Resumo

A escassez hídrica é uma realidade nos grandes centros urbanos devido à crescente demanda por água acompanhada da poluição dos mananciais de abastecimento por descarte de esgoto bruto, tratado ou parcialmente tratado. Além de conter carga orgânica, o esgoto possui diversas substâncias poluentes, entre elas os nutrientes. O nitrogênio é um nutriente que está presente em elevadas concentrações no esgoto e, quando lançado em corpos d’água, pode ser tóxico à fauna e flora aquática, promover a diminuição da concentração de oxigênio dissolvido do meio e a eutrofização. A remoção de nitrogênio no tratamento biológico de esgotos sanitários baseia-se no processo de nitrificação e desnitrificação onde, em um meio aeróbio ocorre a oxidação de amônia para nitrito, seguida, em um meio anóxico, pelo processo de desnitrificação para nitrogênio gasoso. Pesquisas recentes demonstraram que esses dois processos podem ocorrer simultaneamente no mesmo reator, sendo denominado de Nitrificação e Desnitrificação Simultâneas (NDS). Embora a NDS seja possível, tem sido relatado que o processo não pode ser continuamente sustentado no sistema de lodos ativados convencional, cuja necessidade de operação com baixas concentrações de oxigênio dissolvido e elevada idade do lodo favorecem a deterioração das propriedades de sedimentabilidade do lodo e estabilidade do sistema. Nesse sentido, os Biorreatores com Membranas Submersas (BRMS) possuem grande potencial de serem configurados com NDS, haja vista que as propriedades de sedimentabilidade do lodo não interferem na qualidade final do efluente do sistema. Sendo assim, este trabalho teve por objetivo avaliar a remoção de nitrogênio via NDS em diferentes concentrações de oxigênio dissolvido (OD) em uma unidade piloto de Biorreator de Membranas Submersas tratando esgoto sanitário. Para isso, o experimento foi dividido em três Fases: Fase I (2,3 mgO2/L), Fase II (0,8 mgO2/L e Fase III (0,3 mgO2/L). Foram alcançadas elevadas eficiências de remoção de material orgânico, independente das variações na concentração de OD, DBO5 com valores médios de 98%, 97% e 98% e DQO de 95%, 96% e 95% para as Fases I, II e III, respectivamente. A remoção média de nitrogênio total obtida foi 33% na Fase I, 60% na Fase II e 50% na Fase III. Onde a remoção via NDS foi responsável por 60%, 78% e 74% do total removido para as Fases I, II e III, respectivamente. A remoção de nitrogênio amoniacal não foi limitada devido as baixas concentrações de OD e houve acúmulo de NO2 -.

Introdução

Os grandes centros urbanos têm enfrentado uma realidade de escassez hídrica devido à crescente demanda por água acompanhada da poluição dos mananciais de abastecimento. A disponibilidade dos recursos hídricos para usos múltiplos com qualidade adequada está diretamente ligada ao desenvolvimento socioeconômico e segurança coletiva da população [1]. Os responsáveis pela gestão do abastecimento de água têm priorizado a importação de águas para atender a demanda crescente ao invés de incentivar e implantar medidas de conservação e uso de fontes alternativas. Em decorrência da importação de grandes volumes de águas de outras bacias, há o aumento na produção e consequente descarte de esgoto bruto, tratado ou parcialmente tratado, nos corpos d’água, o que representa grande preocupação, uma vez que os rios que recebem o esgoto são mananciais de abastecimento para cidades localizadas a jusante dos pontos de lançamento. Além de conter carga orgânica, o esgoto possui diversas substâncias poluentes, entre elas os nutrientes e, que podem causar danos ao ambiente, à saúde do ser humano e de outros animais [2,3]. O nitrogênio é um nutriente que está presente em elevadas concentrações no esgoto, chega ao ambiente sob diferentes formas e exerce grande impacto quando lançado em corpos d’água, pode ser tóxico à fauna e flora aquática, promover a diminuição da concentração de oxigênio dissolvido do meio e a eutrofização. Por estes motivos se faz necessária a remoção de nitrogênio nos sistemas de tratamento de águas residuárias.

A remoção de nitrogênio no tratamento biológico de esgotos sanitários baseia-se no processo de nitrificação e desnitrificação onde, em um compartimento aeróbio ocorre a oxidação de amônia para nitrito, seguida, em um compartimento anóxico, pelo processo de desnitrificação para nitrogênio gasoso. Desta forma, para que haja a remoção de nitrogênio total nos sistemas convencionais, devem existir dois ambientes separados um aeróbio e outro anóxico. Nas últimas duas décadas vários estudos demonstraram que esses dois processos podem ocorrer simultaneamente no mesmo reator [4, 5, 6, 7, 8], sendo denominado de Nitrificação e Desnitrificação Simultâneas (NDS). A principal hipótese para a ocorrência de NDS é que o floco de lodo ativado pode conter ambas as zonas aeróbicas e anóxicas. Embora a NDS seja possível, tem sido relatado que o processo não pode ser continuamente sustentado no sistema de lodos ativados convencional, cuja necessidade de operação com baixas concentrações de oxigênio dissolvido e elevada idade do lodo favorecem o desenvolvimento de organismos filamentosos, que são responsáveis pela deterioração das propriedades de sedimentabilidade do lodo e estabilidade do sistema [9,10]. Nesse sentido, os Biorreatores com Membranas Submersas (BRMS) possuem grande potencial de serem configurados com NDS, haja vista que as propriedades de sedimentabilidade do lodo não interferem na qualidade final do efluente do sistema.

Biorreatores com Membranas Submersas são, atualmente, reconhecidos como opção viável para o tratamento de esgotos e o reúso de águas. Apesar disso, a tecnologia é geralmente vista como de alto custo quando comparado a sistemas convencionais de tratamento de esgoto, sobretudo pelo maior gasto energético com aeração. Porém, quando operados sob condições específicas para NDS, é possível obter um efluente de elevada qualidade com menor custo, devido a menor necessidade de aeração. Apesar do processo NDS não ser uma descoberta recente, sua aplicação em conjunto com o sistema de BRM é ainda pouco documentada, pois este sistema é considerado uma tecnologia emergente de tratamento de esgotos sanitários.

Neste contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar a influência da concentração de oxigênio dissolvido na remoção de material orgânico e nitrogênio via NDS em uma unidade piloto de um Biorreator de Membranas Submersas tratando esgoto sanitário.

Autores: Marina Victoretti Silva; Eduardo Lucas Subtil; Bruna Araújo Lotto; Danilo Andrade e Ivanildo Hespanhol.