Biorreator à membrana em batelada sequencial aplicado ao tratamento de esgoto visando a remoção de nitrogênio total

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2011A aplicação dos Biorreatores à membrana (BRM) no tratamento de esgoto permite a geração de um efluente final de elevada qualidade, com baixa concentração de matéria orgânica, ausência de sólidos em suspensão e livre de patógenos. Além dessas vantagens, o uso de BRM destaca-se ainda pela sua elevada capacidade na remoção de compostos nitrogenados, sobretudo quando operado em regime de batelada seqüencial. Nessa condição, a inserção de uma etapa anóxica em seu ciclo operacional potencializa o processo de desnitrificação, que resulta em baixa concentração de nitrogênio total no efluente tratado. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho de um BRM em batelada seqüencial (BRMBS) na remoção de nitrogênio total via nitrificação-desnitrificação de esgoto sintético. O reator piloto BRMBS foi construído em acrílico, em forma elíptica, com volume útil de 30 litros, onde estava submerso o módulo de membranas, com área filtrante de 0,09 m-2 e tamanho médio de poros de 0,08 µm (ultrafiltração). O biorreator era equipado ainda de um misturador, para manter homogênea a biomassa no tanque, dois difusores de ar para injeção de oxigênio na massa líquida e duas bombas peristálticas, sendo uma para alimentação e outra para filtração. O ciclo operacional do reator era composto das fases de alimentação, anoxia e aeração/filtração, totalizando 4 horas por ciclo (6 ciclos/dia). A operação do BRMBS foi controlada por meio de um painel de comandos elétricos, automatizando o sistema de aeração bomba de alimentação e bomba de filtração. O piloto foi operado por 241 dias, utilizando nesse período dois fluxos de permeação: 5,55 e 11,1 L.m-2.h-1. Os resultados demonstraram a elevada capacidade do reator na remoção de matéria orgânica e nitrogenada durante toda a pesquisa, com concentrações de DQO e nitrogênio total no permeado abaixo de 20 mg.L-1 e 15 mg.L-1, resultando em eficiências médias de remoção destes parâmetros de 99,1% e 95,9%, respectivamente. Quanto ao ortofosfato, observou-se inicialmente uma operação instável, com acúmulo deste parâmetro no reator. No entanto, verificou-se com o tempo uma tendência de melhora na capacidade do reator em remover este nutriente, atingindo, após 120 dias de operação, uma eficiência média de 73,8 ± 21,8 %, apresentando inclusive valores acima de 90% entre os dias 214 e 241. Observou-se grande instabilidade da pressão transmembrana sob operação com fluxo de permeação de 11,1 Lm-2.h-1, tendo sido o limite operacional de 0,7 bar atingido por três vezes em apenas 56 dias, ao passo que com fluxo de 5,55 Lm-2.h-1 este limite foi atingido apenas uma vez em 181 dias. O processo de filtração pelas membranas permitiu a completa retenção de sólidos em suspensão no reator, assegurando a turbidez no permeado sempre abaixo de 1 NTU. De maneira geral, conclui-se que a operação do biorreator à membrana em regime de batelada seqüencial apresentou resultados bastante positivos, gerando um efluente final de elevada qualidade