RESUMO Neste trabalho, avaliou-se o uso do modelo matemático ASM3 para um sistema piloto de reator compartimentado anaeróbio/anóxico e aeróbio tipo MBBR, utilizado para a remoção simultânea de matéria orgânica e nitrogênio em esgoto doméstico. A simulação computacional foi implementada pelo software ASIM. Selecionou-se um conjunto padrão de parâmetros para o modelo, com uma combinação dos valores calibrados e dados da literatura. Com a modelagem computacional foi possível incluir as características operacionais próprias do sistema de tratamento e, embora o modelo não tenha tido sua capacidade de previsão dos parâmetros validada, foi possível verificar a aplicabilidade do ASM3 para as fases operacionais definidas neste estudo.

ABSTRACT In this work, the use of the ASM3 mathematical model for a pilot system of anaerobic/anoxic and aerobic MBBR compartmentalized reactor, for the simultaneous removal of organic matter and nitrogen in domestic sewage, was evaluated. The simulation was implemented by the ASIM software. A standard set of parameters was selected for the model, with a combination of calibrated values and literature data. With the computational modeling, it was possible to include the operational characteristics of the treatment system and, although the model capacity to predict the parameters could not be validated. Nevertheless, it was possible to verify the applicability of the ASM3 model for the operational phases defined in this study.

RESUMO A remoção de matéria orgânica e de nitrogênio em esgoto doméstico diluído foi avaliada em dois reatores híbridos, um anaeróbio (RHAN) e outro aeróbio (RHAE). O RHAN era formado por uma câmara tipo upflow anaerobic sludge blanket sobreposta por outra de filtro anaeróbio, enquanto o RHAE tinha uma câmara de lodo ativado sobreposta por outra de biofilme aerado submerso. A operação do sistema foi dividida em duas fases, FI e FII, com razões de recirculação de 50 e 75% e duração de 94 e 110 dias, respectivamente. Para a remoção de nitrogênio, o RHAE foi operado com oxigênio dissolvido de 3,0 mg.L-1. A técnica da reação em cadeia da polimerase foi empregada tanto para o lodo suspenso das câmaras inferiores, como para o biofilme aderido nas câmaras superiores, para identificar a presença de micro-organismos desnitrificantes e nitrificantes. As maiores eficiências de remoção em termos de demanda química de oxigênio e nitrogênio total foram obtidas em FII, sendo 91% e ~50%, respectivamente; as concentrações no efluente foram ~40 mg O2.L-1 e ~15 mg N-NT.L-1. A presença de três grupos de bactérias, as desnitrificantes, as oxidantes de amônia e as oxidantes de nitrito, foi confirmada no biofilme aderido do RHAE, indicando uma biomassa mixotrófica e sugerindo a possibilidade do processo de nitrificação e desnitrificação simultânea.

ABSTRACT The removal of organic matter and nitrogen in diluted domestic sewage was evaluated in two hybrid reactors, one anaerobic (ANHR) and another aerobic (AEHR). ANHR was formed by a upflow anaerobic sludge blanket (UASB)-type chamber overlaid by an anaerobic filter, while AEHR had an activated sludge chamber overlaid by a submerged aerated biofilm chamber. The experimental period was divided into two phases, FI and FII, with recirculation ratios of 50 and 75%, and duration of 94 and 110 days, respectively. For nitrogen removal, AEHR was operated with a 3.0-mg.L-1 dissolved oxygen. Polymerase chain reaction technique was used for both suspended sludge in the down-chambers and attached biofilm in the upper-chambers, to identify the presence of denitrifying and nitrifying microorganisms. The highest removal efficiencies in terms of chemical oxygen demand and total nitrogen were obtained in FII, being 91 and ~50%, respectively; effluent concentrations were ~40 mg O2.L-1 and ~15 mg N-TN.L-1. The presence of three groups of bacteria, the denitrifiers, the ammonia oxidants and the nitrite oxidants, was confirmed in the attached biofilm of the RHAE, indicating a mixotrophic biomass and suggesting the possibility of simultaneous nitrification and denitrification process.

RESUMO O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade agronômica do uso de esgoto doméstico tratado em reator anaeróbio para o cultivo de melancia tipo Crimson Sweet. Em estudo de campo no Sertão Pernambucano, avaliou-se a aplicação de quatro lâminas de irrigação por meio do sistema de gotejamento. Foram avaliadas as lâminas de 50, 75, 100 e 125% baseadas nos resultados da evapotranspiração e nas exigências do sistema de irrigação adotado. A caracterização do efluente tratado indicou conformidade com as recomendações para a aplicação agrícola, entretanto a concentração de sólidos suspensos (114 mg.L-1) demandou maior frequência de limpeza dos gotejadores. Foram observados um aumento da capacidade de troca catiônica e uma redução do pH do solo em todos os tratamentos. O tratamento com lâmina a 125% resultou em frutos de maiores tamanho (20,78 cm) e peso (7,12 kg.un-1), bem como de produtividade média (61,1 t.ha-1). Estes valores são superiores às médias nacional e do Estado de Pernambuco, demonstrando a viabilidade agronômica do reúso nas condições testadas.

ABSTRACT The aim of this paper was to assess the agronomic viability of using anaerobically treated domestic sewage in cultivation of Crimson Sweet watermelon. In a field experiment conducted in the semi-arid region of Pernambuco state, Brazil, four treatments (T) were used to assess the effects of irrigation using dripping system on fruits and soil. Four heights of 50% (T1), 75% (T2), 100% (T3) and 125% (T4), based on the calculated evapotranspiration and irrigation needs, were applied. The treated effluent characteristics indicated compliance with the recommendations for agricultural application, but the concentration of suspended solids (114 mg.L-1) demanded frequent cleansing of the dripper blockages. We observed an increase in the cation exchange capacity and a decrease of the soil pH in all the treatments. The best results were obtained with the treatment T4 (height of 125%), which showed watermelons of bigger size (20.78 cm), as well as the highest productivity (61.1 t.ha-1) and fruit weight (7.12 kg.un-1). These values are higher than those of the country and Pernambuco state, demonstrating the agronomic feasibility of reuse under the studied conditions.

RESUMO: Avaliou-se a degradação anaeróbia do alquilbenzeno linear sulfonato (LAS) e seus homólogos em experimento em escala de laboratório. Foi usado lodo disperso para minimizar o efeito da adsorção. Em primeiro lugar, determinaram-se a maior concentração de LAS (substrato) e a menor concentração de etanol (cossubstrato) que manteriam os micro-organismos ativos, resultando em 25 e 200 mg.L-1, nessa ordem. Posteriormente, o experimento (90 dias) foi realizado em um reator somente com etanol (controle) e outro (reator teste, triplicata) com ambos os substratos nas concentrações anteriores. Os micro-organismos apresentaram crescimento exponencial em 48 h para os 2 reatores; não ocorreu toxicidade pelo LAS no reator teste durante esse período inicial, quando o etanol foi todo consumido. Após então, houve decréscimo de micro-organismos, indicando possível toxicidade por LAS ou intermediários. Observou-se também a diminuição ou ausência da produção de ácidos graxos voláteis e de metano. Portanto, com lodo disperso, a maior parcela da remoção foi por conta da biodegradação, porém, com formação de intermediários que não o acetato nem o metano, apontando a inibição à acidogênese e à metanogênese. Ao final, a remoção do LAS foi de 35% por biodegradação e apenas 0,35% por adsorção ao lodo. A ordem preferencial de biodegradação para os homólogos foi de C13 para C12, C11 e C10, com percentual de degradação em relação à massa inicial de 49, 31, 24 e 17%, respectivamente. A mesma ordem deu-se para a adsorção, da maior para a menor cadeia alquílica, sendo a remoção por adsorção de 0,85; 0,32; 0,13 e 0,01%, respectivamente.

ABSTRACT: The anaerobic degradation of linear alquibenzene sulfonate (LAS) and its homologues was evaluated in batch experiment. Dispersed sludge was used to minimize the effect of adsorption. Initially, the highest concentration of LAS (substrate) and the lowest concentration of ethanol (co-substrate) were determined to maintain the microorganisms active; the results were 25 and 200 mg.L-1, respectively. Afterwards, a 90-day period experiment was conducted with one reactor with only the addition of ethanol (control) and the other (test reactor in triplicate) with both substrates and the previous concentrations found. The microorganisms showed exponential growth in the first 48 h for both reactors; LAS toxicity has not occurred in the test reactor during the first 4 days, during which ethanol was consumed. After that, the microorganisms decreased, indicating possible toxicity due to LAS or intermediates; a decrease or absence of volatile organic acids and methane production was also observed. Therefore, with dispersed sludge the largest removal was due to biodegradation, but with formation of intermediates other than acetate or methane, indicating inhibition of acidogenesis and methanogenesis. At the end, the removal was 35% by biodegradation and only 0.35% by adsorption to the biomass. The preferential order of the biodegradation for the homologues was from C13 to C12, C11 and C10; and the removal in relation to the initial mass of each was 49, 31, 24 and 17%, respectively. The same order occurred to adsorption, from the higher to the lower alkyl chain, with removal of 0.86, 0.32, 0.13 and 0.01%, respectively.

The procedures to implement a chromatographic method for the quantification of linear alkyl benzene sulfonate (LAS) in the influent, effluent and sludge of a wastewater treatment plant (WWTP), and in river water and sediment, are described and evaluated. The columns octylsilane (C8) and octadecylsilane (C18) for high performance liquid chromatography were evaluated for separation of LAS homologues. The results showed that both columns separated the four homologues, but C18 was better for separation of the isomers of each homologue. This enabled to qualitatively evaluate the degradation of homologues in the WWTP, according to their respective isomers. Samples pre-treatment by solid phase extraction (SPE) columns, strong anionic exchange (SAX) and C18, was also evaluated. SPE was necessary for water river samples, either to concentrate LAS or to remove interference in the matrix; however, for WWTP samples, SPE showed unnecessary. The recovery of LAS homologues, after the procedures for sample preparation, was 90 to 110% with an accuracy of 1 to 5%. The WWTP was efficient in LAS removal from domestic sewage; however, the concentrations in water and sediments of the receiving body were higher than the limits established by legislation due to illegal discharges of untreated sewage.

RESUMO: Avaliou-se a remoção do alquilbenzeno linear sulfonato (LAS) em uma estação de tratamento de esgoto (ETE) com reator tipo UASB e lagoa de polimento durante dois períodos, seco e chuvoso. A remoção de LAS também foi avaliada em uma das 8 células do UASB (810 m3). Nessa célula, a remoção, predominantemente por adsorção, foi de 68±52 e 0% para os períodos seco e chuvoso, respectivamente. A eficiência de remoção global do LAS na ETE foi de 80±15 a 98±3%, considerando os dois períodos sazonais. A concentração de LAS no efluente da lagoa de polimento ficou entre 0,1±0,3 e 0,6±0,3 mg.L-1. Portanto, a qualidade do efluente da ETE, em termos de LAS, foi muito satisfatória, com valores inferiores aos da legislação (<0,5 mg.L-1 de LAS - CONAMA) para as substâncias definidas como aquelas que reagem com o azul de metileno, em águas superficiais de classe 1 a 3.

ABSTRACT: We evaluated the removal of linear alquilbenzene sulfonate (LAS) in a sewage treatment plant (WWTP) with a UASB reactor and a polishing pond during two seasonal periods, dry and rainy. The removal was also evaluated in one of the eight cells of the UASB reactor (810 m3). In this cell, the removal was predominantly by adsorption, of 68±52 and 0% for the dry and rainy seasons, respectively. The total removal efficiency of LAS in the WWTP was between 80±15 and 98±3%, considering the two seasonal periods. The LAS concentration in the polishing pond effluent was between 0.1±0.3 and 0.6±0.3 mg.L-1. Therefore, the quality of the final effluent, in terms of LAS, was very satisfactory, with values lower than those defined by the Brazilian legislation (<0.5 mg L-1 of LAS) of CONAMA, for substances reacting with the methylene blue, when the receiving water body is within the classes 1 to 3.

Avaliou-se o cultivo de mudas de eucalipto da espécie urograndisirrigadas com esgoto doméstico tratado em estação com reator anaeróbio e lagoa de polimento. A irrigação das mudas, em vaso e com base na capacidade de pote (CP) para o solo, foi efetuada em experimento com seis tratamentos (T), com quatro repetições cada. Em T1, T2, T3 e T4, a irrigação com esgoto foi com lâmina a 100, 80, 60 e 40% do índice CP, respectivamente; em T5 e T6, a irrigação foi com água a 80% de CP. Apenas T5 teve adição de fertilizantes (NPK). Uma boa eficiência da estação de tratamento foi obtida durante os 3 meses de experimento, com remoção de demanda bioquímica de oxigênio, demanda química de oxigênio e helmintos de 90, 87 e 100%, respectivamente; portanto, com qualidade de efluente adequada para irrigação de arbóreas. Os desempenhos de T2 e T3 foram os melhores em termos de parâmetros de crescimento da planta (altura, diâmetro do caule, diâmetro da copa, número de folhas e matéria seca); comparativamente, em T2, acumulou-se mais nitrogênio nas folhas e caules. Os resultados obtidos mostram que o cultivo de mudas de eucalipto irrigadas com esgoto tratado, aproveitando os nutrientes e com lâminas adequadas (entre 80 e 60% do índice CP), é viável agronomicamente.

The cultivation of Eucalyptus urograndis seedlings irrigated with domestic sewage effluent of a treatment plant with anaerobic reactor and polishing pond was evaluated. Seedling pots were irrigated based on the soil pot capacity (PC) in six treatments (T) with four repetitions each. The pots in T1, T2, T3 and T4 were irrigated with slide heights at 100, 80, 60 and 40% of the PC index, respectively; in T5 and T6, irrigation was only with water and slide heights at 80% of PC. Only T5 received additional nutrients (NPK). Along the experiment (3 months), the treatment plant showed good removal efficiencies of biochemical oxygen demand (90%), chemical oxygen demand (87%) and helminth eggs (100%); therefore, with adequate effluent quality for tree irrigation. T2 and T3 showed the best results in terms of plant development parameters, like height, stalk diameter, cup diameter, number of leaves and dry matter; comparatively, T2 showed the highest nitrogen accumulation in the leaves and stalks. The results show that cultivation of eucalyptus seedlings irrigated with treated sewage, taking advantage of the nutrients and with adequate slide heights (between 80 and 60% of PC index), is agronomically viable.

Resumo Com o presente estudo objetivou-se avaliar a qualidade físico-química e bacteriológica da água usada na irrigação de hortaliças em área de agricultura urbana, localizada no contorno rodoviário da BR-101 sul, na cidade do Recife. Para isto, coletaram-se amostras de água em seis poços existentes na área agrícola. As águas foram coletadas durante o período seco (outubro a dezembro de 2003) e os principais parâmetros físico-químicos (CEa, Ca++, Mg++, Na+, K+, Cl-, HCO3-, N-NO-3, N-NH4, pH e RAS e bacteriológico (coliforme fecal) foram analisados. A qualidade físico-química das águas de irrigação não apresentou risco de salinização e/ou alcalinização dos solos, nem de toxicidade específica às plantas.

Abstract In the present study, the objective was to evaluate the physical-chemical and bacteriological quality of the water used for vegetable irrigation in an urban agricultural area at a cross road of BR-101 South in the city of Recife. Water samples were collected in six wells in the agricultural area. The water was collected during the dry season (October through December 2003) and the main physical-chemical characteristics (ECw, Ca++, Mg++, Na+, K+, Cl-, HCO3-, N-NO-3, N-NH4, pH and SAR) and bacteriological (fecal coliform) parameters were analyzed. The physical-chemical quality of the irrigation water did not present risk of soil salinization nor alkalinization, and neither any specific toxicity for the plants.

Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade do uso de lodo de esgoto como componente do substrato para produção de mudas de Senna siamea Lam. Testaram-se as seguintes proporções de lodo com solo: 0% (T1), 25% (T2), 50% (T3), 75% (T4) e uma mistura de 25% de lodo com 25% de pó de coco (T5). No experimento, utilizou-se o delineamento inteiramente casualizado, com 5 tratamentos e 5 repetições, totalizando 25 parcelas, com 16 mudas por parcela. O lodo foi previamente higienizado por solarização. Avaliou-se a matéria seca das mudas e foram efetuadas análises químicas dos substratos, três meses após a semeadura. Dentre os tratamentos nos quais foi empregado lodo, a concentração de T5 foi a que apresentou o melhor desenvolvimento das mudas, seguida daqueles com 75% (T4) e 50% (T3) de lodo. Todos os tratamentos apresentaram desenvolvimento superior ao da testemunha (T1). Conclui-se, então, que o uso do lodo de esgoto para produção de mudas é viável e promissor.

Abstract The objective of this study was to evaluate the feasibility of using the sewage sludge as substrate component for seedlings production of Senna siamea Lam. Different proportions of sewage sludge were used: 0% (T1), 25% (T2), 50% (T3), 75% (T4) and a mixture of 25% of sludge, 25% of coconut powder (T5). For the experiment, a completely randomized design was employed, with 5 treatments and 5 replications, totaling 25 units with 16 seedlings per unit. The sludge was disinfected by solarization one month before sowing. The dry matter content in the aerial portion of the seedlings was assessed and chemical analysis of the substrate was performed three months after sowing. Among the treatments using sludge, T5 concentration was best for plant growth followed by T4 (75%) and T3 (50%) concentrations. All seedlings treated with sludge developed better than the control plant. It is concluded that use of sewage sludge for seedlings is feasible and promising.

La tolerancia al oxígeno de una biomasa anaerobia suspendida en presencia o ausencia de un sustrato primario (sacarosa) se evaluó en términos de la recuperación de la actividad metanogénica aceticlástica específica (AME) de la biomasa anaerobia y un índice de inhibición 50% (II50) asociado a la AME. Incubada en presencia de sacarosa, la biomasa anaerobia suspendida mostró resistencia a la exposición al oxígeno; la recuperación de la AME fue >45% para [O2] iniciales <20% en el espacio gaseoso, y de 10 a 12% para [O2] iniciales >20% en el espacio gaseoso. Cuando fue incubada sin fuente de carbono, la biomasa suspendida fue mucho más inhibida después de la exposición al oxígeno para [O2] iniciales >20%. El efecto inhibitorio fue descrito por un II50 elevado (28,6) en contraste con un bajo II50 (5,9) cuando se incubó en presencia de sacarosa. La tolerancia de la biomasa suspendida en este trabajo parece ser del mismo orden de la biomasa anaerobia inmovilizada (gránulos anaerobios) en condiciones de incubación en presencia de sustrato: los II50 fueron 5,9 para lodos anaerobios suspendidos (sacarosa) y 5,3 y 2,4 para lodos granulares incubados con acetato y etanol, respectivamente. La respiración aerobia heterótrofa de los lodos anaerobios floculentos incubados con sacarosa fue cerca de 4 veces mayor que la respiración basal, y la inhibición de la AME descrita por el II50 parece seguir una relación inversa con la respiración aerobia heterótrofa. La relación inversa entre II50 y respiración aerobia heterótrofa se ajustó para datos de lodos granulares en la literatura y lodos floculentos de este trabajo, y sigue un modelo semi-empírico general, con un coeficiente de correlación de 0,82. Esta relación parece reforzar que uno de los mecanismos principales de protección de los consorcios anaerobios contra la inhibición por oxígeno es la respiración aerobia heterótrofa.

Oxygen tolerance of anaerobic suspended cultures in the presence or absence of a primary degradable substrate (sucrose) was assessed in terms of the acetoclastic specific methanogenic activity (SMA) recovery of the cultures and an associated 50% inhibition index (II50). The anaerobic suspended biomass, when incubated with sucrose, showed resistance to O2 exposure. SMA recovery was >45% for initial [O2] <20% in the bottle headspace, and only 10%-12% for initial [O2] >20% in the bottle headspace. The suspended biomass was strongly inhibited after exposure to [O2] >20%, when incubated without sucrose. The inhibitory effect was described by a high II50 of 28.6, in constrast to a low II50 of 5.9 under sucrose incubation. The resistance to oxygen exposure of the suspended sludge in this work seemed to be similar to that of anaerobic immobilized biomass (active anaerobic granules) under substrate incubation conditions. The II50 were 5.9 for anaerobic suspended sludge incubated with sucrose, and 5.3 and 2.4 for granular sludge incubated with sodium acetate and ethanol, respectively. The aerobic heterotrophic respiration rate of the suspended sludge incubated with sucrose was almost 4-fold higher than the basal respiration, and the inhibition of the SMA described in terms of II50 seems to follow an inverse relationship with the aerobic respiration rate. A semi-empirical model depicting such an inverse relationship between II50 and respiration rate was fitted to pooled data of anaerobic granular sludges (from literature) and suspended sludge (this work) giving a general equation with a correlation coefficient of 0.82. These results strongly suggest that one of the main protective mechanisms of methanogenic consortia against oxygen exposure would be the aerobic heterotrophic respiration.

O objetivo deste trabalho foi determinar o efeito da concentração de O2 no espaço gasoso de frascos sorológicos contendo biomassa anaeróbia suspensa, na presença de baixas concentrações de substrato primário (sacarose), sobre a tolerância de tal biomassa à exposição ao oxigênio. A tolerância foi avaliada em termos de recuperação da atividade metanogênica específica (AME) da biomassa anaeróbia e de um índice de inibição de 50% (II50) associada à AME. A biomassa suspensa, quando incubada em presença de sacarose, mostrou uma significativa resistência à exposição ao oxigênio. A recuperação da AME foi superior a 45% para concentrações iniciais de oxigênio no espaço gasoso ([O2] i, e g ) < 20%, e de apenas 10% a 12% para [O2] i, e g > 20%. A biomassa suspensa foi fortemente inibida após a exposição ao oxigênio, quando incubada sem fonte de carbono, para [O2] i, e g > 20%. Este efeito inibitório foi comprovado por um elevado valor de II50 (28,6), em contraste com um valor de apenas 5,9 para II50, quando a incubação ocorreu em presença da sacarose. A tolerância da biomassa suspensa observada neste trabalho, parece ser da mesma ordem de grandeza à da biomassa imobilizada na forma de grânulos (dados de literatura), quando em presença de substrato: os valores de II50 foram 5,9 para lodos anaeróbios floculentos (sacarose), e 5,3 e 2,4 para lodos granulares incubados com acetato e etanol, respectivamente. A respiração aeróbia heterótrofa dos lodos anaeróbios floculentos incubados com sacarose foi cerca de 4 vezes maior que a respiração basal; e a inibição da atividade metanogênica, descrita pelo II50, parece seguir uma relação inversa ao da respiração aeróbia heterótrofa. Esta relação inversa de II50 com a respiração aeróbia heterótrofa se ajustou tanto para os dados de literatura para lodos granulares, como para os dados obtidos neste trabalho com lodos floculentos, e segue-se um modelo semi-empírico geral. Esta relação parece reforçar a idéia de que um dos mecanismos principais de proteção de consórcios anaeróbios, contra a inibição por oxigênio, é a respiração aeróbia heterótrofa.