ABSTRACT The favorable climate and lower construction and operating costs, compared to aerobic treatment systems, have made the upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors one of the most used sewage treatment technologies in Latin America and Caribbean, especially in Brazil. The latter is characterized by holding the largest park of anaerobic reactors in the world. The consolidation of UASB reactors in Brazil was mainly due to the pioneering spirit of the state of Paraná in the development of research and the adoption of this technology as a tool capable of boosting the rates of sewage treatment collection in the early 1980s. Present in more than 230 sewage treatment plants throughout Paraná, the UASB reactors, also known in the state as anaerobic fluidized bed reactors, have undergone a series of adaptations over the last 40 years in order to improve the systems for removing sludge, scum, and biogas. Thus, this review article aimed to contextualize the history and importance of UASB reactors in the state of Paraná for the Brazilian sanitation sector, bringing the main aspects that occurred in the last four decades of use of this technology.

RESUMO O clima favorável e os menores custos de construção e operação, se comparados com sistemas aeróbios de tratamento, fizeram dos reatores anaeróbios de fluxo ascendente de manto de lodo (UASB) uma das tecnologias de tratamento de esgoto sanitário mais empregadas nos países da América Latina e Caribe, sobretudo no Brasil. Este último é caracterizado por deter o maior parque de reatores anaeróbios do mundo. A consolidação dos reatores UASB no país se deu principalmente pelo pioneirismo do estado do Paraná no desenvolvimento de pesquisas e na adoção dessa tecnologia como ferramenta capaz de impulsionar os índices de coleta de tratamento de esgotos sanitários ainda no início da década de 1980. Presente em mais de 230 estações de tratamento de esgoto espalhadas pelo Paraná, os reatores UASB, também conhecidos no estado por reatores anaeróbios de leito fluidizado, sofreram ao longo dos últimos 40 anos uma série de adaptações de modo a propiciar a melhora dos sistemas de retirada de lodo, escuma e biogás. Desse modo, o presente artigo de revisão teve como objetivo contextualizar o histórico e a importância dos reatores UASB no estado do Paraná para o setor de saneamento brasileiro, trazendo os principais aspectos ocorridos nas últimas quatro décadas de emprego dessa tecnologia.

RESUMO O gerenciamento do lodo de esgoto é um dos principais responsáveis pelos elevados custos de operação de estações de tratamento de esgoto no Brasil. Isso se deve, principalmente, pela necessidade de etapas de desaguamento e higienização desse material, sendo essa última realizada quando o uso agrícola do lodo é escolhido como forma de destinação. Para tentar reduzir os custos e melhorar o gerenciamento do lodo em uma estação de tratamento de esgoto, uma opção que vem sendo amplamente discutida é o aproveitamento do biogás, produzido em reatores anaeróbios de fluxo ascendente de manta de lodo, para a secagem térmica do lodo. Nesse contexto, o presente trabalho vem relatar um estudo sobre a secagem térmica, de diferentes tipos de lodos, em um sistema piloto envolvendo o aproveitamento energético do biogás produzido em reatores anaeróbios de fluxo ascendente de manta de lodo, de uma estação de tratamento de esgoto de médio porte. O secador reduziu em aproximadamente 80% a massa dos diferentes tipos de lodos submetidos ao processo de secagem térmica, aumentando a concentração de sólidos totais nesses materiais de 20 para 80%. Os valores da demanda energética do secador para remoção de 1 kg de água presente nos diferentes tipos de lodos variaram de 1.195 a 1.323 kcal. Adicionalmente, as características microbiológicas dos diferentes tipos de lodos, após o processo de secagem, evidenciaram a possibilidade da utilização agrícola desses materiais. Esses resultados apontam a secagem térmica do lodo, utilizando biogás produzido em sistemas anaeróbios de tratamento, como uma promissora ferramenta para a sustentabilidade no setor de esgotamento sanitário brasileiro.

ABSTRACT The management of sewage sludge is one of the main responsible for the high operating costs of sewage treatment plants in Brazil. This is mainly due to the need for dewatering and sanitizing steps for this material, being the last one carried out when the agricultural use of the sludge is chosen as a form of destination. To try to reduce costs and improve sludge management at a sewage treatment plant, an option that has been widely discussed is the use of biogas, produced in upflow anaerobic sludge blanket reactors, for the thermal drying of sludge. In this context, the present work reports a study on the thermal drying of different types of sludge, in a pilot system, involving the energy utilization of biogas produced in upflow anaerobic sludge blanket reactors, of a medium-sized sewage treatment plant. The dryer reduced the mass of the different types of sludge subjected to the thermal drying process by approximately 80%, increasing the concentration of total solids in these materials from 20 to 80%. The energy demand values of the dryer to remove 1 kg of water present in the different types of sludge ranged from 1,195 to 1,323 kcal. Additionally, the microbiological characteristics of the different types of sludge, after the drying process, showed the possibility of agricultural use of these materials. These results point to the thermal drying of sludge, using biogas produced in anaerobic treatment systems, as a promising tool for sustainability in the Brazilian sewage sector.

RESUMO O objetivo desta pesquisa foi a avaliação dos custos de implantação (CAPEX) e de operação (OPEX) de diferentes alternativas de desaguamento e higienização de lodo, em Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs) com reatores anaeróbios de manto de lodo (UASB) e pós-tratamento aeróbio, visando fornecer subsídios para Estudos de Concepção. As tecnologias consideradas foram: leitos de secagem, centrífugas, wetlands construídos para lodo (WCL), estabilização alcalina prolongada (EAP) e secagem térmica. Curvas de custo para vazões de esgoto entre 5 e 750 L.s−1 foram elaboradas, desconsiderando-se os custos de aquisição de área e destinação final do lodo. Verificou-se que o CAPEX das centrífugas pode ser inferior ao dos leitos de secagem para ETEs com vazões acima de 80 L.s−1. Porém, ao considerar-se o OPEX, os leitos se mantêm mais econômicos. Também foi avaliada uma alternativa mista, de leitos de secagem e centrífugas em paralelo, mas seus custos mostraram-se mais elevados que cada opção isoladamente. Os WCL apresentaram CAPEX superior ao das centrífugas para ETEs acima de 120 L.s−1, mas foi mantida a alternativa mais econômica de desaguamento quando considerado CAPEX + OPEX. Quanto à higienização, a secagem térmica apresentou CAPEX inferior ao da EAP para ETEs acima de 500 L.s−1. Porém, ao se considerar o OPEX, essa se manteve mais onerosa até 750 L.s−1, mesmo considerando-se o aproveitamento do biogás gerado nos reatores UASB.

ABSTRACT This research assessed the implementation costs (CAPEX) and the operational costs (OPEX) of different sludge dewatering and disinfection alternatives, considering WWTP with UASB reactors and aerobic post-treatment, aiming to provide resources for Conception Studies. The following technologies were considered: Drying Beds, Centrifuges, Sludge Drying Reed Beds (SDRB), Alkaline Stabilization Process (ASP), and Heat Drying. Cost functions for wastewater flows ranging from 5 to 750 L.s−1 were elaborated, while disregarding area acquisition and sludge final disposal costs. It was determined that the Centrifuge’s CAPEX could be lower than the Drying Bed’s for WWTPs inflows above 80 L.s−1. Nonetheless, Drying Beds remained cheaper when OPEX was considered. A hybrid alternative with Drying Beds and Centrifuges in parallel was evaluated, but their combined costs remained higher than each option considered individually. Moreover, SDRB’s CAPEX was higher than the Centrifuge’s for WWTPs above 120 L.s−1, but the former remained the cheapest dewatering alternative when considered CAPEX + OPEX. Finally, Heat Drying had lower CAPEX than ASP for WWTPs above 500 L.s−1. Nonetheless, considering OPEX, the former remained more expensive up to 750 L.s−1, even when considering fully UASB biogas reclamation.

Resumo O presente estudo teve por objetivo realizar a avaliação de ciclo de vida (ACV) ambiental de uma estação de tratamento de esgoto (ETE), dotada de filtros biológicos percoladores (FBPs) de baixa taxa, como pós-tratamento de reatores anaeróbios - UASB. A ETE está localizada no sul do Brasil e emprega como alternativas de destinação do lodo o aterro sanitário e o uso agrícola. Para realizar a avaliação, utilizou-se a técnica de ACV, empregando o software SimaPro® 9. Os resultados evidenciaram que os gases metano (CH4) e dióxido de enxofre (SO2), emitidos para a atmosfera, após a queima parcial do biogás em queimadores abertos, são os principais responsáveis pelos impactos nas categorias de mudanças climáticas (GW) e acidificação terrestre (TA), respectivamente. Devido à baixa taxa de aplicação hidráulica de esgoto nos FBPs, as emissões de óxido nitroso (N2O) se destacaram pelo elevado impacto na categoria de depleção de ozônio estratosférico (SOD). O emprego do lodo na agricultura obteve um maior potencial de impacto ambiental, em relação ao aterro sanitário, em 5 das 8 categorias avaliadas. Os principais impactos do uso agrícola foram na categoria de toxicidade humana (HT), devido à elevada concentração de zinco presente no lodo, e na categoria de acidificação terrestre (TA), em virtude da emissão de amônia (NH3) durante a higienização do lodo. Por sua vez, os principais aspectos positivos foram os produtos evitados como ureia, fertilizante fosfatado e calcário. Os resultados reportados contribuem para uma maior discussão dos processos de tratamento de esgoto, bem como de alternativas de gerenciamento de lodo, empregados em países em desenvolvimento.

Abstract This study aimed to undertake an environmental life cycle assessment (LCA) of a sewage treatment plant (STP) equipped with low-rate trickling filters (TFs) as post-treatment of upflow anaerobic sludge blanket (UASB). The STP is located in South Brazil and uses landfill and agriculture as sludge-disposal alternatives. The evaluation was performed using the LCA technique and SimaPro® 9 software. The results revealed that the gases methane (CH4) and sulfur dioxide (SO2), emitted into the atmosphere after the partial burning of the biogas in flares, are mainly responsible for impacts in the categories of global warming (GW) and terrestrial acidification (TA), respectively. Due to the low rate of hydraulic sewage application in TFs, nitrous oxide (N2O) emissions stood out due to their high impact in the category of stratospheric ozone depletion (SOD). The use of sludge in agriculture obtained a greater potential for environmental impact compared to landfills in five of the eight categories evaluated. The main impacts of agricultural use were in the category of human toxicity (HT), due to the high concentration of zinc present in the sludge, and in the category TA, due to the emission of ammonia (NH3) during hygienization of the sludge. In turn, the main positive aspects were avoided products, such as urea, phosphate fertilizer and limestone. The results contribute to a greater discussion of sewage-treatment processes, as well as sludge-management alternatives used in developing countries.

Resumo Reatores de manta de lodo anaeróbio de fluxo ascendente (UASB), usados no tratamento de esgoto, geram dois subprodutos que podem ser utilizados: lodo e biogás. O objetivo do presente estudo foi realizar a avaliação da sustentabilidade de quatro diferentes cenários de tratamento e destinação final do lodo biológico e biogás, numa Estação de Tratamento de Esgoto (ETE), de porte médio, localizada no Sul do Brasil. Nesta Estação o lodo é higienizado, pela Estabilização Alcalina Prolongada, e disposto na agricultura (cenário base). O cenário 1 corresponde a utilização do biogás para a secagem do lodo e este destinado na agricultura. Nos cenários 2 e 3, o calor da combustão do lodo é utilizado para a secagem e higienização, sendo no cenário 3, as cinzas destinadas para aterro. A avaliação dos impactos ambientais foi realizada através da avaliação do ciclo de vida, utilizando-se como método de avaliação o ReCiPe 2016. Para a avaliação social foram utilizados os indicadores da avaliação de ciclo de vida social, adaptados e desenvolvidos para ETEs, a avaliação econômica foi realizada através da análise dos custos do ciclo de vida. Para a avaliação global da sustentabilidade, foi utilizado o método Dashboard of sustainability. Com relação à avaliação global da sustentabilidade, o cenário 1 obteve a maior pontuação (678 pontos) (melhor cenário) no DoS. A dimensão que favoreceu esse cenário foi a ambiental, onde os indicadores de acidificação terrestre e formação de ozônio, ecossistema terrestre foram os indicadores que apresentaram uma pontuação mais elevada, em comparação com os demais cenários. O cenário base apresentou a menor pontuação (pior cenário) (375 pontos).

Abstract Upflow anaerobic sludge blanket reactors (UASBs) used in sewage treatment generate two useful byproducts: sludge and biogas. This study evaluated the sustainability of four different scenarios for the treatment and final destination of biological sludge and biogas in a medium-sized wastewater treatment plant (WWTP) in South Brazil. At this plant, the sludge is sanitized by Prolonged Alkaline Stabilization and applied to agriculture (base scenario). Scenario 1 is about biogas use to dry sludge, which is taken to be used in agriculture. In Scenarios 2 and 3 the heat of the sludge burning is used for drying and sanitation. Finally, in Scenario 3 the ashes are destined to landfills. An environmental impact assessment was performed through life-cycle assessment using the ReCiPe 2016 evaluation method. Social life-cycle assessment indicators, adapted and developed for WWTPs, were used for social assessment. Economic assessment was performed through the analysis of life-cycle costs. The dashboard of sustainability (DoS) method was used for global assessment of sustainability. For overall sustainability assessment, Scenario 1 had the highest score (678 points) (best scenario) in the DoS. The environmental dimension was what facilitated this scenario. For this dimension, the following indicators presented the highest points when compared to the other scenarios: soil acidification, ozone formation, terrestrial ecosystem. The base scenario had the lowest score (worst case scenario) (375 points).

RESUMO O uso agrícola é uma destinação ambientalmente sustentável para o lodo de esgoto, pois promove a reciclagem de nutrientes, sendo benéfico ao cultivo de plantas e às características físico-químicas e biológicas do solo. É uma alternativa mundialmente consolidada, que no Brasil está limitada a poucos estados. O Paraná é um dos estados onde o lodo de esgoto tem a agricultura como destinação final prioritária. O presente estudo teve por objetivo avaliar a gestão do processo de uso agrícola de lodo de esgoto no estado do Paraná, Brasil, no período de 2011 a 2013. Foram analisados 49 relatórios de rastreabilidade, 337 projetos agronômicos e laudos laboratoriais de 129 lotes de lodo de esgoto. Verificou-se que 107.416 t de lodo de esgoto higienizado por estabilização alcalina prolongada foram aplicadas em 5.529 ha de áreas agrícolas no Paraná, sendo a Região Metropolitana de Curitiba (RMC) responsável por 54% da destinação. Apesar de o interior do estado possuir um maior potencial de áreas agrícolas para aplicação do lodo de esgoto, quando comparado à RMC, a expansão da atividade no interior do Paraná ainda é tímida, com somente 22% do total de 81 unidades de gerenciamento licenciadas no estado destinando o lodo para uso agrícola no ano de 2013.

ABSTRACT The agricultural use is an environmentally sustainable destination for sewage sludge because it promotes the recycling of nutrients and is beneficial to the cultivation of plants and physicochemical and biological soil characteristics. It is a worldwide consolidated alternative, which in Brazil is limited to a few states. Paraná is one of the states where the sewage sludge has agriculture as a priority disposal. This study aimed to evaluate the management of the agricultural use of sewage sludge process in the state of Paraná, Brazil, in the 2011-2013 period. There were analyzed 49 traceability reports, 337 agronomic projects and laboratory reports of 129 batches of sewage sludge. It was found that 107,416 t of sewage sludge hygienised by prolonged alkaline stabilization were applied on 5,529 ha of agricultural land in Paraná, with the Curitiba Metropolitan Region (CMR) responsible for 54% of the destination. Although the state has a greater potential of agricultural areas for the application of sewage sludge, compared to CMR, the expansion of activity in the interior of Paraná is still modest, with only 22% of the total of 81 management units licensed in the state destining the sludge for agricultural use in 2013.

RESUMO O uso de lodo de esgoto na agricultura promove a reciclagem de nutrientes e de matéria orgânica, trazendo benefícios ao desenvolvimento vegetal e à conservação do solo e da água. No entanto, é crescente a preocupação com poluentes orgânicos que possam estar no lodo de esgoto. A presença de medicamentos (antibióticos, tranquilizantes, antiepilépticos), hormônios (naturais e sintéticos), perfumes, bactericidas, entre outros poluentes orgânicos, em diferentes compartimentos ambientais é uma questão emergente, devido à escassez de informações sobre o impacto potencial associado à sua ocorrência, seu destino e efeitos ecotoxicológicos. Esses compostos, denominados poluentes orgânicos emergentes, podem ser removidos durante o tratamento de esgoto por degradação, transformação biológica, volatilização e/ou sorção ao lodo. Esses processos são influenciados pelas propriedades físicas e químicas do poluente e pelas condições de tratamento do esgoto. Informações sobre características físico-químicas, como potencial de acidez e hidrofobicidade, são importantes para compreender os mecanismos de remoção e para adoção de medidas que favoreçam a remoção de tais poluentes, como por exemplo a alteração nas condições operacionais e/ou adoção de tecnologias. A presente revisão bibliográfica apresenta as características físico-químicas de poluentes orgânicos emergentes e seu potencial de sorção em lodo de esgoto.

ABSTRACT The agricultural use of wastewater sludge promotes the recycling of nutrients and organic matter, bringing benefits to the plant development and the soil and water conservation. However, there is a growing concern about organic pollutants that may be in wastewater sludge. The presence of pharmaceuticals (antibiotics, tranquilizers, antiepileptics), hormones (natural and synthetic), musk fragrances, bactericides, and other organic pollutants in various environmental compartments is an emerging issue due to the lack of information on the potential impact associated with their occurrence, their fate and ecotoxicological effects. These compounds, termed emerging organic pollutants, may be removed during sewage treatment due to degradation, biological transformation, volatilization and/or sorption onto sludge particles. These processes are influenced by the physical-chemical properties of the pollutant and the conditions of sewage treatment. Information on physical and chemical characteristics, such as potential acidity and hydrophobicity, are important for understanding the patterns of removal and to adopt measures that favor the removal of these pollutants, such as changes in operating conditions and/or adoption of technologies. This literature review presents the physico-chemical emerging organic pollutants characteristics and their potential sorption on wastewater sludge.

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da aplicação de lodo de Estação de Tratamento de Água (ETA) em solo degradado, com presença e ausência de lodo de Estação de Tratamento de Esgoto (ETE), na produtividade do milheto e nas características de fertilidade desse solo. A área experimental foi resultante de depósito de materiais oriundos da construção da ETE Padilha Sul, em Curitiba (PR). Os blocos casualizados foram arranjados em parcelas subdivididas e uma testemunha, sendo a parcela principal constituída por ausência e presença de lodo de ETE (77 Mg.ha-1 Sólidos Totais - ST) e a subparcela por doses de lodo de ETA (24, 37 e 61 Mg.ha-1 (ST)). Concluiu-se que a aplicação de lodo de ETA não teve efeito sobre a produtividade de milheto, tampouco sobre os teores dos elementos avaliados no solo. No entanto, na presença do lodo de esgoto, a sua aplicação foi favorável à dinâmica do nitrogênio do solo até à dose de 37 Mg.ha-1 e a aplicação do lodo de ETE neutralizou o alumínio trocável, elevou o pH, o cálcio, carbono, fósforo e a saturação de bases, e reduziu a acidez potencial do solo.

The objective of this study was to evaluate the effect of Sludge Water Treatment Plant (WTP) in degraded soil in the presence and absence of sludge Sewage Treatment Plant (STP), in the millet productivity and in the soil fertility characteristics. The experimental area was due to materials deposit from the construction of ETE Padilha Sul, in Curitiba, Paraná, Brazil. The randomized blocks were arranged in split plots and a witness, being the main plot, constituted by the absence and presence of STP sludge (77 Mg.ha-1 Total Solids - TS) and subplot by doses of WTS (24, 37 and 61 Mg.ha-1 TS). It was concluded that the application of WTS had no effect on the productivity of millet, nor about the proportion of elements evaluated in the soil. However, in the presence of sewage sludge, its application was favorable to the dynamic of nitrogen until the dose 37 Mg.ha-1 and the application of sludge STP neutralized the exchangeable aluminum, increased the pH, calcium, carbon, phosphorus and base saturation, and reduced the potential soil acidity.