Removal of organic matter and nitrogen from landfill leachate: treatment by nitritation/denitritation biological and physico-chemical processes.

A presente pesquisa objetivou estudar a remoção de matéria orgânica e nitrogênio de lixiviados de aterro sanitário, através do processo biológico de nitritação/desnitritação, operando um reator de lodos ativados em bateladas sequenciais e pós-tratamento físico químico. O trabalho foi dividido em cinco etapas. Durante a primeira, buscou-se ajustar a duração das etapas anóxica e aerada e as condições operacionais, assim como avaliar a utilização da matéria orgânica presente no lixiviado como fonte de carbono. Ao longo de 16 ciclos de tratamento, os resultados da etapa anóxica indicaram que a duração desta não deveria ser maior que uma hora. A desnitritação ficou limitada ao baixo conteúdo de matéria orgânica de fácil biodegradação no lixiviado, o que levou a baixas taxas, entre 0,010 e 0,142 kg.N-NO2-/ m³.dia. Na segunda etapa, foi ajustada a duração da reação anóxica em uma hora, registrando taxa de desnitritação volumétrica média de 1,704 kg.N-NO2-/ m³.dia, assim como remoção de 80% da DBO e 47% de COT, o que indica que a maior parte da matéria orgânica biodegradável foi empregada pelos micro-organismos heterotróficos na desnitritação. Ao final da fase aeróbia, ao longo da primeira e segunda etapa, mantendo uma concentração de oxigênio dissolvido na massa de líquido do reator de 2,0 mg.O2/L, foi possível alcançar eficiências de remoção de N-NH3 de 98% com predominância do N-NO2-, evidenciado pela relação N-NO2-/(N-NO2-+ N-NO3-) próximo de 1. As taxas volumétrias de nitritação variaram na faixa de 0,095 e 0,199 kg.N-NH3/m³.dia. Como o sobrenadante do reator principal apresentava concentrações elevadas de N-NO2- ao final da fase aeróbia, o efluente foi aplicado em um reator de polimento adicionou-se etanol como fonte de carbono. O tratamento complementar ocorreu sem desequilíbrios, apesar do prolongado tempo de reação anóxica requerido para reduzir toda a massa de nitrito introduzida no sistema, fato que levou a registrar baixas taxas de desnitritação, entre 0,221 e 0,052 kg N-NO2-/kg SSV.dia. Durante a quarta etapa, foi avaliado em um segundo reator de lodo ativado em bateladas sequenciais o processo de nitritação/desnitritação, adicionando dentro do reator, ao início da fase anóxica, o etanol para a redução biológica de todo o nitrogênio oxidado a nitrogênio gasoso. Com concentrações de OD no conteúdo do reator de 2,0 mg.O2/L e valores de pH de 8,27±0,27, a relação N-NO2-/(N-NO2- + N-NO3-) não foi superior a 70% nos 9 ciclos estudados, indicando a presença de nitrato. A hipótese que melhor explica a situação refere-se à possibilidade de que a biomassa esteja se adaptando as novas condições operacionais e a probabilidade de que a adição do etanol durante a reação anóxica possa estar criando condições que favorecem a atividade das bactérias oxidantes de nitrito, assim como os menores diâmetros de floco. A quinta etapa compreendeu a aplicação de um pós-tratamento com redução do pH, adição de sais de ferro e carvão ativado em pó (CAP). Nestes testes, foram registradas remoções de COT e cor de de 93% e 98% respectivamente, mantendo pH em 3,0 e dosagens de 300 mg.Fe+³/L e 15 g.CAP/L.This research aimed to study the removal of organic matter and nitrogen from landfill leachate through biological process of nitritation/denitritation, operating an activated sludge reactor in sequential batches, and physical- chemical post treatment. The work was divided into five stages. During the first stage, was tried to adjust the duration of the anoxic and aerated stages and operational conditions, and evaluate the use of organic matter present in the leachate as a carbon source. Over 16 cycles of treatment, the results of the anoxic stage indicated that this duration should not be greater than one hour. The denitritation was limited by the low organic matter rapidly biodegradable content into the leachate, which led to low rates between 0.010 and 0.142 kg.N-NO2-/ m³.day. During the second stage, was adjusted the duration of the anoxic reaction to one hour, and showed medium volumetric denitritation rate of 1.704 kg.N-NO2-/m³.day, as well as removal of 80% of BOD and 47% of TOC. These results indicate, most of the biodegradable organic matter was used for heterotrophic microorganisms for denitritation. At the end of aerobic phase, during the first and second stage, and maintaining a concentration of oxygen dissolved into the liquid mass of the reactor in 2.0 mg.O2/L, it was possible to achieve removal efficiencies of NH3-N to 98% with predominance of N-NO2- , that was evidenced by the ratio N-NO2-/(N-NO2-+ N-NO3-) close to 1. The volumetric nitritation rates varied from 0,095 to 0,199 kg.N-NH3/m³.day. The effluent from the principal reactor contained high concentrations of N-NO2- at the end of the aerobic phase, for that reason it was applied a polishing stage where was added ethanol as a carbon source. Complementary treatment transcurred without problems, just was required a prolonged anoxic reaction to reduce the entire mass of nitrite introduced into the system, fact that lead to register low rates of denitritation, between 0.221 and 0.052 kg N-NO2-/kg SSV.day. During the fourth stage, was evaluated in a second activated sludge sequential batch reactor; the nitritation/desnitritation process added ethanol inside the reactor, at the beginning of the anoxic phase, for the biological reduction from nitrogen oxidized to nitrogen gaseous. Maintained OD concentrations into the reactor of 2,0 mg.O2/L and pH values of 8.27± 0.27, the N-NO2-/(N-NO2- + N-NO3-) ratio was not higher than 70% during the 9 cycles studied, indicating the presence of nitrate. The best hypothesis which explains this situation, related to the possibility of the biomass was adapted to the new operating conditions, and the possibility to addition ethanol at the begging of anoxic reaction, may be created adequate conditions for oxidizer nitrite bacteria, as well as the small floc diameters. The fifth stage consisted to apply a physical-chemical post-treatment with pH and addition of iron salts and powdered activated carbon (PAC). During these tests, was removal 93% and 98% of TOC and color respectively, with pH to 3,0 and doses of 300 mg.Fe+³/L and 15 g.PAC/L