Remoção de atividade biológica em reatores UASB seguido de filtro biológico aerado submerso (FBAS)

Abstract

Os esgotos domésticos são uma mistura complexa que apresenta toxicidade e micropoluentes em concentrações que agridem o meio ambiente, sendo a principal via de contaminação o lançamento de esgoto bruto e tratado nas águas superficiais. Nesse contexto, este estudo teve como objetivo avaliar a capacidade de um sistema constituído de reator UASB seguido de filtro biológico aerado submerso (FBAS) para remover a toxicidade do esgoto municipal usando dois organismos aquáticos (Ceriodaphnia dubia e Raphidocelis subcapitata) e a estrogenicidade usando ensaios in vitro (yeast Saccharomyces cerevisiae). O esgoto bruto foi coletado periodicamente no final da rede coletora do município de Viçosa, Minas Gerais e utilizado para abastecer um reator anaeróbio de fluxo contínuo em escala de bancada. Os efeitos do tempo de detenção hidráulica (TDH) sobre a toxicidade e estrogenicidade foram avaliados. O reator UASB foi operado em TDHs de 6 e 10 horas. Amostras de afluentes e efluentes ao reator UASB foram coletadas periodicamente para caracterização físico-química e ecotoxicológica e avaliação da atividade estrogênica. O desempenho do reator UASB variou com o TDH e a remoção máxima de DQO (77%), DBO (87%) e SST (84%) foi alcançada no TDH de 10 h. Não foram identificadas diferenças significativas para toxicidade e estrogenicidade nos TDHs estudados. O reator UASB não removeu a toxicidade e o esgoto tratado permaneceu tóxico para C. dubia e R. subcapitata. A toxicidade crônica em C. dubia teve uma correlação positiva significativa com as concentrações de nitrogênio total Kjeldahl (NTK) e amoniacal (N-NH3). Para a alga R. subcapitata, uma forte correlação positiva significativa foi observada entre a remoção de toxicidade e a remoção de SST. Não foram encontradas diferenças significativas nos efeitos crônicos nos ensaios realizados com C. dubia e R. subcapitata. O teste in vitro mostrou que o tratamento anaeróbio reduziu a estrogenicidade da amostra de 87,2±32,4 para 42,7±29,2 ng equivalentes de 17-β estradiol por litro, e uma correlação positiva significativa entre a remoção de DBO e a remoção da atividade estrogênica foi observada. A atividade estrogênica detectada nesta primeira parte do estudo mostrou a capacidade do reator UASB de reduzir o potencial estrogênico, mas não de removê-lo completamente. De acordo com esses resultados, um segundo estudo foi conduzido para avaliar se diferentes condições operacionais de TDH do FBAS e o uso de diferentes tipos de meio suporte exercem influência na eficiência do tratamento e na remoção e/ou mitigação dos efeitos ecotoxicológicos de um efluente proveniente do reator UASB operado no TDH de 6h. Este efluente foi utilizado para abastecer três diferentes FBAS em escala de bancada: no filtro 1 foram usados anéis de cerâmica (CE) como material de enchimento, no filtro 2 foi utilizado carvão ativado granular (CAG) e o filtro 3 tinha uma mistura de CE e CAG. Eles foram operados em TDH de 3 e 6h. Amostras de afluentes e efluentes aos FBAS foram coletadas periodicamente para caracterização físico- química e ecotoxicológica. O desempenho dos FBAS variou com o TDH e a remoção máxima de DQO (73%) e DBO (91%) foi alcançada no TDH de 6h. Já a remoção máxima de NKT(79%) e N-NH3 (83%) foi atingida no TDH de 3h. Não foram identificadas diferenças significativas para toxicidade nos TDHs estudados nem nos meios de suporte usados em cada filtro. Os FBAS não removeram a toxicidade e o esgoto tratado permaneceu tóxico para C. dubia e R. subcapitata. A eficiência de remoção de toxicidade aguda e crônica em C. dubia teve uma correlação positiva significativa com a eficiência de remoção de DBO. Para a alga R. subcapitata, o tratamento aeróbio nos FBAS reduziu a toxicidade crônica no TDH de 3h, mas o esgoto tratado ainda foi classificado como tóxico. Não foram identificadas diferenças significativas para atividade estrogênica nos TDHs estudados nem nos meios de suporte usados em cada filtro. O pós-tratamento com os FBAS conseguiu uma redução da estrogenicidade, sendo as eficiências médias de remoção da atividade estrogênica para os TDHs de 3 e 6 horas de 78% e 79%, respectivamente. A eficiência global do tratamento de esgoto doméstico no sistema constituído por reator UASB seguido de filtro biológico aerado submerso foi elevada para remoção de poluentes convencionais, mas não para a remoção de toxicidade. Palavras-chave: Alga; Amônia; Dafnídeo; DBO; Esgoto doméstico; Estrogenicidade; Toxicidade.

Domestic sewage is a complex mixtures that presents toxicity and micropollutants at concentrations harmful to the environment, with the main route of contamination through discharge of raw and treated sewage to surface waters. In this context, this study aimed to assess the capacity of a system consisting of a UASB reactor followed by a submerged aerated biological filter (FBAS) to remove toxicity from municipal sewage using two aquatic organisms (Ceriodaphnia dubia and Raphidocelis subcapitata), and estrogenicity using in vitro (yeast Saccharomyces cerevisiae) assays. Raw sewage was collected periodically at the end of the sanitary sewage collection system in Viçosa, Minas Gerais and used to feed a bench-scale continuous flow anaerobic reactor. The effects of hydraulic retention time (HRT) on toxicity and estrogenicity were evaluated. The UASB reactor was operated at hydraulic retention times (HRTs) of 6 and 10 hours. Influent and effluent samples from the UASB were collected periodically for physicochemical and ecotoxicological evaluation. Performance of the UASB reactor varied with hydraulic retention time (HRT) and maximum COD (77%), BOD (87%) and SST (84%) removals were achieved at 10 h. No significant differences were identified for toxicity and estrogenicity at the HRTs studied. The UASB reactor did not remove toxicity and treated sewage remained toxic to C. dubia and R. subcapitata. Chronic toxicity in C. dubia had a significant positive correlation with total Kjeldahl and ammonia nitrogen (TKN, N-NH3). For the alga R. subcapitata, a strong significant positive correlation was observed between toxicity and total suspended solids removal. No significant differences were found in chronic effects in C. dubia and R. subcapitata assays. Anaerobic treatment reduced sample estrogenicity from 87.2±32.4 to 42.7±29.2 ng equivalents of 17-β estradiol per liter, and a significant positive correlation between BOD removal and estrogenic activity removal was observed. The estrogenic activity detected in this first part of the study demonstrated the ability of the UASB reactor to reduce the estrogenic potential but not to completely remove it. Based on these results, a second study was conducted to evaluate whether different FBAS operational conditions, HRT and different types of support, influence treatment and removal and/or mitigation of ecotoxicological effects of the effluent from the UASB reactor operated at a HRT of 6h. This effluent was used to feed three different bench-scale FBAS: in filter 1 ceramic rings (CE) were used as filling material, in filter 2 granular activated carbon (GAC) was used and filter 3 had a mixture of CE and CAG. The filters were operated at 3 and 6h HRTs. Samples of influent and effluents to the FBAS were collected periodically for physical-chemical and ecotoxicological characterization. The performance of the FBAS varied with the HRT and the maximum COD (73%) and BOD (91%) removals were achieved at the 6h HRT. Maximum removals of TKN (79%) and N-NH3 (83%) were reached at the 3h HRT. No significant differences were identified for toxicity in the HRTs studied or in the support media used in each filter. FBAS did not remove toxicity and treated sewage remained toxic to C. dubia and R. subcapitata. The acute and chronic toxicity removal efficiency in C. dubia had a significant positive correlation with the BOD removal efficiency. For the alga R. subcapitata, aerobic treatment in the FBAS reduced chronic toxicity at the 3h HRT, but treated sewage was still classified as toxic. FBAS post-treatment achieved a reduction in estrogenicity, with mean estrogenic activity removal efficiencies for HRTs 3 and 6 hour of 78% and 79%, respectively. The overall efficiency of domestic sewage treatment in the system consisting of a UASB reactor followed by a submerged aerated biological filter was high for the removal of conventional pollutants, but not for the removal of toxicity. Keywords: Alga; Ammonia; BOD; Daphnid; Domestic sewage; Estrogenicity; Toxicity.