ABSTRACT The membrane bioreactor process has been consolidated in recent years as an alternative to traditional methods for the treatment of effluents from the paper production industry. Recently, the introduction of support material in these reactors has contributed to the improvement of their performance, in view of the greater biological activity that occurs as a result of the development of biofilms. Thus, the presence of adhered biomass gives the membrane bioreactor an additional capacity to withstand shock loads, as well as contributing to the biodegradation of potentially toxic and recalcitrant compounds such as lignin derivatives. Thus, the present work aimed to evaluate the performance of a sequencing batch moving bed membrane bioreactor and applied to the treatment of real low-load effluent from paper production. The reactor was evaluated for its performance in removing soluble chemical oxygen demand, total phenol, true color, aromatic (UV254mn) and lignin (UV280mn) compounds. At the same time, the reactor was evaluated in terms of the membrane clogging process, by monitoring the transmembrane pressure, the concentration of extracellular polymeric substances and soluble microbial products. Under the conditions tested, the sequencing batch moving bed membrane bioreactor achieved an average removal efficiency of 89; 39; 38; 57; and 73% for CODs, UV254nm, UV280nm, true color and total phenols, respectively. Regarding membrane clogging, the variables UV254nm, UV280nm and total phenols were directly correlated with the increase in transmembrane pressure (TMP).

RESUMO O processo de biorreator com membranas tem se consolidado nos últimos anos como uma alternativa aos métodos tradicionais para o tratamento de efluentes da indústria de produção de papel. Recentemente, a introdução de material suporte nesses reatores tem contribuído para a melhoria de seu desempenho, tendo em vista a maior atividade biológica que se verifica em decorrência do desenvolvimento de biofilme. Assim, a presença da biomassa aderida confere uma capacidade adicional ao biorreator com membranas em suportar choques de cargas, bem como pode contribuir para a biodegradação de compostos potencialmente tóxicos e recalcitrantes como derivados da lignina. Desse modo, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de um biorreator à membrana de leito móvel operado em batelada sequencial e aplicado ao tratamento de efluente real de baixa carga oriundo da produção de papel. O reator foi avaliado quanto ao seu desempenho na remoção de demanda química de oxigênio solúvel, fenol total, cor verdadeira, compostos aromáticos (UV254nm) e lignínicos (UV280nm). Paralelamente, o reator foi avaliado quanto ao processo de colmatação das membranas, por meio do monitoramento da pressão transmembrana, da concentração de substâncias poliméricas extracelulares e produtos microbianos solúveis). Nas condições testadas, o biorreator à membrana de leito móvel operado em batelada sequencial atingiu eficiência média de remoção de 89% para demanda química de oxigênio solúvel, 39% para UV254nm, 38% para UV280nm, 57% para cor verdadeira e 73% para fenóis totais. Em relação à colmatação das membranas, as variáveis UV254nm, UV280nm e fenóis totais correlacionaram-se diretamente com o aumento da pressão transmembrana (PTM).

RESUMO O presente estudo avaliou o efeito da idade do lodo (θc) no potencial incrustante do licor misto em um biorreator à membrana (BRM) tratando esgoto sanitário. Tal avaliação foi conduzida em BRM construído em escala de bancada, com volume útil de 15 L, operado por 420 dias na modalidade de batelada sequencial. Durante o período experimental, foram aplicadas 3 estratégias operacionais, E-1, E-2 e E-3, em que foram testadas as idades de lodo de 80, 40 e 20 dias, respectivamente. Os resultados revelaram que a utilização da idade de lodo de 20 dias resultou em licor misto com maior potencial incrustante, apresentando, neste caso, uma velocidade de colmatação (VC) das membranas de 1,95 mbar dia-1, aproximadamente 2 vezes maior do que a observada nas idades de lodo de 80 e 40 dias. A maior colmatação observada foi atribuída a maior concentração de produtos microbianos solúveis (PMSs) no licor misto e a maior relação proteínas/polissacarídeos (PN/PS) dos flocos biológicos nesse período em questão. Por outro lado, a aplicação da idade de lodo de 80 dias resultou em menor VC das membranas do BRM, com valor de 0,82 mbar dia-1. Contudo, no período final dessa estratégia foi observado crescimento excessivo de bactérias filamentosas, que se refletiu em piora da filtrabilidade do licor misto e aumento da VC das membranas. De maneira geral, os resultados obtidos mostraram que a aplicação da idade de lodo de 40 dias resultou em licor misto com menor potencial incrustante.

ABSTRACT This study evaluated the effect of solids retention time (SRT) on membrane fouling rate in a membrane bioreactor (MBR) treating municipal wastewater. The evaluation was conducted in a membrane bioreactor built in bench scale, with a volume of 15 L, operated for 420 days in the sequential batch regime. During this period, three experimental runs were applied, E-1, E-2 and E-3, in which the solids retention time of 80, 40 and 20 days, respectively, were tested. The results showed that use of 20-days solids retention time resulted in a higher membrane fouling rate (MFR), with value of 1,95 mbar d-1, approximately two times higher than observed in the solids retention time of 80 and 40 days. The higher membrane fouling rate observed was attributed to a higher concentration of soluble microbial products (SMP) in the mixed liquor and to the higher proteins/polysaccharides ratio of the biological flocs in this period. On the other hand, the use of 80-days solids retention time resulted in a lower membrane fouling rate, with a value of 0.82 mbar d-1. However, it was observed in the final period of this experimental run an excessive growth of filamentous bacteria, which was reflected in a deterioration of the mixed liquor filterability and an increase of membrane fouling rate. Overall, the results showed that the 40-days solids retention time resulted in a mixed liquor with lower fouling propensity.

Neste trabalho, avaliou-se o desempenho de um biorreator à membrana em batelada sequencial para a remoção de nutrientes (nitrogênio e fósforo) de esgoto sanitário. O reator, construído em escala piloto, foi operado durante 241 dias com tempo total de ciclo de 4 horas, sendo 5 minutos para alimentação, 55 minutos para a fase anóxica e 180 minutos para as fases de aeração e filtração (simultaneamente). Ao longo do monitoramento, foram empregados dois fluxos de filtração: 5,55 e 11,1 L.m-2.h-1, que resultaram nas taxas de troca volumétrica de 5 e 10%, respectivamente. As eficiências médias de remoção de Demanda Química de Oxigênio total, nitrogênio amoniacal e nitrogênio total alcançadas foram de 99, 98 e 96%, respectivamente. Em relação à remoção de fósforo, observou-se inicialmente um baixo rendimento do reator, sendo verificado ao longo do tempo, no entanto, uma tendência de melhora na remoção desse nutriente, atingindo eficiência média de 74% entre os dias 158 e 241. A utilização do fluxo de filtração de 5,55 L.m-2.h-1 proporcionou uma operação estável ao biorreator à membrana em batelada sequencial no que se refere à pressão transmembrana, tendo sido atingido o valor limite de 0,7 bar apenas uma vez em 181 dias de operação, ao passo que, com fluxo de 11,1 L.m-2.h-1, esse limite foi atingido 3 vezes em 55 dias.

This study evaluated the performance of a membrane bioreactor sequencing batch, in pilot scale, to remove nutrients (nitrogen and phosphorus) from domestic wastewater. The reactor was operated for 241 days with a total cycle time of 4 hours, with 5 minutes for feeding, 55 minutes for the anoxic phase and 180 minutes for the aeration and filtration phases (simultaneously). Throughout the monitoring, two filtration flows were employed: 5.5 and 11.1 (critical flux) L.m-2.h-1, which resulted in the volume exchange rates of 5 and 10%, respectively. The removal efficiencies of total Chemical Oxygen Demand, ammonia nitrogen and total nitrogen were achieved by 99, 98 and 96%, respectively. Regarding phosphorus removal, a poor performance was observed in the beginning of the experiment; however, a tendency of improvement in the removal of this nutrient was further verified, reaching an efficiency average of 74% between the operational days 158 and 241. The flux filtration at 5.55 L.m-2.h-1 has provided a membrane bioreactor sequencing batch stable operation in relation to transmembrane pressure since it reached the limit value of 0.7 bar only once in 181 operational days, while for 11.1 L.m-2.h-1 it was observed 3 times in 55 days.