RESUMO Biorreatores com membranas submersas (MBR) produzem efluente de elevada qualidade, porém, para algumas situações de reúso de água ou lançamento em corpos hídricos, ainda pode ser necessária a remoção adicional de coloides e fósforo. Neste estudo, foram avaliadas as eficiências de remoção de cor verdadeira, matéria orgânica e fósforo do efluente de sistema MBR, que tratava esgoto doméstico da moradia estudantil e do restaurante da Universidade São Paulo, por meio de método físico-químico (coagulação/floculação). Em todos os testes, observou-se eficiência de 17 a 35% para remoção de cor verdadeira, com menor remoção na presença do floculante. Por outro lado, não houve remoção de matéria orgânica medida como carbono orgânico dissolvido (COD), o que sugere que a baixa concentração de material particulado no permeado do MBR e as dosagens utilizadas não tenham permitido a formação de flocos que fossem capazes de remover tais compostos. A remoção de fósforo foi superior a 90% em todos os ensaios, resultando em um efluente com concentração residual entre 0,2 e 0,4 mgP.L-1, mesmo com a menor razão molar de metal do coagulante por concentração de fósforo. Os resultados mostram que a aplicação de coagulante em efluente de sistema MBR requer dosagens significativamente menores, em até três vezes, do que a aplicação direta no licor misto (biomassa suspensa no tanque aeróbio), sendo, portanto, uma estratégia atrativa para a redução dos custos relacionados com o uso de coagulantes para a remoção de fósforo e cor.

ABSTRACT Submerged Membrane Bioreactors (SMBRs) produce high-quality effluents, however, for some situations of water reuse or discharge into water bodies, additional colloids and phosphorus removal may still be necessary. In this study, the removal efficiency of true color, organic matter, and total phosphorus of a treated sewage effluent by MBR process, that treated domestic sewage from the student housing and restaurant of the University of São Paulo, was evaluated through physical-chemical method (coagulation/flocculation). In all tests, an efficiency between 17 and 35% was observed for true color removal, with lower removal in the flocculant presence. However, there was no organic matter removal, measured as dissolved organic carbon (DOC), suggesting that the low concentration of particulate matter in the MBR permeate and the applied dosages used did not allow the formation of flocs capable of removing such compounds. Phosphorus removal was higher than 90% in all trials, resulting in an effluent with residual concentration between 0.2 and 0.4 mgP.L-1, even with the lowest coagulant metal molar ratio per phosphorus concentration. The results indicate that coagulant application in the MBR system effluent requires significantly lower dosages, up to three times, than the direct application in mixed liquor (suspended biomass in the aerobic tank), being, therefore, an attractive strategy to reduce costs related to the use of coagulants for phosphorus and color removal.

Este estudo teve como objetivo avaliar o potencial de reúso de água na lavagem de caminhões a partir do efluente tratado por um Contator Biológico Rotativo operado em escala real. Para avaliação do potencial de reúso foi realizado um balanço de massa para o sistema de reúso levando em consideração a concentração de Sólidos Dissolvidos Totais como contaminante crítico. O sistema de tratamento produziu um efluente com concentrações médias de cor, turbidez, SDT e DBO5 de 45 ± 14 uC, 15 ± 6,0 NTU, 244 ± 99 mg SDT/L e 14 ± 7,3 mg O2/L, respectivamente. Com base no balanço de massa e considerando o valor de SDT estabelecido na NBR 13.696, caso não fosse adotado o enxágue final com água limpa, o potencial de reúso seria de 40%. No entanto, adotando-se 30% do enxágue final com água limpa, seria possível reutilizar até 70% do efluente tratado sem comprometer o desempenho da lavagem dos caminhões. A adoção do sistema de reúso possibilitaria uma redução de R$ 2.590,75/mês no custo operacional do lava-rápido.

This study evaluated the water reuse potential for truck washing using the effluent treated by a Rotating Biological Contactor (RBC) operated in full scale. In order to evaluate the reuse potential, a mass balance was performed for the reuse system taking into account the concentration of Total Dissolved Solids as the critical contaminant. The treatment system produced an effluent with average concentration of color, turbidity, TDS and BOD5 of 45 ± 14 uC, 15 ± 6.0 NTU, 244 ± 99 mg TDS / L and 14 ± 7.3 mg O2 / L, respectively. Based on the mass balance, and considering the TDS concentration established in NBR 13.696, if the final rinse does not use clean water, the potential for effluent reuse can reach 40%. However, if clean water is used as 30% of the total rinsing volume, it would be possible to reuse 70% of the treated effluent without compromising truck washing performance. This water reuse approach would result in an operational cost reduction of R$ 2,590.75/month.

Resumo Neste estudo se avaliou a remoção de nitrogênio e matéria orgânica em biorreatores com membranas submersas operado em condição de nitrificação e desnitrificação simultânea controlada por aeração intermitente. Foi utilizado um sistema de biorreator com membranas submersas, em escala piloto, para tratamento de esgoto doméstico. A concentração de oxigênio dissolvido foi mantida entre 0,5 e 0,8 mg L-1. A concentração dos sólidos suspensos voláteis no liquor misto (SSVLM) do sistema variou de 1 a 6 g L-1. A eficiência do sistema foi avaliada por meio da remoção de matéria orgânica quantificada pela Demanda Química de Oxigênio (DQO), Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5) e Carbono Orgânico Total (COT). A remoção de nitrogênio foi avaliada por meio da quantificação de Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK) e nitrogênio amoniacal. Durante o período de partida do sistema, as eficiências de remoção de DQO e NTK foram próximas de 90% e 80%, respectivamente. Após serem estabelecidas as condições de nitrificação e desnitrificação simultânea (NDS), a eficiência de remoção de DQO e NTK tiveram valores médios de 70% e 99%, respectivamente. Os resultados obtidos mostraram que o sistema de Biorreatores com Membranas (BRM), operando com nitrificação e desnitrificação simultâneas, foi capaz de remover matéria orgânica e nitrogênio em um único reator, produzindo um permeado de alta qualidade.

Abstract This study evaluated the removal of nitrogen and organic matter in a membrane bioreactor system operating in a condition of simultaneous nitrification and denitrification controlled by intermittent aeration. A submerged-membrane system in a bioreactor was used in a pilot scale to treat domestic wastewater. The dissolved oxygen concentration was maintained between 0.5 and 0.8 mg L-1. The concentration of the mixed liquor suspended solids (MLSS) in the system ranged from 1 to 6 g L-1. The system efficiency was evaluated by the removal efficiency of organic matter, quantified by Chemical Oxygen Demand (COD), Biochemical Oxygen Demand (BOD5) and Total Organic Carbon (TOC). Nitrogen removal was assessed by quantifying Total Kjeldahl Nitrogen (TKN) and ammonia nitrogen. During the system start-up, the removal efficiencies of COD and NTK were around 90% and 80%, respectively. After the simultaneous nitrification and denitrification (SND) conditions were established, the removal efficiencies of COD and NTK were 70% and 99%, respectively. These results showed that sewage treatment with the membrane bioreactor (MBR) system, operating with simultaneous nitrification and denitrification conditions, was able to remove organic matter and promote nitrification and denitrification in a single reactor, producing a high-quality permeate.

As tecnologias disponíveis para o tratamento e reúso de água a partir de esgotos sanitários abrangem um vasto número de opções, sendo os Biorreatores com Membranas Submersas considerados elementos chaves pelo papel que podem desempenhar em esquemas de reúso de água. Neste sentido, este estudo teve como objetivo apresentar um entendimento do status atual de aplicação dos BRMs, bem como apresentar os resultados de uma unidade piloto com membranas submersas do tipo placa plana tratando esgoto sanitário proveniente da moradia estudantil e do restaurante universitário da Universidade de São Paulo. A unidade piloto foi operada em condições estacionárias durante um período de 90 dias com uma concentração de 3422 ± 693 mg SST/L. Os resultados obtidos demonstraram que o sistema é capaz de produzir um efluente com baixas concentrações de cor, turbidez, DBO5 e DQO, com valores de 25 uC, 0,29 UNT, 5,5 mg O2/L e 24 mg O2/L, respectivamente. Além disso, as membranas de ultrafiltração utilizadas foram eficientes na remoção de indicadores de organismos patogênicos, com remoção de 7 e 6 log de coliformes termotolerantes e E. coli, resultando em um efluente com concentração de 9,3 ± 21,0 e 1,8 ± 4,0 NMP/100 ml, respectivamente.

Treatment technology for wastewater treatment and reuse encompasses a vast number of options, and the Submerged Membrane Bioreactor is regarded as a key element for the role it can play in water reuse schemes. Thus, this study aimed to present and discuss the current status of sMBR implementation, as well as to present the results of a pilot plant with submerged flat sheet membranes treating wastewater from the residence halls and the restaurant of the University of São Paulo. The pilot plant was operated under stationary conditions over a period of 90 days with a concentration of 3422 ± 693 mg TSS/L. The results showed that the system can produce an effluent with low concentrations of color, turbidity, COD and BOD5 with values of 25 uC, 0.29 NTU, 5.5 mg O2/L and 24 mg O2/L, respectively. Furthermore, the ultrafiltration membranes used were able to reduce the density of pathogen indicators, with removal of 7 and 6 log of thermotolerant coliforms and E. coli respectively, resulting with concentrations of 9,3 ± 21,0 e 1,8 ± 4,0 MPN/100 mL, respectively.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar a remoção de COT de um efluente com elevada concentração de matéria orgânica proveniente do tratamento de emulsão (água/óleo) por processo térmico. Um processo de separação por membranas de fibra-oca e outro de clarificação físico-químico foram usados como opções de pré-tratamento para avaliar a influência da qualidade do efluente sobre o processo de oxidação UV/H2O2. Os resultados de remoção de COT demonstraram que tanto o processo de membranas quanto o físico-químico podem melhorar significativamente a eficiência do processo de oxidação UV/H2O2. O tempo de reação necessário para uma remoção de 90% de COT foi reduzido pela metade quando comprado com a oxidação direta do efluente. Considerando ambos os processos de pré-tratamento não foi possível observar nenhuma diferença significativa sobre o desempenho do processo de oxidação UV/H2O2. Entretanto, a complexidade do processo físico-químico devido ao uso de três diferentes compostos e a produção de lodo faz do sistema de membranas a melhor alternativa de pré-tratamento.

The present study evaluated the removal of TOC from an effluent with high organic load resulted from the treatment of oil-water emulsion by thermal process. Hollow Fiber Ultrafiltration membrane (HF-UF) and physicochemical clarification process were used as pretreatment options to assess the influence of feed effluent quality on the UV/H2O2 oxidation process. Results for TOC removals showed HF-UF and physicochemical clarification processes can significantly improve the efficiency of UV/H2O2 oxidation process, when compared with the direct effluent oxidation. Reaction time for obtaining a TOC removal higher than 90% was reduced to approximately half of the time needed when no pretreatment was applied. Considering both pretreatment processes it was not possible to notice any significant difference on the UV/H2O2 oxidation process performance. However, the complexity of physicochemical process due to the use of three different chemicals and sludge production made the HF-UF process the best pretreatment alternative, without increasing the Total Dissolved Solids of the effluent, a very important issue when water reuse is considered.

O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar se para o caso do ESS haveria algum beneficio ambiental, em relação a potencial de eutrofização, se ao invés do tratamento preliminar fosse utilizado um TPQA, TS-LA ou um TT-LARN. Neste estudo, o impacto ambiental do lançamento de esgotos pelo ESS, para a vazão de 5,3 m³.s-1, foi avaliado por um modelo numérico de eutrofização integrado verticalmente. As características da pluma de esgoto no campo próximo foram determinadas pelo software CORMIX, e os resultados acoplados ao modelo de campo distante considerando a conservação do fluxo de massa. Os resultados demonstraram que a utilização de um tratamento secundário com oxidação parcial da amônia promoveria uma redução de apenas 30% na concentração de clorofila-a, enquanto que a utilização de um TPQA com remoção de fósforo promoveria uma resposta ambiental mais significativa, levando a uma redução de até 69% na concentração de clorofila-a, resultados semelhantes ao tratamento terciário com remoção de nitrogênio e fósforo.

This study aimed to evaluate if in the case of the Santos Submarine Outfall (SSO) there was any environmental benefits relative to potential eutrophication if instead of the primary treatment a CEPT, ST-AS or a TT- ASNR was used. The environmental impact of wastewater discharge through the SSO with an average flow of 5,3 m³.s-1 was evaluated using an eutrophication numerical model which solves the two-dimensional vertically integrated hydrodynamic and transport equation. Wastewater mixing conditions in the near field plume was evaluated using the software CORMIX, and the results were coupled to a far-field model considering the conservation of mass flow. The results demonstrate that the use of a secondary treatment with partial ammonia oxidation promotes a reduction of only 30% in the chlorophyll-a, while the use of a CEPT with phosphate removal promotes a better environmental response, resulting in chlorophyll-a concentration reduction of 69%, similar results were obtained when tertiary treatment was considered for nitrogen and phosphorus removals.

Nesse estudo foi avaliado a dinâmica de redução de sulfato e da geração de sulfeto dissolvido (S², HS-, H2Saq) na fase líquida de um reator UASB tratando esgoto sanitário tipicamente doméstico com baixa relação DQO/sulfato. Para isso foram coletadas amostras do afluente e efluente, além de três alturas (0,25 m, 1,25 m e 2,25 m) ao longo do reator. Durante todo experimento foi observada redução de sulfato no reator UASB, com um valor médio de 24%. Entretanto, a concentração de sulfeto dissolvido no efluente do reator não foi maior que 5,0 mg Sdiss/L. O modelo cinético de primeira ordem apresentou um bom ajuste para descrever a redução de sulfato sob diferentes relações DQO/sulfato, com o valor de K1app entre 2.94x10-5 s-1 e 1.17x10-5 s-1 com coeficiente de correlação para os dados superior a 91%. A taxa máxima observada de redução de sulfato foi de 18.0 mg SO4(2-)/L.h-1 e pequenas variações na relação DQO/sulfato promoveu uma mudança significativa tanto na concentração de sulfato como na de sulfeto dissolvido.

In this study, the dynamics of sulfate reduction and dissolved sulfide generation (S2-, HS-, H2Saq) in liquid phase was evaluated in an UASB reactor treating domestic wastewater with low COD/Sulfate content. The evaluation in the UASB reactor was performed at three sludge heights (0.25, 1.25, 2.25 taps) and effluent of the reactor. Sulfate reduction was verified in the reactor, with an average reduction of 24 % throughout the experiment period. However, the dissolved sulfide concentration in the reactor was not higher than 5.0 mg Sdiss/L. The kinetic model of first order showed good fit to describe the sulfate reduction under different COD/sulfate ratio, with K1app between 2.94x10-5 s-1 and 1.17x10-5 s-1 with correlation coefficients for data over 91%. The maximum rate to sulfate reduction was 18.0 mg SO4(2-)/L.h-1 and small variation in COD/sulfate ratio promotes a significant change both in sulfate and sulfide concentrations.