Resumo

Os sistemas que combinam processos biológicos com a tecnologia de separação por membranas, Membrane Bioreactor (MBR) ou Biorreatores com Membranas, se destacam como alternativas compactas e eficientes para o tratamento de diversos efluentes, inclusive o esgoto doméstico. Embora esta tecnologia seja muito promissora quanto à qualidade do permeado produzido, ainda apresenta como maior desafio a redução de desempenho das membranas, causada por um fenômeno complexo denominado depósito, ou fouling, em inglês. O presente estudo teve como objetivo avaliar o desempenho de um sistema de tratamento de esgoto doméstico por MBR, quanto às características do permeado produzio e o desempenho da membrana contida no sistema, em relação às variações na concentração de sólidos em suspensão total (SST) no liquor misto. Esse estudo foi divido em duas etapas, sendo uma destinada à avaliação do sistema durante o crescimento de biomassa no liquor misto e a outra etapa avaliando o sistema em condição de equilíbrio, em que a concentração de SST manteve-se com valores mais altos. Durante a operação do sistema MBR, a concentração média de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5) e Demanda química de Oxigênio (DQO) na alimentação do sistema foi de 539 mg.L-1 e 832 mg.L-1, respectivamente, e a eficiência de remoção, para DBO5 e DQO foi superior a 90%. Quando o sistema MBR passou a operar com concentração de Sólidos Suspensos Totais (SST) superior a 8.000 mg.L-1, condição considerada de equilíbrio, a permeabilidade média das membranas, normalizada para 20 ºC, foi de 326,69 L.m-2.h-1.bar-1. O fluxo de permeado médio foi em torno de 6 L.m-2.h-1, na etapa de operação em equilíbrio. Após avaliar o sistema de tratamento por MBR, durante a etapa de crescimento de biomassa e em condição de equilíbrio, concluiu-se que a operação do sistema com maiores concentrações de SST resultou em maior permeabilidade, ou seja, menor propensão à formação de depósitos sobre as membranas, resultando em melhor desempenho das membranas que poderão ter maior vida util e produção de maior volume de permeado com menor pressão de operação.

Introdução

Cerca de 80% da água utilizada para abastecimento é convertida em esgoto doméstico. Se esse esgoto fosse tratado, de modo mais eficiente, certamente, a maioria dos corpos d’água não estaria com a elevada degradação em que se encontram, ou ainda, esgotos tratados com melhor qualidade poderiam ser reutilizados para diversas finalidades. Uma tecnologia de tratamento adequada para produção de efluente com elevada qualidade e menores requisitos de área para a sua implantação é a associação entre tratamentos biológicos e processos de separação por membranas, o que permitiria uma maior proteção dos mananciais que recebem os efluentes de estações de tratamento de esgoto.

Ao se comparar sistemas de tratamento por MBR e sistemas de tratamento por lodo ativado convencional para o tratamento de esgoto doméstico, tem-se que uma das maiores vantagens dos sistemas MBR é a possibilidade de operação com maior concentração de biomassa no interior do reator. Enquanto o tratamento por lodo ativado é conduzido com concentração de sólidos suspensos voláteis (SSV) próxima de 3 g.L-1 no interior de reator, os sistemas MBR operam com concentrações que podem variar de 6 a 30 g.L-1, sendo relatado que a faixa de 8 a 12 g.L-1 resulta em menor potencial para a formação de depósitos nas membranas (VALDERRAMA et al., 2012; JUDD, 2011).

Os sistemas MBR são sistemas compactos; há menor produção de lodo excedente; os sistemas operam em baixa pressão de trabalho; o efluente gerado é de alta qualidade; o tempo de detenção hidráulico independe do tempo de retenção celular e a biomassa pode ser selecionada de modo a aumentar a eficiência de biodegradação, o que é mais difícil quando se trata de sistemas de lodos ativados. Além disto, a preocupação com a separação de fases é menor, pois ela não depende das características de sedimentabilidade do lodo, já que o decantador secundário é substituído pelas membranas (JUDD, 2011; WEN et al., 2010; ROEST et al., 2006; SCHNEIDER; TSUTIYA, 2001; WEN et al., 2010).

Os sistemas formados por membranas e biorreatores, quando comparados aos sistemas de lodos ativados, fornecem efluentes de melhor qualidade em relação a parâmetros básicos como: carbono orgânico total (COT) e nitrogênio total (NT), além de poderem atuar em compostos de difícil degradação biológica e/ou adsorção, contribuindo para a remoção global de poluentes com estas características (HAI et al., 2011).

Os principais parâmetros operacionais em sistemas MBR aeróbios são: intensidade de aeração, razão entre tempo de sucção e não sucção (filtração intermitente), concentração de oxigênio dissolvido, tempo de retenção de sólidos e tempo de detenção hidráulico, modo de filtração, concentração do lodo e temperatura (JUDD, 2015; WEN et al., 2010). Esses parâmetros definem a qualidade do material ao qual as membranas estarão expostas e, desse modo, é possível estimar a qualidade que o permeado atingirá (LUO et al., 2014; BOONYAROJ et al., 2012; VALDERRAMA et al., 2012; MELIN et al., 2006; WEISS e REEMTSMA, 2008; WEF, 2006 b; CHOI et al., 2002; OZAKI; YAMAMOTO, 2001).

Os tratamentos por MBR vêm se consolidando nos últimos 10 anos como solução eficaz para transformar águas residuárias em águas de alta qualidade e têm demonstrado ser um método promissor também para a eliminação de compostos orgânicos recalcitrantes (BOLONG et al., 2009; YOON et al., 2006; NGHIEM et al., 2004; SCHNEIDER; TSUTIYA, 2001).

Para sistemas que combinam tecnologia de separação por membranas e tratamentos biológicos, como MBR, a maior preocupação é evitar o depósito nas membranas, pelo fato das membranas estarem em contato direto com elevada concentração de microrganismos, os quais se aderem às membranas e formam biofilme, reduzindo o fluxo de permeado sob condições constantes de pressão transmembrana. Os depósitos sobre as membranas causam constrição dos poros, bloqueio dos poros, formação de camada de partículas, colóides e solutos sobre a membrana (WEN et al., 2010). Desse modo, é de grande interesse que se desenvolvam formas de operação que minimizem a ocorrência de depósitos nas membranas em sistemas de tratamento por MBR e a avaliação da melhor concentração de SST no tanque de reação é umas dessas formas de atuação. No presente estudo foi avaliado o desempenho de um sistema de tratamento de esgoto doméstico por MBR em relação à concentração de sólidos em suspensão presentes no liquor misto.

Autores: Izabela Major Barbosa; Jose Carlos Mierzwa e Ivanildo Hespanhol.