Study of nitrogen biological removal via nitrite using phenol as carbon source operating a pilot scale sequence batch reactor (SBR).

A presente pesquisa propôs avaliar a remoção biológica do nitrogênio pela via simplificada (nitritação) utilizando fenol como fonte de carbono na etapa anóxica (desnitritação) em um sistema de lodos ativados com biomassa em suspensão. Para tanto operou-se um reator piloto (volume útil de 20 litros) em bateladas seqüenciais alimentado com 5 (cinco) litros de água residuária sintética. A investigação foi caracterizada pela utilização do fenol (1.000 mg C6H5OH/L) e pelo aumento gradual da concentração de nitrogênio amoniacal no despejo líquido sintético (200; 300 e 500 mg N/L) buscando as condições que permitissem a predominância do N-NO2 - ao final da fase aeróbia dos ciclos de tratamento e utilização do fenol pelos microrganismos heterotróficos para redução do nitrogênio oxidado durante a fase anóxica. Para a presente pesquisa as condições para predominância do N-NO2 - na massa líquida do reator ao final da etapa aeróbia foram: pH @ 8,3 associado à extensão do período aeróbio do ciclo de tratamento que garantisse uma concentração mínima de amônia livre (> 0,3 mg NH3/L) no conteúdo do reator piloto. Com estas condições, a relação N NO2 - / (N-NO2 - + N-NO3 -) variou entre 89 e 99%. Mantendo uma concentração de 1,0 mg O2/L no conteúdo do reator durante afase aeróbia e tempo de residência hidráulico de três dias, as eficiências de remoção de N-NH3 variaram entre: 89 e 98% com concentrações no afluente próximas a 200 mg N/L (nove ciclos de tratamento); 95 e 98% para concentrações no afluente da ordem de 300 mg N/L (cinco ciclos de remoção) e 95 e 97% com concentrações no afluente próximas a 500 mg N/L (três ciclos de tratamento). Para temperaturas entre 23,5 e 33°C e concentrações de sólidos em suspensão voláteis entre 3.420 e 2.175 mg SSV/L no conteúdo do reator, a taxa de nitrificação específica variou entre 0,01 e 0,05 kg N-NH3/ kg SSV. dia. Concentrações máximas de amônia livre da ordem de 16 mg NH3/L e de ácido nitroso livre entre 0,001 e 0,009 mg HNO2/L no conteúdo do reator piloto não inibiram a oxidação biológica do nitrogênio. Fenol, em concentrações no afluente próximas a 1.000 mg C6H5OH/L, mostrou-se adequado como única fonte de carbono para remoção de nitrogênio, via nitrito, para concentrações afluentes da ordem de 200 e 300 mg N/L. As eficiências de remoção do nitrogênio oxidado variaram entre 97 e 100%, utilizando taxas de aplicação volumétricas próximas a 0,03 kg fenol /m3.hora.. As taxas de "desnitritação" específicas variaram entre 0,01 e 0,05 kg N-NO2 - / kg SSV .dia; a relação alimento/microrganismo (A/M) esteve compreendida entre 0,06 e 0,13 kg fenol / kg SSV. dia; a relação fenol removido/N-NOx removido variou entre 2,1 e 3,2 g fenol removido / g NNOx removido e as eficiências de remoção do fenol, durante a etapa anóxica estiveram compreendidas entre 37 e 67%. Taxas de aplicação volumétricas da ordem de 0,07 kg fenol /m3.hora inibiram a "desnitritação" biológica. Os três ciclos de tratamento da etapa conduzida com concentração de 500 mg N/L no afluente, foram marcados pela inibição da "desnitritação" e acúmulo de fenol, causados pelas elevadas concentrações de N-NO2 - (@80 a 98 mg N-NO2 -/L) na massa líquida do reator. Ainda durante essa etapa, a coleta de amostra na fase anóxica dos ciclos de remoção para realização de ensaios exploratórios, associando cromatografia gasosa e espectrometria de massa, detectaram a formação de 2 e 4 - nitrofenol no conteúdo do reator piloto.This research proposes to evaluate an activated sludge system with suspended biomass in a pilot scale aiming to remove nitrogen by a simplified way (nitritation) using phenol as the carbon source of the anoxic phase (denitritation). A pilot reactor of 20-liters volume was operated in sequence batch stages fed with 5-liters of a synthetic wastewater. The investigation was characterized by the use of phenol (1,000 mg C6H5OH/L) and the gradual increase of ammonium nitrogen concentration in the synthetic wastewater (200, 300 and 500 mg N/L) searching the conditions that allowed the prevalence of N-NO2 - in the end of the aerobic phase of the treatment cycles and the use of phenol for the heterotrophic microorganisms to reduce the oxidized nitrogen during the anoxic phase. To the present research, the conditions to N-NO2 - prevalence in the reactor liquid mass in the end of the aerobic phase were: pH @ 8.3 associated to the extension of the aerobic period of the treatment cycle which guarantees a minimum concentration of free ammonia (> 0.3 mg NH3/L) in the pilot reactor content. Considering these conditions, the relation N-NO2 - / (N-NO2 - + NNO3 -) varied between 91 and 99%. Maintaining a concentration of 1.0 mgO2/L in the reactor content and hydraulic residence time of three days, the removal efficiencies of N-NH3 vary between: 89 and 98% to influent concentrations near 200 mg N/L (nine treatment cycles); 95 and 98% to influent concentrations of the order of 300 mg N/L (five removal cycles) and 95 and 97% to influent concentrations near 500 mg N/L (three treatment cycles). To temperature between 23,5 and 33°C and volatile suspended solid concentrations between 3,420 and 2,175 mg SSV/L in the reactor, the specific nitrification rate varied between 0.01 and 0.05 kg N-NH3/ kg SSV.d-1. Maximum concentrations of free ammonia in the pilot reactor of the order of 16 mg NH3/L and nitrous acid between 0.001 and 0.009 mg HNO2/L didn?t inhibit the nitrogen biological oxidation. Influent phenol concentrations near 1,000 mg C6H5OH/L showed to be adequate as single carbonsource to nitrogen removal as nitrite to influent concentrations of the order of 200 and 300 mg N/L. The oxidized nitrogen removal efficiencies vary between 97 and 100%, using volumetric loading rates near 0.03 kg phenol/m3.hour. The specific denitritation rates vary between 0.01 and 0.05 kg N-NO2 - / kg SSV.d-1; the food / microorganism ratio (F/M) was between 0.06 and 0.13 kg phenol / kgSSV.d-1; phenolremoved/N-NOxremoved ratio varied between 2.1 and 3.2 g phenolremoved/ g N-NOxremoved and phenol removal efficiencies during the anoxic phase were between 37 and 67%. Volumetric loading rates of the order of 0.06 kg phenol / m3.hour inhibited the biological denitritation. The three treatment cycles of the phase conducted with influent concentration of 500 mg N/L showed denitritation inhibition and phenol accumulation caused by high concentrations of N-NO2 - (@80 to 98 mg N-NO2 -/L) in the reactor liquid mass. During this phase, the sampling of the anoxic phase of the removal cycles to the initial tests associating gas chromatography and mass spectrophotometer detected the formation of 2 and 4-nitrophenol in the pilot reactor content