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Tipo do documento: Tese
Título: Remoção de micropoluentes de esgoto real por um sistema bardenpho modificado com biomassa suspensa e fixa no reator aeróbio e por ozonização
Título(s) alternativo(s): Removal of micropollutants from municipal wastewater by a modified bardenpho system with integrated fixed and suspended biomass in aerobic reactor and by ozonation
Autor: Silva, Alexandre Silveira Amaro da 
Primeiro orientador: Gomes, Marcia Marques
Primeiro coorientador: Cunha, Deivisson Lopes
Primeiro membro da banca: Andrade, Rosane Cristina de
Segundo membro da banca: Fonseca, Fabiana Valéria da
Terceiro membro da banca: Saggioro, Enrico Mendes
Quarto membro da banca: Oliveira, Jaime Lopez da Mota
Resumo: Diversos estudos apontam Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) como rota principal de disseminação de fármacos, aditivos plásticos e outros micropoluentes (MPs) no ambiente aquático. É possível aumentar a eficiência na degradação biológica de MPs utilizando-se sistemas mais avançados do que Lodos Ativados, tais como sistemas biológicos com filtração por membranas (MBRs), biomassa fixa (MBBR) em conjunto com suspensa (IFAS), e sistemas com alternância de condições redox. Ainda assim, diversos MPs recalcitrantes tornam necessária a utilização de tratamentos terciários, tais como Processos Oxidativos Avançados, em especial, a ozonização. Uma estratégia atraente é aumentar a eficiência do tratamento biológico, reduzindo assim custos de ozonização. O presente trabalho avaliou a remoção de MPs de esgoto real em um reator biológico do tipo BARDENPHO modificado que incorpora a tecnologia de biomassa suspensa e biomassa fixa (IFAS) no tanque aerado (BARDENPHOmod-IFAS), e em paralelo avaliou a eficiência da ozonização na remoção de bromazepam, clonazepam e diazepam em efluente do sistema piloto e de uma ETE municipal de grande porte (2,5 m3/seg), onde o piloto foi instalado para garantir fidelidade às condições reais, sendo o afluente uma mistura de esgoto doméstico, resíduos de fossas sépticas, efluentes industriais e lixiviado de aterro sanitário. O sistema piloto foi construído com um volume total de 400L e composto por tanques ou reatores com etapas Anaeróbia > Anóxica 1 > Aeróbia > Anóxica 2 > Reaeração, sendo que apenas o tanque aeróbio incorpora biomassa fixa em leito móvel, além de suspensa. O período de operação e monitoramento durou 24 semanas para os parâmetros físico-químicos e nutrientes e a remoção de micropoluentes foi monitorada nas últimas 7 semanas. Como o teor de biomassa aderida nos meios suporte não possui método de quantificação estabelecido, duas técnicas de extração (agitação mecânica e ultrassom) da biomassa aderida foram comparadas, sendo que a técnica do ultrassom mostrou ser mais eficiente. O sistema Bardenphomod-IFAS apresentou baixa eficiência na redução de Demanda Química de Oxigênio e de Fósforo, mas eficiência satisfatória na remoção de Nitrogênio (63,8±9,7%). Ainda assim, o sistema piloto removeu do esgoto bruto 98,7±1,2% e 95±8,7% dos aditivos plásticos Bisfenol A e Bisfenol S respectivamente e reduziu significativamente a estrogenicidade do esgoto detectada por meio do ensaio Yeast Estrogen Screen (YES). A avaliação da eficiência do sistema piloto na remoção de cinco fármacos mostrou que, ao contrário do esperado, a etapa anaeróbia pode contribuir de forma substancial para remoção de ibuprofeno e 17α-etinilestradiol além da remoção de trimetoprim e a etapa anóxica pode contribuir para remoção de estrona; entretanto, o mesmo não foi capaz de remover carbamazepina. A eficiência da ozonização como polimento do efluente final, tanto da ETE municipal quanto do sistema piloto foi avaliada para Bromazepam, Clonazepam e Diazepam. Ensaios de tratabilidade foram realizados com água ultrapura e com efluente real tanto da ETE municipal quanto do reator piloto. O aparato experimental foi reator cilíndrico de aço equipado com difusor de microbolhas em aço inox, com porosidade de 20 µm. Os resultados mostraram que com base na dose específica de O3 aplicada, a ozonização foi mais eficiente no tratamento do efluente do sistema piloto, no qual foi possível alcançar remoções satisfatórias para os três ansiolíticos utilizando doses próximas às relatadas na literatura (1,74 mg de O3 por mg Carbono Orgânico Dissolvido). As cinéticas de degradação de pseudo-primeira ordem nos dois efluentes foram muito próximas entre si, apesar dos efluentes conterem diferentes teores de COD.
Abstract: Several studies point to Wastewater Treatment Plants discharges as the main route for the dissemination of drugs, plastic additives and other micropollutants (MPs) in the aquatic environment, due to the limited efficiency of sewage treatments by conventional biological processes. It is possible to increase the efficiency of the biological degradation of micropollutants using treatment systems more advanced than conventional Activated Sludges, such as biological systems with membrane filtration (MBRs), attached (biofilm), in addition to suspended biomass (MBBR/IFAS), and systems with alternating redox conditions. Still, several micropollutants are recalcitrant even to the most advanced biological treatments, which makes it necessary to add tertiary treatments, such as Advanced Oxidative Processes (POAs), among others, ozonation. An attractive strategy to reduce the costs of ozonation is to increase the efficiency of the biological treatment that precedes it for removing micropollutants. The present study evaluated the removal of micropollutants from real wastewater in a pilot biological reactor that incorporates suspended and attached biomass (IFAS) with the modified BARDENPHO process (BARDENPHOmod-IFAS). The BARDENPHOmod-IFAS pilot system has a total volume of 400L in tanks or reactors with Anaerobic > Anoxic 1 > Aerobic > Anoxic 2 > Re-aeration processes, being the Aerobic tank the one incorporating MBBR technology. To guarantee fidelity to real conditions, the system was installed in a large municipal WWTP (2.5 m3.s-1) in the city of Rio de Janeiro, which receives a mixture of domestic sewage, septic tank waste, industrial effluents and leachate from a landfill. A period of operation and monitoring of 24 weeks included physicochemical parameters and nutrients; the removal of micropollutants by the pilot reactor was monitored during the last 7 weeks. As the content of adherent biomass in the support media - one of the main methods of controlling MBBR-type reactors - does not have an established quantification method, two extraction techniques and quantification of adherent biomass were compared, and the ultrasound technique promotes greater use of biomass than a mechanical stirring technique. The BARDENPHOmod-IFAS system showed low efficiency in removing COD and Phosphorus, but good efficiency in removing Nitrogen (63,77±9,7). However, the pilot system removed 98.7 ± 1.2% and 95 ± 8.7% of Bisphenol A and Bisphenol S respectively. The pilot system also reduced significantly the estrogenicity of the wastewater detected with the yeast estrogen screen (YES) test. The anaerobic tank, contrary to expectations can indeed contribute substantially to the removal of ibuprofen and 17α-ethinyl estradiol, being also essential for the removal of trimethoprim and the anoxic tank contributed to the estrone removal; however the pilot system was not able to remove carbamazepine. The efficiency of ozonation as a polishing step for both the municipal WWTP and the pilot system was evaluated for Bromazepam, Clonazepam and Diazepam. Treatability tests were carried out with ultrapure water, with the real effluents from the municipal WWTP and the pilot BARDENPHOmod-IFAS. The experimental apparatus included a cylindrical steel reactor equipped with a stainless-steel microbubble diffuser, with porosity of 20 µm. Regarding the specific dose of O3 applied, the ozonation was more efficient with the effluent from the pilot system, which was able to reach the satisfactory removal of all three compounds using doses close to those previously reported (1.74 mgO3 .mgCOD-1). The pseudo-first order degradation kinetics in both effluents were similar, despite the effluents containing different levels of DOC.
Palavras-chave: Environmental engineering
Waste water - Purification - Biological treatment
Sewers
Micropollutants
BARDENPHO
Ozonation
Engenharia ambiental
Águas residuais - Purificação - Tratamento biológico
Esgotos
Micropoluentes
BARDENPHO
Ozonização
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
Citação: SILVA, Alexandre Silveira Amaro da. Remoção de micropoluentes de esgoto real por um sistema bardenpho modificado com biomassa suspensa e fixa no reator aeróbio e por ozonização. 2020. 252 f. Tese (Doutorado em Engenharia Ambiental) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/16441
Data de defesa: 7-Mai-2020
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Ambiental

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