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Desempenho de sistema modificado de lagoa aerada com meio de suporte em leito móvel no tratamento de efluente de celulose Kraft

Resumo

A indústria de celulose utiliza mais de 40 m 3 de água por tonelada de polpa produzida, gerando elevadas vazões de efluente. Em geral, este apresenta altos valores de demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), cor e ecotoxicidade. Os sistemas de tratamento de efluentes mais utilizados na indústria de celulose são os tratamentos biológicos, dentre eles os sistemas de lagoas aeradas, que são eficientes na remoção da matéria orgânica biodegradável, mas apresentam limitações para remoção da matéria orgânica recalcitrante e cor. Além disso, há uma preocupação com a ecotoxicidade desses efluentes, e para sua estimativa organismos testes como a Daphnia magna têm sido amplamente utilizados na avaliação de ecotoxicidade de efluentes. O objetivo deste trabalho foi avaliar o tratamento de efluente Kraft por sistemas de lagoas aeradas modificadas com a adição de meios de suporte esponjosos (APG) através, primeiramente, da disposição dos meios de suporte nas lagoas aeradas na carga orgânica 0,2 kgDQO m – 3 d -1 e sequencialmente com variação de carga orgânica volumétrica de 0,2 a 1,2 kgDQO m -3 d -1 . Amostras do Afluente e Efluente foram caracterizadas e avaliadas pelos parâmetros: DBO5, DQO, Cor, derivados de lignina, compostos fenólicos totais e ecotoxicidade aguda em D. magna nas distintas etapas. Os sólidos foram avaliados no licor misto das lagoas aeradas por análise de sólidos aderidos aos meios de suporte e suspensos no reator. Nas condições ótimas de tratamento, nas quais a biodegradabilidade da amostra era favorável ao tratamento biológico (DBO5/DQO>0,3), a remoção de DQO e DBO5 foi de 32% e 88%, em média, respectivamente no estudo de disposição dos meios de suporte livre e confinado, mantendo a carga orgânica volumétrica em 0,2 kgDQO m -3 d -1 . Quando a amostra apresentou maior recalcitrância, seu desempenho foi de 8% e 64%, em média, na remoção de DQO e DBO5, respectivamente. Com relação à Cor, houve incremento durante a maior parte do tratamento, sendo este superior a 20% em algumas condições. A remoção de compostos fenólicos totais não foi verificada durante a maior parte do tratamento por lagoas aeradas com meio de suporte esponjoso. Através de teste estatístico, não foi verificado diferença significativa nas disposições dos tratamentos. Considerando o tratamento, no qual houve variação de carga em lagoa aerada com APG confinado em gaiola plástica, o melhor desempenho foi na carga 1,2 kgDQO m -3 d -1 , com remoção de matéria orgânica de 50% e 75% para DQO e DBO5, respectivamente, remoção de Cor próxima a 20%, remoção de compostos fenólicos totais de 18% e remoções de derivados de lignina superiores a 10%. Com relação aos sólidos estes se concentraram no licor misto durante todos os tratamentos por lagoas aeradas modificadas com meios de suporte esponjosos. Sobre a ecotoxicidade aguda, esta foi reduzida para FT igual a 1 em todas as condições de tratamento utilizadas. Comparando os sistemas modificados com lagoa aerada sem a adição de APG, se sugere a aplicação de meios de suporte esponjosos em cargas orgânicas da ordem de 1,2 kgDQO m -3 d -1 mesmo com relação DBO5/DQO baixa como a deste estudo.

Introdução

A produção brasileira de celulose alcançou 19,4 milhões de toneladas em 2017, valor este 3,8% superior ao ano anterior. As exportações somaram cerca de 13,2 milhões de toneladas, um incremento de mais de 2% com relação a 2016 (IBÁ, 2018).

Dentre as características das indústrias de celulose, tem-se o consumo de mais de 40 m3 de água por tonelada de celulose produzida, o que, consequentemente acaba por gerar altas vazões de efluentes. Em geral, esse efluente tem altas concentrações de matéria orgânica (MO), sólidos suspensos, ácidos resínicos, lignina, Cor e ecotoxicidade (TOCZYŁOWSKA-MAMIŃSKA, 2017).

Os sistemas desenvolvidos, para tratar efluentes de celulose têm como objetivo a remoção de matéria orgânica, cor e ecotoxicidade. Tratamentos biológicos aerados, como lodos ativados e lagoas aeradas, tem sido os mais utilizados (KAMALI; KHODAPARAST, 2015; XAVIER et al., 2011). Os sistemas de tratamento de lagoas aeradas têm simples manutenção e baixo custo, comparando-se com outros sistemas como sistema integrado de lodo ativado com biofilme – Integratedfixed Film Activated Sludge (IFAS), lodos ativados e Reator Anaeróbio de Manta de Lodo de Fluxo Ascendente – Upflow Anaerobic Sludge Blanket (tipo UASB) (SUBASHINI, 2015).

Lagoas aeradas são consideradas estáveis a choques de cargas, distribuindo o excedente na sua extensão, além de apresentar tempos de detenção altos (2 a 10 dias) (SUBASHINI, 2015; SWAMY et al., 2011). São sistemas simples e de baixo custo, comparando-se com outros sistemas como lodos ativados e são as mais empregadas no tratamento de efluentes de indústria de celulose (SUBASHINI, 2015).

Outro tratamento biológico estável a choques de carga é o reator de leito móvel – Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) no qual se empregam tempos de detenção hidráulico baixos (3 a 48 h).

Esse sistema de tratamento biológico utiliza meios de suporte para disponibilizar superfície de adesão para biomassa microbiana, permitindo o contato com os substratos no licor misto do reator (LEYVA-DÍAZ et al., 2017; MINEGATTI, 2008).

Os meios de suporte aplicados nesse tipo de tratamento biológico são fabricados, geralmente, em polietileno de alta densidade ou polipropileno, são inertes e possuem elevada área superficial específica (RODGERS; ZHAN, 2003).

Para a escolha dos meios de suporte almeja-se a melhor adesão dos microrganismos, alta resistência mecânica e baixo custo. Propriedades como área superficial, porosidade, rugosidade, diâmetro de partícula, densidade e razão de preenchimento do reator afetam a dinâmica de adesão dos microrganismos, influenciando na eficiência do tratamento (CHENG et al., 2010; FUJII, 2011; VAN HAANDEL; VAN DER LUBBE, 2012).

Há grande variedade de meios de suporte para sistemas de leito móvel e dentre eles tem-se o AQUAPOROUSGEL® (APG) da Nisshinbo Chemical Inc.. O APG tem formato cúbico, com alta área superficial específica, multiporoso e seu material é à base de polietilenoglicol (SAKUMA, 2004).

Este possui uma alta resistência à abrasão, absorvendo água e fornecendo uma superfície hidrofílica para as bactérias se fixarem e colonizarem. Segundo a fabricante, a razão de preenchimento para tratamento eficiente é de 10% do reator, valor inferior ao de outros meios de suporte, que ficam na faixa de 25 a 70% (FUJII, 2011; NISSHINBO CHEMICAL INC., 2018; VAN HAANDEL; VAN DER LUBBE, 2012).

Estes sistemas, lagoas aeradas e reator de leito móvel, apresentam remoções de 20 a 70% de DQO, contudo, apresentam baixas remoções de compostos recalcitrantes derivados de lignina e compostos fenólicos (MACHADO et al., 2018; VANZETTO et al., 2014).

Atualmente são necessários ainda ensaios ecotoxicológicos para avaliar apropriadamente a qualidade do efluente para correta disposição nos corpos hídricos. Nesses ensaios, os organismos-testes são expostos a diferentes concentrações da amostra e os efeitos produzidos sobre eles são observados e avaliados (COSTA et al., 2008; FURLEY et al., 2015; FURLEY et al., 2018). Dentre os organismos mais utilizados, tem-se o microcrustáceo D. magna.

Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento de sistemas de lagoas aeradas modificadas pela presença de material de suporte esponjoso com relação à remoção de matéria orgânica, compostos fenólicos totais, lignínicos, aromáticos e lignossulfônicos, Cor e ecotoxicidade aguda em Daphnia magna presentes em efluente de celulose Kraft.

Autora: Camila Peitz.

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