Aplicação da técnica simulated annealing na investigação da ciclagem de nitrogênio na inteface água-sedimento

Neste trabalho é apresentado a aplicação de um método de otimização a fim de estimar parâmetros que normalmente estão presentes na modelagem matemática da dinâmica de espécies químicas na interface água-sedimento. O Problema Direto aqui consistiu na simulação das concentrações das espécies orgânicas e inorgânicas (amônia e nitrato) de nitrogênio, num ambiente idealizado, o qual foi fracionado em quatro camadas: uma camada de água (1 metro) e três camadas de sedimento (0-1 cm, 1-2 cm e 2-10 cm). O Problema Direto foi resolvido pelo Método de Runge Kutta, tendo sido gerada uma simulação de 50 dias. Na estimativa dos coeficientes de difusão e porosidade foi aplicado o Método Simulated Annealing (SA). A eficiência da estratégia aqui adotada foi avaliada através do confronto entre dados experimentais sintéticos e as concentrações calçadas pela solução do Problema Direto, adotando-se os parâmetros estimados pela SA. O melhor ajuste entre dados experimentais e valores calculados se deu quando o parâmetro estimado foi a porosidade. Com relação à minimização da função objetivo, a estimativa desse parâmetro também foi a que exigiu menor esforço computacional. Após a introdução de um ruído randômico às concentrações das espécies nitrogenadas, a técnica SA não foi capaz de obter uma estimativa satisfatória para o coeficiente de difusão, com exceção da camada 0-1 cm sedimentar. Para outras camadas, erros da ordem de 10 % foram encontrados (para amônia na coluna dágua, pro exemplo). Os resultados mostraram que a metodologia aqui adotada pode ser bastante promissora enquanto ferramenta de gestão de corpos dágua, especialmente daqueles submetidos a um regime de baixa energia, como lagos e lagoas costeiras.

Remoção de amônia do lixiviado por arraste de ar e caracterização por fracionamento com membrana.

A proposta deste trabalho é estudar a tecnologia para a remoção de amônia do lixiviado através do processo físico-químico de arraste com ar e a sua caracterização por processos de fracionamento com membranas de MF e UF. Foram analisados no processo de arraste de ar os parâmetros pH, vazão de ar e tempo de operação. Foi verificada a remoção de nitrogênio amoniacal de 93,5% em um tempo de operação de 6 horas, com ajuste de pH igual a 11 e vazão de ar 100 L/h. Após a remoção do nitrogênio amoniacal, os lixiviados foram submetidos a processo de fracionamento com membranas de microfiltração (MF) e ultrafiltração (UF), sendo investigadas a remoção de amônia, a condutividade, DQO, COD, cloreto e pH. Obtiveram-se resultados praticamente constantes à medida que o lixiviado permeou nas membranas de MF e UF. Ademais, empregaram-se testes de toxicidade e ensaios de tratabilidade biológica com amostras de lixiviado bruto, lixiviado tratado (baixa concentração de amônia) e lixiviados fracionados com membranas de MF e UF. Nos ensaios de tratabilidade biológica os resultados mostraram que não houve uma remoção significativa de matéria orgânica e nos testes de toxicidade com organismos Danio rerio, embora tenha ocorrido uma redução na toxicidade na sequência dos experimentos, foi constatado que o lixiviado bruto, lixiviado tratado com remoção de amônia e fracionados com membranas de MF e UF mantiveram elevada toxicidade.

Estudo preliminar da determinação de amônio por cromatografia de íons e sua remoção em lixiviados de resíduos sólidos utilizando argilas

A quantidade de resíduos gerados tem crescido rapidamente, sendo maior que a taxa de crescimento populacional, indicando um aumento na geração per capita. Este fato torna preocupante a maneira como é realizada a disposição final de resíduos e o impacto ambiental gerado com isso. Dentre os impactos está a produção de chorume, um poluente de elevada carga orgânica com altas concentrações de amônio e forte coloração, produzido pela decomposição química e microbiológica dos resíduos sólidos depositados em um aterro. Em locais de destino como aterros sanitários, este chorume é drenado para tratamento a fim de não impactar o local onde foi implantado o aterro. Porém, no Brasil, em grande parte dos casos, este tratamento não acontece, deixando o ambiente mais suscetível à contaminação. Este trabalho teve como finalidade determinar a quantidade de amônio presente em amostras de chorume do aterro de Gramacho no Rio de Janeiro, utilizando a cromatografia de íons para a sua quantificação, além de estudar a remoção de amônio por processos de adsorção em materiais como argilominerais. As amostras de chorume in natura apresentaram valores de pH em torno de 8,0 e concentrações de amônio entre 1665,0 e 2788,8 mg.L-1. Nas amostras analisadas após a destilação do chorume foram encontrados valores de pH entre 8,6 e 9,7 e concentrações de amônio de até 6362,3 mg.L-1, verificando que a maior concentração deste íon é arrastada nos primeiros 50 mL da destilação. Os testes de adsorção obtiveram um potencial de remoção de até 47 % do total de amônio. A metodologia aplicada se mostrou eficiente para determinação de amônio, uma vez que o tratamento prévio minimiza a ação de interferentes. Os baixos valores de remoção de amônio reforçam a necessidade de maior aprofundamento deste estudo, o que seria uma alternativa interessante para minimizar a ação deste poluente no meio ambiente

Estudo experimental de wetlands construídos como unidade de polimento no tratamento de lixiviados de aterros sanitários.

A grande quantidade de resíduos sólidos gerados nas cidades é um desafio para o saneamento ambiental no Brasil. A fim de se reduzir os impactos gerados ao meio ambiente e à saúde pública, é necessário que haja um gerenciamento adequado, desde a coleta até a disposição final, desses resíduos sólidos urbanos. Os aterros sanitários permitem um maior controle ambiental, desde que sejam bem projetados e operados. A decomposição da matéria orgânica presente nesses resíduos, somada às águas das chuvas gera o lixiviado, líquido com alto potencial poluidor. Várias formas de tratamento são propostas com a finalidade de tornar o lixiviado menos poluente ao meio ambiente. Wetlands construídos tem se mostrado uma alternativa eficiente para a remoção de poluentes em lixiviados, além dos baixos custos operacionais e de implantação. O presente estudo investigou o uso de wetlands subsuperficiais em escala-piloto para o tratamento de um lixiviado prétratado. Os wetlands foram monitorados com a finalidade de se obter remoções de matéria orgânica e nitrogênio amoniacal. As maiores reduções percentuais de concentração de nitrogênio amoniacal, DQO e COD foram, 91%, 42% e 35%, respectivamente. As maiores reduções percentuais em carga de nitrogênio amoniacal e DQO foram, 67% e 50%, respectivamente. Os resultados dos ensaios de toxicidade realizados com os organismos Vibrio fischeri e Danio rerio revelaram que, a toxicidade do lixiviado foi reduzida ao ser tratado pelo wetland.

Avaliação da recalcitrância e toxicidade de lixiviado bruto e tratado por processos primário e secundário.

Um dos grandes problemas enfrentados no tratamento de lixiviado é a definição de suas características físico-químicas e biológicas. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é avaliar a composição química, a recalcitrância, e a toxicidade do lixiviado bruto e tratado por processos de tratamento (físico-químico e biológico) oriundo do Aterro Metropolitano de Gramacho, localizado no município de Duque de Caxias, no estado do Rio de Janeiro. Os resultados mostraram maior biodegradabilidade aeróbia no efluente físico-químico com percentuais variando de 7% a 35 %. A natureza de tais compostos justifica a natureza refratária do lixiviado e alerta pela toxicidade que podem atribuir tanto aos microrganismos envolvidos no processo quanto a saúde humana quando dispostos incorretamente. Para o lixiviado em estudo, observou-se a diminuição da toxicidade ao passar pelo processo físicoquímico. Dessa maneira, observou-se que é necessário a adoção de sistemas de tratamento que conjuguem processos físico-químicos atuando como pré ou pós-tratamento de processos biológicos. Sendo assim, os resultados obtidos mostram a importância deste tipo de caracterização, como fonte de subsídios para a seleção, projeto e avaliação de sistemas de tratamento.

Caracterização da microbiota envolvida nos processos aeróbios (lodos ativados) e anaeróbios (UASB) de uma indústria de alimentos.

O aumento da concentração de nutrientes nos corpos receptores, principalmente nitrogênio e fósforo oriundos de efluentes sanitários e industriais pode gerar o fenômeno da eutrofização. Para que isto não ocorra é necessário que este efluente passe por um tratamento adequado, no entanto, o papel desempenhado por diversos grupos de microrganismos encontrados nos sistemas de tratamento de efluentes não é completamente compreendido devido à complexidade das interações. Este trabalho teve como objetivo caracterizar a estrutura e dinâmica da comunidade microbiana (bactérias envolvidas no ciclo do nitrogênio e microfauna) e avaliar a atividade biológica dos reatores aeróbio e anaeróbio de uma indústria de alimentos. Os parâmetros físico-químicos da estação de tratamento foram monitorados, bem como foi feita a avaliação da estrutura e dinâmica da comunidade bacteriana envolvida no ciclo do nitrogênio por meio da técnica de Hibridização in situ Fluorescente. A microfauna do reator aeróbio foi caracterizada e classificada conforme o Índice Biótico do Lodo. A atividade biológica do lodo foi avaliada através do Teste de Respirometria e foram feitas correlações entre a microbiota encontrada no reator aeróbio e parâmetros físico-químicos. Os parâmetros físico-químicos analisados estiveram dentro dos limites permitidos pelas legislações federais e estaduais e os parâmetros Demanda Bioquímica de Oxigênio, Demanda Química de Oxigênio e Nitrogênio Kjeldahl foram reduzidos de 99,8%, 99,6% e 74,9%, respectivamente. Foi possível observar a presença tanto de bactérias oxidadoras de nitrito quanto de amônia em ambos os reatores analisados, bem como em cada ponto de coletas dentro dos reatores. A bactéria Pseudomonas fluorescens também ocorreu em todos os pontos de coleta dos dois reatores. Dentre os grupos que compõem a microfauna do lodo ativado, os ciliados rastejantes foram os mais frequentes, seguido pelas tecamebas, rotíferos, ciliados sésseis, ciliados livre natantes, flagelados e outros invertebrados. Além disso, não houve diferença entre as densidades dos grupos encontradas nos Pontos 1 e 2 do reator aeróbio e o Índice Biótico do Lodo encontrado foi igual a 8 (classe I). A semelhança apresentada entre a Taxa de Consumo de Oxigênio dos pontos 1 e 2, bem como a Taxa de Consumo de Oxigênio específica entre os pontos 1 e 2 sugere que o oxigênio é distribuído de forma homogênea dentro do tanque de aeração, fazendo com que os microrganismos tenham condições semelhantes de crescimento. Os ciliados livre natantes apresentaram correlação positiva com a DQO e DBO5 e os ciliados sésseis apresentaram correlação negativa com a DQO e com a DBO5. Os rotíferos apresentaram correlação negativa com Sólidos Suspensos Voláteis do reator aeróbio. Os ciliados rastejantes, tecamebas e rotíferos apresentaram correlação positiva com a microfauna total encontrada no reator aeróbio. Os ciliados livre natantes apresentaram correlação negativa com os ciliados sésseis, bactérias totais, Nitrobacter e outras bactérias; e correlação positiva com outros invertebrados. Os flagelados apresentaram correlação negativa com as bactérias totais, enquanto as outras bactérias apresentaram correlação positiva. Os outros invertebrados apresentaram correlação negativa com Nitrobacter.

Análise da Eficiência de Nitrificação em Reatores Biológicos de Leito Móvel (MBBR) em escala de bancada utilizando efluente de Refinaria de Petróleo.

As atividades industriais petroquímicas, incluindo as refinarias de petróleo, são grandes consumidoras de água e, consequentemente, grandes geradoras de efluentes industriais contendo uma infinidade de contaminantes. No caso das refinarias de petróleo brasileiras, o nitrogênio amoniacal tem se tornado um componente crítico a ser tratado, o que tem sido feito através de processos de tratamento biológicos que utilizam a nitrificação como base. Neste trabalho, foi avaliada a operação de um reator de leito móvel (MBBR), em escala de bancada, utilizando suportes de polietileno com área específica de 820 m2.m-3, para tratar um efluente proveniente de uma refinaria brasileira com alta concentração de nitrogênio amoniacal. O efluente bruto apresentou demanda química de oxigênio entre 100 e 300 mg.L-1, teores de nitrogênio amoniacal entre 60 e 90 mg.L-1 e condutividade elétrica entre 1 e 2 mS.cm-1. Mesmo com variações da qualidade da alimentação da planta ao longo do estudo, como o aumento das concentrações de contaminantes, incluindo inibidores da nitrificação típicos dos efluentes de refinaria, a planta atendeu à Resolução CONAMA 430/2011 (BRASIL, 2011), que limita a concentração de descarte em 20 mg.L-1 para o contaminante nitrogênio amoniacal, em 93% das medições. Para o caso de uma fictícia legislação mais restritiva, que exigisse limite de 5 mg.L-1 desse contaminante, houve sucesso no tratamento em 83% do tempo, com eficiência média de nitrificação de 93,1%, evidenciando que há uma possibilidade real de utilização do processo MBBR em refinarias brasileiras.