Coke-oven wastewater treatment over nitritation/denitritation in an activated sludge sequencing batch reactor.

A presente pesquisa objetivou estudar a remoção dos poluentes presentes em uma água residuária de coqueria, através do processo biológico de nitritação/desnitritação operando um reator de lodo ativado em bateladas seqüenciais em duas etapas sucessivas. Durante a primeira, o reator foi alimentado com um efluente sintético composto por dois poluentes abundantes em despejos de coqueria: nitrogênio amoniacal (500 mg N/L) e fenol (1.000 mg C6H5OH/L). Na segunda, o reator foi alimentado com o despejo gerado na unidade de coqueria de uma indústria siderúrgica integrada. Ao longo da primeira etapa, ao final da fase aeróbia dos 28 ciclos de tratamento, foi possível alcançar eficiências de remoção de N-NH3 superiores a 90% com predominância do N-NO2 - na massa líquida do reator evidenciado pelas relações N-NO2 -/ (N-NO2 - + N-NO3 -) superiores a 86%. O principal mecanismo de inibição das bactérias oxidantes de nitrito (BON) foram concentrações de amônia livre no conteúdo do reator entre 3,2 e 19,5 mg NH3/L. As taxas específicas de nitritação variaram entre 0,03 e 0,11 kg N-NH3/ kg SSV.dia, para temperaturas no conteúdo do reator entre 15 e 34°C. Durante a fase anóxica, o fenol mostrou-se adequado como fonte de carbono para a biomassa desnitritante, desde que as taxas de aplicação volumétricas fossem inferiores a 0,02 kg fenol/m³.hora. Respeitando essa condição, foi possível alcançar: eficiências de remoção de fenol entre 45 e 56%; taxas específicas de remoção de fenol entre 0,03 e 0,09 kg C6H5OH / kg SSV.dia; taxas específicas de desnitritação entre 0,03 e 0,06 kg N-NO2 -/ kg SSV.dia e eficiências de remoção de (N-NO2 - + N-NO3 -) superiores a 95%. Ao longo da fase anóxica foram retiradas amostras do conteúdo do reator para a realização de análises de nitrofenóis (NF). Os resultados acusaram a presença de 2 nitrofenol e 4 nitrofenol em concentrações proporcionais à taxa de aplicação volumétrica do fenol na massa líquida do reator. A presença desses compostos em concentrações inferiores a 0,5 mg/L não causou impacto sobre a desnitritação biológica. As análises realizadas em amostras coletadas ao final da reação anóxica, não acusaram a presença de 2 e 4 NF, demonstrando que esses compostos podem ser biodegradados por uma biomassa bem adaptada ao fenol. A concepção do sistema para tratamento da água residuária de coqueria via nitritação/desnitritação envolveu a operação de dois reatores (principal e reator de polimento) operados em bateladas seqüenciais. As condições de operação do reator principal eram manipuladas para viabilizar o acúmulo de NNO2 - ao final da fase aeróbia e promover a desnitritação durante a fase anóxica, utilizando como fonte de carbono a própria matéria orgânica presente no despejo. Como o sobrenadante do reator principal apresentava concentrações elevadas de N-NO2 -, esse efluente era aplicado no reator de polimento, juntamente com etanol como fonte de carbono para redução do NNO2 -. Ao final da fase aeróbia dos ciclos de tratamento conduzidos no reator principal alcançaram-se: relações NO2 -/ (N-NO2 - + N-NO3 -) superiores a 88%; eficiências de remoções de nitrogênio total superiores a 60%; remoções de N-NH3 superiores a 90%, para valores de pH na massa líquida do reator entre 7,8 e 8,5 e, temperatura entre 23 e 31°C. Tal qual ocorrido durante a primeira etapa da investigação, o principal mecanismo de inibição da atividade das bactérias oxidantes de nitrito foi a toxicidade conferida pelas concentrações de amônia livre (3,7 a 15,7 mg NH3/L) no conteúdo do reator. Durante a fase anóxica, as eficiências de remoção de (N-NO2 - foram limitadas pela disponibilidade de matéria orgânica biodegradável no despejo da coqueria, razões DBO/DQOafluente superiores a 80% resultaram em remoções de N-NO2 - próximas de 100%. Quanto ao reator de polimento, pode-se afirmar que o etanol teve um efeito positivo sobre a remoção de matéria orgânica da água residuária da coqueria, considerando a configuração (dois lodos) utilizada.The present research aimed to study the coke-oven wastewater treatment over nitritation/denitritation in an activated sludge sequencing batch reactor in two successive phases. During the first one, the reactor was fed with a synthetic effluent composed by two abundant pollutants present in coke-oven wastewaters: total ammonia nitrogen (500 mg TAN.l-1) and phenol (1,000 mg C6H5OH.l-1). During the second phase, the reactor was fed with the wastewater produced in an integrated steel industrys coke-plant. The results of the first phase (28 cycles) showed that was possible to achieve TAN removal efficiencies higher than 90% with NO2 --N predominance in the reactor content, evidenced by the rates NO2 --N/ (NO2 --N + NO3 --N) higher than 86%. The main mechanism of the nitrite oxidizer bacteria (NOB) inhibition was free ammonia concentrations between 3.2 and 19.5 mg NH3.l-1. The specific nitritation rates varied between 0.03 and 0.11 kg TAN. kg VSS-1.d-1, for temperatures between 15 and 34oC. Phenol showed to be suitable as carbon source for denitrifying biomass, once the volumetric application rates were lower than 0.02 kg phenol.m-3.h-1. Obeying this condition, it was possible to achieve: phenol removal efficiencies between 45 and 56%; specific phenol removal rates between 0.03 and 0.09 kg C6H5OH. kg VSS-1.d-1; specific denitritation rates between 0.03 and 0.06 kg NO2 --N . kg VSS-1.d-1 and removal efficiencies of (NO2 --N + NO3 --N) higher than 95%. During the anoxic phase, samples were collected from the reactor content for nitrophenols analyses. The results showed the presence of 2- nitrophenol (2-NP) and 4-nitrophenol (4-NP) in concentrations proportional to phenol volumetric application rate in the reactor liquid mass. The presence of those compounds in concentrations lower than 0.5 mg/L does not cause impact over the biological denitritation. The analyses accomplished in samples collected at the end of the anoxic reaction do not show the presence of 2 and 4-NP, demonstrating that these compounds can be biodegraded by a well-adapted biomass. The arrangement of the system for the treatment of coke-oven wastewater (Phase 02) over nitritation/denitritation involved the operation of two sequencing batch reactors (the main reactor and the polishing one). The operational conditions of the main reactor were manipulated to make feasible the NO2 --N accumulation at the end of the aerobic stage and promote the denitritation using the own organic matter present in the cokeoven wastewater as carbon source. As the supernatant of the main reactor presented high nitrite concentrations, this effluent was conducted to a biological denitrifying polishing reactor with ethanol as carbon source. At the end of the aerobic stage of the treatment cycles conducted in the main reactor, it was achieved: NO2 --N/ (NO2 --N + NO3 --N) higher than 88%; total nitrogen removal efficiencies higher than 60%; ammonia nitrogen removal higher than 90%. As occurred during the first phase of the investigation, the main NOB activity inhibition was the toxicity of the free ammonia concentrations (3.7 to 15.7 mg NH3.l-1) in the reactor content. At the end of anoxic stage, the NO2 --N removal efficiencies were limited by the availability of the biodegradable organic matter in the coke-oven wastewater but BOD/CODinfluent higher than 80% resulted in NO2 --N removals next to 100%. Regarding to the polishing reactor, it can be stated that the ethanol had a positive effect over the organic matter removal of the coke-oven wastewater