The incident emitted light is circularly polarized

Estações de tratamento de efluentes combinam a ocorrência de oxidação de matéria orgânica e nitrificação no mesmo reator desde a década de 70, apesar da competição por oxigênio e espaço que ocorre entre os microrganismos heterotróficos e as bactérias nitrificantes (NOGUEIRA et al., 2002).

Existem muitos estudos em tratamento de efluentes utilizando MBRs para a remoção de nutrientes. Como resultado disto, sistemas utilizando MBRs com reator anóxico separado, para pré- desnitrificação, seguido por reator aeróbio foram desenvolvidos para filtração contínua. Este processo é denominado de MBR tipo Ludzack-Ettinger modificado (MLE) (AHN et al.; 2003). A remoção completa de nitrogênio é atingida nestes sistemas através da integração do reator anóxico, o que possibilita a ocorrência de nitrificação-desnitrificação. A configuração que utiliza pré- desnitrificação é preferida uma vez que os microrganismos heterotróficos utilizam carbono orgânico como fonte de energia. Ainda, para possibilitar esta remoção, utiliza-se um reciclo interno do reator aeróbio para o reator anóxico (TAN; NG, 2008). A Figura 4 apresenta um esquema do processo descrito.

Figura 4: MBR com remoção de nitrogênio em estágio separado. (adaptado de METCALF & EDDY, 2007).

A utilização da nitrificação com pré-desnitrificação é atrativa para a remoção de nitrogênio uma vez que a desnitrificação é extremamente eficiente para exportar nitrogênio do sistema na forma de nitrogênio gasoso.

A associação de MBR com o processo biológico de remoção de nitrogênio Ludzack-Ettinger modificado (MLE) é interessante uma vez que a utilização das membranas de filtração resolve os principais problemas associados aos processos de desnitrificação biológicos, como excesso de biomassa e de produtos solúveis microbianos (SHEN et al.; 2009).

Shen et al. (2009) verificaram, utilizando efluente industrial, que em condições ideais de operação, a performance de um MBR associado a MLE apresentou resultados satisfatórios, produzindo um efluente tratado com baixa concentração de DQO e remoção completa de nitrogênio. Efluente Reciclo com Baixo OD e SSV Reciclo com Alto OD e SSV Tanque de Membranas Purga de sólidos Permeado Zona

O reciclo necessário para a ocorrência da desnitrificação transporta oxigênio dissolvido (OD) do reator aeróbio para o reator anóxico podendo, inevitavelmente, deteriorar a eficiência de remoção de nitrogênio total. Isto é especialmente crucial quando a matéria orgânica presente no efluente é insuficiente para consumir a concentração de OD presente no reciclo (TAN; NG, 2008).

Em geral, o nitrogênio entra no sistema na forma de nitrogênio orgânico ou amônia. A concentração de nitrogênio total Kjeldahl (NTK) é capaz de medir a quantidade total destes compostos presentes (BARKER; DOLD, 1995).

Dois grupos de organismos estão envolvidos no processo de nitrificação: as bactérias oxidantes de amônia (AOB) e as bactérias oxidantes de nitrito (NOB). Ambos grupos são de bactérias autotróficas que se adaptam melhor a condições constantes em reatores aeróbios

(DYTCZAK et al., 2008). A nitrificação é uma reação de duas etapas: o íon amônio (NH4+) é

primeiramente oxidado à nitrito (NO2−) pelas AOBs, Equações 12 e 13. A oxidação do nitrogênio

amoniacal é muito importante para a remoção de nitrogênio em função da geração de nitrato para as bactérias desnitrificantes. Na desnitrificação anóxica, que é um processo de redução, o

nitrito/nitrato é reduzido à gás nitrogênio (N2) pelas bactérias heterotróficas desnitrificantes na

presença de fonte de carbono como doador de elétron, Equação 14 (LI; IRVIN, 2007).

Além de fonte de carbono, como por exemplo, etanol, metanol e acetato, compostos de enxofre reduzidos e hidrogênio também podem ser utilizados pelas bactérias desnitrificantes como doadores de elétrons (ERGAS; REUSS, 2001).

2NH4+ +3O2→ 2NO2−+4H+ +2H2O Equação (12)

2NO2− +O2→ 2NO3− Equação (13)

5CH3COOH + 8NO3−→ 4N2 +10CO2 +6H2O + 8OH− Equação (14)

Pode-se observar a formação de “cadeias alimentares” em MBRs. Por exemplo, a amônia produzida através da amonificação realizada pelas bactérias heterotróficas aeróbias serve de substrato para as Nitrosomonas e Nitrobacter e assim por diante. Portanto, é necessário que uma grande quantidade de microrganismos coexistam em um MBR para que haja a remoção biológica de nitrogênio (HE et al., 2009).

Bactérias autotróficas oxidantes nitrificantes utilizam carbono inorgânico como fonte de energia e são geralmente caracterizadas por baixas taxas de crescimento e baixo rendimento. A

nitrificação geralmente é a etapa limitante para a remoção biológica de nitrogênio. Portanto, a principal dificuldade da remoção biológica de nitrogênio é manter adequados os níveis de microrganismos nitrificantes no reator aeróbio (YAMAGISHI et al.; 2001). O entendimento da relação entre a população e o ambiente é importante para a manutenção das condições que promovem o rápido crescimento das bactérias nitrificantes e desnitrificantes, o que melhora o desempenho da remoção de nitrogênio e pode diminuir os gastos com a operação do processo. Parâmetros como temperatura, tempo de retenção celular, tempo de retenção hidráulico, relação carbono-nitrogênio, concentração de oxigênio dissolvido, presença de compostos inibitórios, pH podem afetar direta ou indiretamente a eficiência de remoção de nitrogênio.

O impacto da variação do potencial de oxidação-redução (ORP) na remoção de nitrogênio ainda não é bem conhecido. Apesar da identificação existente de valores de ORP que demonstram a ocorrência dos processos de nitrificação e desnitrificação, estes ainda não são facilmente detectados e sua manipulação para o favorecimento destes processos não é amplamente utilizada. Li e Irvin (2007) observaram que a alternância das condições de ORP impacta as taxas de nitrificação máximas e o decaimento dos microrganismos autotróficos.

Bernat et al. (2011) observaram em um estudo de remoção de nitrogênio que as mudanças nas concentrações de DQO ocorreram de acordo com a cinética de primeira ordem, com remoção de DQO para a desnitrificação e para a produção de biomassa.

A forma de nitrogênio mais comum em efluentes de refinaria de petróleo é o nitrogênio

amoniacal, que é resultante das operações de injeção de amônia (NH3) no topo da coluna de

fracionamento para neutralizar o ácido sulfídrico (H2S) potencial, ou a hidrogenação do nitrogênio

orgânico quando o óleo bruto é refinado (ZAROONI; ELSHORBAGY, 2006).

O tratamento biológico destes efluentes requer, em geral, a remoção simultânea de nitrogênio e fenol, o que pode ser realizado em sistemas de lodos ativados realizado em duas etapas. Durante a etapa de nitrificação, o nitrogênio amoniacal é oxidada a nitrato em condições aeróbias; e durante a etapa de desnitrificação, o nitrato é reduzido a nitrogênio livre na presença de fonte de carbono e em condições anóxicas. Na presença de compostos tóxicos como o fenol, mesmo em baixas concentrações, o processo de nitrificação pode ser inibido (AMOR et al., 2005).

O efeito inibitório que fenol possui sobre a nitrificação é bem conhecido. Figuerola e Erijman (2010) observaram que a inibição da nitrificação coincidiu com o aumento das concentrações de fenol no efluente bruto. Em um estudo do efeito do fenol na atividade de nitrificação de microrganismos aeróbios que formam grânulos em reator de batelada, observou-

se que a nitrificação ocorreu apenas após a degradação do fenol até uma concentração bem baixa (LIU et al., 2005). Similarmente, verificou-se que o efeito inibitório ao processo de nitrificação em função do fenol foi dependente da sua concentração e que a nitrificação iniciou-se somente após a degradação completa deste inibidor. Ainda no mesmo estudo, os autores observaram que não houve inibição da remoção de amônia em função da presença de fenol em escala de laboratório em um reator de lodos ativados, provavelmente em função da sua rápida diluição ou degradação (YAMAGISHI et al., 2001). Na mesma linha, Amor et al. (2005) demonstraram que, em um processo de lodos ativados com filtração de fluxo cruzado, a oxidação da amônia depende da remoção prévia do fenol. Porém, os lodos ativados se caracterizam por serem os sistemas biológicos mais amplamente aceitos e utilizados para o tratamento de efluentes contendo fenol (KUMARAN, PARUCHURI, 1996).