A disposição inadequada de efluentes domésticos e/ou industriais tem sido apontada como um dos principais fatores responsáveis pela constante degradação ambiental de ecossistemas aquáticos.
No Brasil, o imenso déficit no que se refere à coleta e tratamento de esgoto sanitário torna esse cenário ainda mais delicado. Os números apresentados pelo Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS), revelam que até o ano de 2013 apenas 39% dos esgotos gerados no país são tratados, sendo o restante lançado diretamente nos corpos d‘água, sem nenhuma forma de tratamento.
O lançamento de esgotos sem tratamento prévio incorre em uma série de problemas de ordem ambiental ao manancial, em que se destaca o elevado aporte de matéria orgânica ao corpo receptor, que provoca intenso consumo de oxigênio dissolvido da água, e gera, por sua vez, impactos negativos à vida aquática. Além disso, destaca-se também a elevada concentração de nutrientes presente nesses despejos, especialmente nitrogênio e fósforo, que quando lançados no corpo hídrico podem favorecer o crescimento de plantas aquáticas, levando ao fenômeno de eutrofização. Chama atenção ainda o fato de que muitas vezes esses mananciais, supostamente poluídos, são utilizados como fonte de abastecimento de água à população, o que pode resultar em diversos problemas de saúde pública.
Percebe-se, então, que o tratamento dos esgotos assume grande importância no que diz respeito à preservação dos recursos hídricos, sendo também de grande importância como medida mitigadora às doenças de veiculação hídrica.
Inicialmente, os sistemas de tratamento eram voltados à remoção de matéria orgânica e sólidos em suspensão dos esgotos. Com o acirramento da legislação ambiental, aliada à crescente preocupação com a poluição hídrica, a remoção de nitrogênio e fósforo passou também a ser considerada no projeto de estações de tratamento de esgotos (ETEs). Como se sabe, a remoção desses nutrientes exige maiores critérios de engenharia, demandando tanques aeróbios, anóxicos e anaeróbios na linha de tratamento e adequada recirculação do efluente entre eles. Como exemplo, pode-se citar o processo Bardenpho e o sistema UCT (University of Cape Town) como os mais difundidos para a
remoção biológica de nitrogênio e fósforo. Apesar do grande avanço obtido nesses sistemas, alcançando elevadas remoções de nitrogênio e fósforo, eles são caracterizados por requerer elevada área de instalação, grande gasto energético devido à recirculação do efluente e de relativa complexidade operacional.
Uma outra vertente que vem ganhando força quanto à remoção de nutrientes de esgotos são os reatores descontínuos, operados sob a modalidade de batelada sequencial. Nos reatores em batelada sequencial (RBS), as diferentes condições ambientais necessárias à remoção de nitrogênio e fósforo são propiciadas a partir da alternância de fases ao longo do tempo, em um único tanque. Dessa forma, as etapas anaeróbias, anóxicas e aeróbias ocorrem sequencialmente dentro de um ciclo operacional, utilizando-se apenas um reator. Tal condição tem atraído maior atenção a esses reatores, principalmente por requerer uma menor área de instalação e por dispensar a necessidade de recirculação de efluentes. Os reatores RBS se destacam ainda por sua maior flexibilidade operacional, em que os tempos de cada fase do ciclo podem ser facilmente modificados para compensar eventuais alterações das condições do processo, características do afluente, ou objetivos do tratamento (MORGENROTH, E. & WILDERER, P. A., 1998; TSILOGEORGIS et al, 2008).
Embora os reatores RBS tenham despertado grande interesse face à sua flexibilidade operacional, sabe-se que a clarificação do efluente por meio da sedimentação gravitacional, comumente praticada nesses reatores, pode ser considerada hoje pouco eficiente, se comparada à clarificação obtida por meio da filtração em membranas. Nesse sentido, tem-se observado em pesquisas recentes uma melhoria significativa na qualidade do efluente final quando os reatores RBS operam associados à tecnologia de membranas filtrantes, usualmente de micro ou ultrafiltração (McADAM et al, 2005; SCHEUMANN e KRAUME, 2009; KAEWSUK et al, 2010; ). Dessa associação, surgem então os modernos biorreatores à membrana em batelada sequencial (BRMBS), nos quais a separação entre a biomassa e o efluente tratado é realizada através do processo de filtração, que dispensa a necessidade da etapa de sedimentação e reduz o tempo de ciclo do reator (DONG e JIANG, 2009).
Apesar das vantagens reportadas, o uso de BRMBS no tratamento de esgotos tem sido ainda pouco praticado, especialmente no Brasil, onde a tecnologia dos biorreatores à membrana é ainda emergente. Diante desse
cenário, percebe-se a necessidade em se estudar e melhor compreender o funcionamento dos BRMBS, sobretudo quanto ao seu desempenho na remoção de fósforo de esgoto sanitário.
Dentre os diferentes parâmetros que afetam a remoção biológica de fósforo, a idade do lodo é usualmente apontada como determinante. Embora a utilização de menores idades de lodo seja favorável à remoção biológica de fósforo, tal condição operacional pode não ser adequada para biorreatores à membrana. Trabalhos publicados na literatura sugerem que sob baixa idade do lodo o processo de colmatação das membranas torna-se mais severo, tendo em vista a maior produção de produtos microbianos no licor misto (CHO et al, 2005; NG, TAN e ONG, 2006; AHMED et al, 2007). Assim, de maneira geral, a remoção de fósforo é favorecida com a redução da idade do lodo, mas, em contrapartida, a colmatação das membranas se torna mais intensa. Nesse cenário, a utilização de coagulantes/floculantes vem ganhando força, pois permite a manutenção de idades de lodo mais baixas sem afetar o desempenho das membranas. Dessa maneira, o presente trabalho tem por objetivo estudar o efeito da variação da idade do lodo na remoção de remoção de nutrientes, em especial o fósforo, e também avaliar a utilização de coagulantes/floculantes como auxiliares no desempenho do reator e na minimização da colmatação das membranas.
A presente pesquisa insere-se como uma vertente dos trabalhos que vem sendo desenvolvidos junto ao Laboratório de Reuso de Águas- LaRA (ANDRADE, 2001; PELEGRIN, 2004; PROVENZI, 2005; MAESTRI, 2007; CAMPELLO, 2009; BELLI, 2011; KELLNER, 2014) quanto ao tratamento de esgoto sanitário em biorreatores a membrana. Dessa forma, o LaRA vem paulatinamente somando esforços no desenvolvimento de pesquisas que busquem otimizar a remoção de poluentes presentes nos esgotos, de modo a minimizar os impactos associados ao seu lançamento no ambiente aquático.
Por fim, é importante considerar o atual cenário de escassez hídrica, sobretudo nos estados da região sudeste, em que grande parte dos reservatórios destinados ao abastecimento público apresentam níveis preocupantes. Frente a essa situação de déficit hídrico, as companhias de saneamento passam a considerar a utilização de corpos d água, antes visto como impróprios para abastecimento, como uma opção, o que naturalmente encarece o seu tratamento. Sob tal condição, a utilização dos BRMs como alternativa de tratamento dos esgotos passa a ganhar força, tendo em vista o elevado potencial de reuso do efluente gerado
por tal tecnologia. Dessa maneira, percebe-se uma mudança de postura em relação à aplicação dos BRMs no setor de saneamento brasileiro, os quais eram vistos anteriormente como inviáveis e agora passam a ser uma demanda, tornando o estudo dessa tecnologia merecedora de maior atenção.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo geral
Avaliar o desempenho de um biorreator à membrana operado em regime de batelada sequencial na remoção de nutrientes (nitrogênio e fósforo) de esgoto sanitário.
1.2.2 Objetivos específicos
1) Operar o reator sob as idades de lodo de 80, 40 e 20 dias, avaliando