e relação alimento/micro-organismo (A/M), e da membrana, como fluxo e intervalo de limpeza), efluente e material da membrana. Para um melhor entendimento do comportamento do fouling da membrana e o desenvolvimento de estratégias adequadas de controle torna-se essencial a determinação de quais componentes presentes no licor misto mais contribuem para este fenômeno.

Neste contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar a influência da concentração de oxigênio dissolvido no fouling do sistema de membranas, além de caracterizar e identificar os principais compostos associados a esse fenômeno em um BRMS operando em condições de NDS.

Autores: Marina Victoretti Silva; Eduardo Lucas Subtil; Danilo Andrade; Marjorie Brandão Justino e Bruna Araújo Lotto.