Influência do sedimento no processo de remoção de nitrogênio por nitrificação/desnitrificação em lagoas de polimento

Lagoas de polimento são usadas como unidades de pós-tratamento dos efluentes de reatores UASB. Essa técnica é bastante eficiente na remoção de matéria orgânica, patógenos e, dependendo das condições operacionais, podem remover nitrogênio. Porém, na literatura, há muita controvérsia sobre os mecanismos de remoção de nitrogênio (volatilização, assimilação, sedimentação e nitrificação/desnitrificação) que ocorrem em lagoas. Alguns pesquisadores reportaram sobre a importância do lodo (ambientes aeróbio, anóxico e anaeróbio) enquanto outros relataram sobre a assimilação algal. O objetivo desse trabalho foi avaliar o papel do lodo no processo de remoção de nitrogênio em lagoas de polimento. Para tanto, foram realizados experimentos com avaliação da influência do lodo, ensaios laboratoriais para determinar a taxa de remoção experimental e teórica (modelo de Monod), além da quantificação dos genes de bactérias do ciclo do nitrogênio e avaliação das condições de mistura e estratificação em duas lagoas de polimento, tratando efluente de reator UASB. Uma das lagoas tinha lodo acumulado ao longo de seus 10 anos de operação, ao passo que a outra lagoa teve o lodo removido pouco antes dos experimentos. Com o estudo, foi observado que a lagoa com odo (L1), mesmo com 40% do volume preenchido (menor TDH), apresentou desempenho semelhante ao da lagoa sem lodo (L2) para as variáveis DQO, DBO, SST e SSV e foram significativamente diferentes em relação aos compostos nitrogenados (amônio, nitrato e nitrito). Ambas lagoas apresentaram alto potencial de remoção de nitrato (3,23 e 3,03 g/m2.d) após a aplicação de 30 g N-NO3-/m3. Porém, os valores de CD não conduziram a um ajuste bom em relação as variáveis temperatura, oxigênio, alcalinidade, matéria orgânica e amônio ou nitrato devido a sensibilidade deste termo aos valores médios encontrados pelo modelo usado (CDnitrificação = -0,497 e CDdesnitrificação = -0,207). As bactérias do ciclo do nitrogênio diminuíram do topo para o fundo da lagoa com lodo e não apresentaram grandes diferenças nas camadas da lagoa sem lodo. Os ciclos de mistura diários que levaram OD e nutrientes ao fundo e a estratificação das lagoas em algumas horas da madrugada até o início da manhã (condições de anaerobiose em toda a lagoa) permitiram a atividade de diferentes grupos de bactérias do ciclo do nitrogênio. Com o estudo observou-se que a remoção de nitrogênio nas lagoas investigadas ocorreu de forma intensa devido à alta atividade fotossintética das algas na coluna líquida até onde a radiação solar pode chegar (30 cm) e por meio da nitrificação e desnitrificação simultânea no sedimento, além da participação de outros mecanismos do ciclo do nitrogênio no processo de remoção.Polishing ponds are used as post-treatment units for effluents from UASB reactors. This technique is very efficient in removing organic matter, pathogens and, depending on operating conditions, can remove nitrogen. However, there is much controversy in the literature regarding removal mechanisms (volatilization, assimilation, sedimentation and nitrification/denitrification) that occur in ponds. Some researchers have reported on the importance of the sludge layers (aerobic, anoxic and anaerobic layers), while others reported about algal assimilation. The aim of this study was to evaluate the sludge role in the nitrogen removal process in polishing ponds. For this, experiments were carried out to evaluate the influence of sludge, to determine the experimental and theoretical (based on the Monod model) nitrogen removal rates, the quantification of the genes of nitrogen cycle bacteria and evaluation of mixing conditions and stratification in two ponds treating UASB reactor effluent. One of the ponds had accumulated sludge throughout its 10 years of operation, while the other had the sludge removed just before the experiments. It was observed that the pond with sludge, even with 40% of the volume filled (lower HRT), presented a performance similar to the pond without sludge for the variables COD, BOD, TSS and VSS and were significantly different in relation to nitrogenous compounds (ammonium, nitrate and nitrite). Both lagoons had high nitrate removal potential (3.23 and 3.03 g/m2.d) after the application of 30 g N-NO3-/m3. However, CD values did not lead to a good adjustment in relation to temperature, oxygen, alkalinity, organic matter and ammonium or nitrate due to the sensitivity of this term to the mean values found by the model used (CDnitrification = -0.497 and CDdenitrification = -0.207). The abundance of bacteria decreased from the top to the bottom of the pond with sludge and showed no major differences in layers of the ponds without sludge. The ponds presented different mixing cycles, with the occurrence of anaerobic environments in some hours of the dawn until the early morning. The daily mixing cycles supply DO and nutrients that are carried to the bottom and stratification of the lagoons from dawn to early morning (anaerobic conditions throughout the ponds) allowed the activity of different groups of bacteria in the nitrogen cycle. With the study, it was observed that nitrogen removal in the investigated ponds occurred intensely due to the high photosynthetic activity of algae in the liquid column until where the solar radiation can reach (30 cm) and by nitrification and simultaneous denitrification in the sediment, besides the participation of other mechanisms of the nitrogen cycle in the removal process