Occurrence of Giardia cysts and Cryptosporidium oocysts in activated sludge samples in Campinas, SP, Brazil

Giardia and Cryptosporidium have caused several outbreaks of gastroenteritis in humans associated with drinking water. Contaminated sewage effluents are recognized as a potential source of waterborne protozoa. Due to the lack of studies about the occurrence of these parasites in sewage samples in Brazil, we compared the efficiency of two procedures for concentrating cysts and oocysts in activated sludge samples of one sewage treatment plant. For this, the samples were submitted to i) concentration by the ether clarification procedure (ECP) and to ii) purification by sucrose flotation method (SFM) and aliquots of the pellets were examined by immunofluorescence. Giardia cysts were present in all samples (100.0%; n = 8) when using ECP and kit 1 reagents, while kit 2 resulted in six positive samples (85.7%; n = 7). As for SFM, cysts were detected in 75.0% and 100.0% of these samples (for kit 1 and 2, respectively). Regarding Cryptosporidium, two samples (25.0%; kit 1 and 28.5% for kit 2) were detected positive by using ECP, while for SFM, only one sample (examined by kit 1) was positive (12.5%). The results of the control trial revealed Giardia and Cryptosporidium recovery efficiency rates for ECP of 54.5% and 9.6%, while SFM was 10.5% and 3.2%, respectively. Considering the high concentration detected, a previous evaluation of the activated sludge before its application in agriculture is recommended and with some improvement, ECP would be an appropriate simple technique for protozoa detection in sewage samples.

Otimização do Funcionamento da ETAR das Termas de S. Vicente, Penafiel

A água é um recurso natural único, escasso e essencial a todos os seres vivos, o que a torna um bem de extrema importância. Nos dias de hoje, o desperdício deste bem, aliado ao aumento da sua procura, tornou-se um problema devido à decrescente disponibilidade de água doce no nosso planeta. Todas as águas que rejeitamos depois da sua utilização para diversos fins, designadas de águas residuais, necessitam de tratamento antes de serem devolvidas ao meio ambiente. O seu tratamento é realizado numa Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) e o processo de tratamento depende das suas características. A ETAR das Termas de S. Vicente, em Penafiel, trabalha no seu limite de capacidade, apresenta uma sobrecarga hidráulica gerada por uma afluência de águas pluviais e o processamento das lamas geradas não permite uma secagem tão completa como seria desejável. Assim, este trabalho teve como objetivo o estudo do funcionamento desta ETAR com a finalidade de propor soluções que o possam otimizar. As soluções propostas para otimizar o funcionamento da ETAR em estudo são: i) a substituição de grades de limpeza manual por grades de limpeza automática de forma a reduzir a necessidade da intervenção do operador ao nível da remoção e condicionamento dos gradados; ii) a construção de um desarenador arejado que além de remover areias de diâmetro superior a 0,2 mm promove também a remoção de gorduras, protegendo desta forma os equipamentos a jusante da abrasão/desgaste prematuros e reduzindo a formação de depósitos nas tubagens; iii) a construção de um tanque de equalização de forma a garantir uma distribuição mais uniforme dos caudais e da carga poluente; iv) a substituição do enchimento do leito percolador por um meio de suporte plástico que permite atingir melhores eficiências de remoção neste tratamento biológico; v) a alteração do agente de desinfeção para radiação ultravioleta, evitando a adição de produtos químicos na água residual e possível formação de subprodutos prejudiciais ao ambiente, como ocorreria no caso da cloragem; e vi) a substituição da desidratação de lamas em leitos de secagem por filtros de banda, que é um processo mais rápido, que ocupa menos espaço e permite atingir elevadas eficiências de remoção de humidade. Para cada uma das sugestões são apresentadas as correspondentes especificações técnicas e dimensionamento. As sugestões de melhoria apresentadas neste trabalho constituem uma alternativa mais económica do que a ampliação da ETAR, que genericamente corresponde à duplicação da linha de tratamento atual. Devido à menor complexidade em termos de construção, estas sugestões podem vir a ser implementadas num futuro próximo, prolongando assim um pouco mais a vida útil da ETAR atual.

Avaliação e Otimização do Consumo de Água no Processo e do Sistema de Tratamento de Efluentes

O elevado consumo de água associado à escassez deste recurso contribuiu para que alternativas de reutilização/reciclagem de água fossem estudadas que permitam diminuir o seu consumo e minimizar a dependência das indústrias. Monitorizar e avaliar os consumos de água, a nível industrial, é imprescindível para assegurar uma gestão sustentável dos recursos hídricos, sendo este o objetivo da presente dissertação. As alternativas encontradas na unidade industrial em estudo foram a substituição do equipamento sanitário e o aproveitamento do efluente tratado para operações de lavagem e/ou arrefecimento por contacto direto. A maioria do equipamento sanitário não é eficiente, tendo-se proposto a substituição desse sistema por um de menor consumo que permitirá uma poupança de 30 % no consumo de água, que corresponderá a 12 149,37 €/ano, sendo o retorno do investimento estimado em 3 meses. O efluente industrial na entrada da ETAR e nas diferentes etapas - tratamento primário de coagulação/floculação; tratamento secundário ou biológico em SBR; tratamento terciário de coagulação/floculação - foi caracterizado através da medição da temperatura, pH, oxigénio dissolvido e pela determinação da cor, turvação, sólidos suspensos totais (SST), azoto total, carência química de oxigénio (CQO), Carência Bioquímica de Oxigénio ao fim de 5 dias (CBO5) e razão CBO5/CQO. Esta caracterização permitiu avaliar o efluente industrial bruto que se caracteriza por um pH alcalino (8,3 ± 1,7); condutividade baixa (451 ± 200,2 μS/cm); elevada turvação (11 255 ± 8812,8 FTU); cor aparente (63 670 ± 42293,4 PtCo) e cor verdadeira (33 621 ± 19547,9 PtCo) elevadas; teores elevados de CQO (24 753 ± 11806,7 mg/L O2) SST (5 164 ± 3845,5 mg/L) e azoto total (718 mg/L) e um índice de biodegradabilidade baixo (razão CBO5/CQO de 1,4). Este estudo permitiu verificar que a eficiência global do tratamento do efluente foi 82 % na remoção da turvação, 83 % na remoção da cor aparente, 96 % na remoção da cor verdadeira, 85 % na remoção da CQO e 30 % na remoção dos SST. Quanto às eficiências de remoção associadas ao tratamento primário no que diz respeito à turvação, cor aparente, CQO e SST, apresentam valores inferiores aos referidos na literatura para o mesmo tipo de tratamento em efluentes similares. As eficiências de remoção obtidas no tratamento secundário são inferiores às do tratamento primário: turvação, cor aparente, CQO e SST, pelo que procurou-se otimizar a primeira etapa do processo de tratamento Neste estudo de otimização estudou-se a influência de cinco coagulantes – Sulfato de Alumínio, PAX XL – 10, PAX 18, cloreto de ferro e a conjugação de PAX 18 com sulfato de ferro - e seis floculantes – Superfloc A 150, Superfloc A 130, PA 1020, Ambifloc 560, Ambifloc C58 e Rifloc 54 - no tratamento físico-químico do efluente. O PAX 18 e o Ambifloc 560 UUJ foram os que apresentaram as mais elevadas eficiências de remoção (99,85 % na cor, 99,87 % na turvação, 90,12 % na CQO e 99,87 % nos SST). O custo associado a este tratamento é de 1,03 €/m3. Pela comparação com os critérios de qualidade no guia técnico ERSAR, apenas o parâmetro da CQO excede o valor, contudo o valor obtido permite diminuir os custos associados a um tratamento posterior para remoção da CQO remanescente no efluente residual tratado.

Microbiological contamination of a hemodialysis center water distribution system

The microbiological monitoring of the water used for hemodialysis is extremely important, especially because of the debilitated immune system of patients suffering from chronic renal insufficiency. To investigate the occurrence and species diversity of bacteria in waters, water samples were collected monthly from a hemodialysis center in upstate São Paulo and tap water samples at the terminal sites of the distribution system was sampled repeatedly (22 times) at each of five points in the distribution system; a further 36 samples were taken from cannulae in 19 hemodialysis machines that were ready for the next patient, four samples from the reuse system and 13 from the water storage system. To identify bacteria, samples were filtered through 0.22 µm-pore membranes; for mycobacteria, 0.45 µm pores were used. Conventional microbiological and molecular methods were used in the analysis. Bacteria were isolated from the distribution system (128 isolates), kidney machine water (43) and reuse system (3). Among these isolates, 32 were Gram-positive rods, 120 Gram-negative rods, 20 Gram-positive cocci and 11 mycobacteria. We propose the continual monitoring of the water supplies in hemodialysis centers and the adoption of effective prophylactic measures that minimize the exposure of these immunodeficient patients to contaminated sources of water.

Modelling and optimization of the ion exchange membrane bioreactor for removal of anionic pollutants from drinking water streams

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química, especialidade de Engenharia Bioquímica

Uso Sustentável de Vapor

Em 2006, a IEA (Agência Internacional de Energia), publicou alguns estudos de consumos mundiais de energia. Naquela altura, apontava na fabricação de produtos, um consumo mundial de energia elétrica, de origem fóssil de cerca 86,16 EJ/ano (86,16×018 J) e um consumo de energia nos sistemas de vapor de 32,75 EJ/ano. Evidenciou também nesses estudos que o potencial de poupança de energia nos sistemas de vapor era de 3,27 EJ/ano. Ou seja, quase tanto como a energia consumida nos sistemas de vapor da U.E. Não se encontraram números relativamente a Portugal, mas comparativamente com outros Países publicitados com alguma similaridade, o consumo de energia em vapor rondará 0,2 EJ/ano e por conseguinte um potencial de poupança de cerca 0,02 EJ/ano, ou 5,6 × 106 MWh/ano ou uma potência de 646 MW, mais do que a potência de cinco barragens Crestuma/Lever! Trata-se efetivamente de muita energia; interessa por isso perceber o onde e o porquê deste desperdício. De um modo muito modesto, pretende-se com este trabalho dar algum contributo neste sentido. Procurou-se evidenciar as possibilidades reais de os utilizadores de vapor de água na indústria reduzirem os consumos de energia associados à sua produção. Não estão em causa as diferentes formas de energia para a geração de vapor, sejam de origem fóssil ou renovável; interessou neste trabalho estudar o modo de como é manuseado o vapor na sua função de transporte de energia térmica, e de como este poderá ser melhorado na sua eficiência de cedência de calor, idealmente com menor consumo de energia. Com efeito, de que servirá se se optou por substituir o tipo de queima para uma mais sustentável se a jusante se continuarem a verificarem desperdícios, descarga exagerada nas purgas das caldeiras com perda de calor associada, emissões permanentes de vapor para a atmosfera em tanques de condensado, perdas por válvulas nos vedantes, purgadores avariados abertos, pressão de vapor exageradamente alta atendendo às temperaturas necessárias, “layouts” do sistema de distribuição mal desenhados, inexistência de registos de produção e consumos de vapor, etc. A base de organização deste estudo foi o ciclo de vapor: produção, distribuição, consumo e recuperação de condensado. Pareceu importante incluir também o tratamento de água, atendendo às implicações na transferência de calor das superfícies com incrustações. Na produção de vapor, verifica-se que os maiores problemas de perda de energia têm a ver com a falta de controlo, no excesso de ar e purgas das caldeiras em exagero. Na distribuição de vapor aborda-se o dimensionamento das tubagens, necessidade de purgas a v montante das válvulas de controlo, a redução de pressão com válvulas redutoras tradicionais; será de destacar a experiência americana no uso de micro turbinas para a redução de pressão com produção simultânea de eletricidade. Em Portugal não se conhecem instalações com esta opção. Fabricantes da República Checa e Áustria, têm tido sucesso em algumas dezenas de instalações de redução de pressão em diversos países europeus (UK, Alemanha, R. Checa, França, etc.). Para determinação de consumos de vapor, para projeto ou mesmo para estimativa em máquinas existentes, disponibiliza-se uma série de equações para os casos mais comuns. Dá-se especial relevo ao problema que se verifica numa grande percentagem de permutadores de calor, que é a estagnação de condensado - “stalled conditions”. Tenta-se também evidenciar as vantagens da recuperação de vapor de flash (infelizmente de pouca tradição em Portugal), e a aplicação de termocompressores. Finalmente aborda-se o benchmarking e monitorização, quer dos custos de vapor quer dos consumos específicos dos produtos. Esta abordagem é algo ligeira, por manifesta falta de estudos publicados. Como trabalhos práticos, foram efetuados levantamentos a instalações de vapor em diversos sectores de atividades; 1. ISEP - Laboratório de Química. Porto, 2. Prio Energy - Fábrica de Biocombustíveis. Porto de Aveiro. 3. Inapal Plásticos. Componentes de Automóvel. Leça do Balio, 4. Malhas Sonix. Tinturaria Têxtil. Barcelos, 5. Uma instalação de cartão canelado e uma instalação de alimentos derivados de soja. Também se inclui um estudo comparativo de custos de vapor usado nos hospitais: quando produzido por geradores de vapor com queima de combustível e quando é produzido por pequenos geradores elétricos. Os resultados estão resumidos em tabelas e conclui-se que se o potencial de poupança se aproxima do referido no início deste trabalho.

Projeto de uma ETAR de 3200 habitantes equivalentes

A atividade humana e industrial usa a água para as suas atividades do quotidiano. A água é um recurso natural escasso cuja qualidade deve ser protegida, defendida, gerida e tratada em conformidade com o seu uso. Nesse âmbito, a gestão das águas prossegue objetivos de proteção da saúde humana e de preservação, proteção e melhoria da qualidade do ambiente[1]. Desde o final do seculo XIX até aos dias de hoje, verificou-se uma forte evolução nos sistemas de tratamento de águas residuais. Esta evolução foi fundamental para dar resposta às maiores exigências de qualidade do efluente tratado. O sistema de lamas ativadas é um dos processos de tratamento biológico das águas residuais mais usados em todo o mundo. Este trabalho consiste no desenvolvimento do projeto de conceção e dimensionamento de uma Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) para servir um pequeno aglomerado de cerca de 3200 habitantes equivalentes (hab.eq.), tendo como objetivo o dimensionamento de todas as etapas de tratamento necessárias ao cumprimento da legislação em vigor para a descarga das águas residuais urbanas no meio recetor. O Decreto-lei nº 152/97[2], relativo ao tratamento de águas residuais urbanas, juntamente com o Decreto-lei nº 149/2004[3] que identifica as zonas sensíveis e de zonas menos sensíveis, permitem que as entidades licenciadoras definam o grau de tratamento que a instalação deve possuir tendo em consideração a classificação do meio onde o efluente tratado é descarregado. O Decreto-Lei n.º 135/2009[1] estabelece o regime de identificação, gestão, monitorização e classificação da qualidade das águas balneares, impondo a qualidade microbiológica da água residual tratada mediante o meio recetor, e portanto conseguindo-se assim definir o tratamento de desinfeção a adotar. Resumidamente, a conceção do tratamento focou as seguintes etapas: tratamento preliminar formado por uma unidade compacta de tamisação, desarenador e desengordurador, tratamento secundário por lamas ativadas em regime de arejamento prolongado constituído por dois reatores com cerca de 400 m3 de volume seguido de um decantador com um diâmetro de 9.5 m, tratamento terciário de desinfeção composto por uma microtamisação seguido de desinfeção UV, e a utilização das operações comuns de espessamento e desidratação das lamas produzidas em excesso pelo tratamento, constituída por com um espessador gravítico com 4.6 m de diâmetro, e um filtro banda para a desidratação.

Removal of Erythrosine B dye from water effluents using crop waste pumpkin seed hulls as adsorbent

Erythrosine B is widely used for coloring in various applications, especially in the food industry, despite its already proved toxicity and carcinogenicity. The agrowaste pumpkin seed hulls were applied as potential adsorbent for the removal of Erythrosine from aqueous solutions. Adsorption mechanism and kinetics were analyzed for design purposes. The seed hulls were characterized by specific techniques before and after dye retention. It was found that the attachment of Erythrosine B molecules on adsorbent surface may be attributed to the interactions between carboxyl and/or carbonyl groups of both dye and agrowaste wall components. A univariate approach followed by a factorial design was applied to study and analyze the experimental results as well as to estimate the combined effects of the process factors on the removal efficiency and dye uptake. Adsorption mechanism may be predominantly due to intraparticle diffusion, dependent on pore size. The four equilibrium models applied fitted the data well; the maximum adsorption capacity for Erythrosine was 16.4 mg/g. The results showed that adsorbent is effective for Erythrosine B removal for a large concentration range in aqueous solutions (5400 mg/L) in batch systems.

Caracterização do microbioma e dos perfis de resistência nos afluentes e efluentes de ETAR

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clínica)

Removal of tetracycline from contaminated water by Moringa oleifera seed preparations

The aim of this study was to evaluate tetracycline antibiotic (TA) removal from contaminated water by Moringa oleifera seed preparations. The composition of synthetic water approximate river natural contaminated water and TA simulated its presence as an emerging pollutant. Interactions between TA and protein preparations (extract; fraction and lectin) were also evaluated. TA was determined by solid phase extraction followed by high performance liquid chromatography - mass spectrometry. Moringa extract and flour removed TA from water. Extract removed TA in all concentrations and better removal (40%) was obtained with 40 mg L1; seed flour (particles < 5mm), 1.25 g L1 and 2.50 g L1 removed 28 and 29% of tetracycline, respectively; particles > 5 mm (0.50 g L1) removed 55% of antibiotic. Interactions between TA and seed preparations were assayed by haemagglutinating activity (HA). Specific HA (SHA) of extract (pH 7) was abolished with tetracycline (5 mg L1); fraction (75%) and lectin HA (97%) were inhibited with TA. Extract SHA decreased by 75% at pH 8. Zeta potential (ZP) of extract 700 mg L1 and tetracycline 50 mg L1 , pH range 5 to 8, showed different results. Extract ZP was more negative (10.73 mV to 16.00 mV) than tetracycline ZP (0.27 mV to 20.15 mV); ZP difference was greater in pH 8. The focus of this study was achieved since moringa preparations removed TA from water and compounds interacting with tetracycline involved at least lectin binding sites. This is a natural process, which do not promote environmental damage.

Avaliação e gestão de riscos em sistemas de saneamento

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

The appraisal of mesophilic anaerobic digestion and thermophilic aerobic digestion in the treatment of municipal sludge in Ireland

It has been well documented that the optimum feedstock for anaerobic digesters consists of readily biodegradable compounds, as found in primary sludge or even a mixed substrate of primary and excess activated sludge. Due to the requirements of the Urban Wastewater Treatment Plant Directive of 1991, the quantities of secondary sludge generated is set to increase substantially. A pilot scale study was undertaken to evaluate the performance of both Mesophilic Anaerobic Digestion and Thermophilic Aerobic digestion in the treatment of secondary sludge. The results indicated that the anaerobic pilot scale digester achieved a greater solids destruction than the aerobic pilot plant averaging at 28% T.S. removal verses 20% for the aerobic digester, despite the fact that secondary sludge is the optimum feedstock for aerobic digestion. This can, however, be attributed to the greater biomass yield experienced with aerobic systems, and to the absence of Autothermal conditions. At present, the traditional technique of Mesophilic Anaerobic Digestion is in widespread application throughout Ireland, for the stabilisation of sewage sludge. There is only one Autothermal Thermophilic Aerobic Digester at present situated in Killarney, Co. Kerry. A further objectives of the study was to compare full-scale applications of Mesophilic Anaerobic Digestion to ATAD. Two Sludge Treatment plants, situated in Co. Kerry, were used for this purpose, and were assessed mainly under the following headings; process stability, solids reduction on average, the ATAD plant in Killarney has the advantage of producing a “Class A” Biosolid in terms of pathogen reduction, and can effectively treat double the quantity of sludge. In addition, economically the ATAD plant is cheaper to run, costing €190 / t.d.s verses €211 / t.d.s. for the anaerobic digester in Tralee. An overview of additional operational Anaerobic Digestion Plants throughout Ireland is also presented.

Energy from waste (EfW): a feasibility study on the economic and the environmental co-benefits of biogas production within rural communities

Energy from waste (E/W) technologies in the form o f biogas plants, CHP plants and other municipal solid waste (MSW) conversion technologies, have been gaining steady ground in the provision o f energy throughout Europe and the UK. Urban Waste Water Treatment Plants (UWWTP) are utilising much o f the same biochemical processes common to these E/W plants. Previous studies on Centralised Anaerobic Digestion (CAD) within Ireland found that the legislative and economic conditions were not conducive to such an operation on the grounds o f low energy price for electric and heat energy, and due to the restrictive nature o f the allowable feedstocks. Recent changes to the Irish REFIT tariff on energy produced from Anaerobic digestion; alterations to the regulation o f the allowable use o f animal by products(ABP); the recent enactment o f the Renewable Energy D irective (09/28/EC) and a subsequent review o f the draft Biowaste Directive (2001) required that the issue o f decentralised energy production in Ireland be reassessed. In this instance the feasibility study is based on a extant rural community, centred around the village o f Woodford Co Galway. The review found that the prevailing conditions were now such that it was technically and economically feasible for this biochemical process to provide energy and waste treatment facilities at the above location. The review also outlines the last item which is preventing this process from becoming achievable, specifically the lack o f a digestate regulation on land spreading which deals specifically with biowaste. The study finds that the implementation o f the draft EU biowaste regulations, with amendments for Cr and Hg levels to match the proposed Irish regulation for compost, would ensure that Ireland has some o f the most restrictive regulations in Europe for this application. The delay in completing this piece o f legislation is preventing national energy and waste issues from being resolved in a planned and stepwise fashion. A proposed lay out for the new Integrated Waste from Energy Plant (IW/EP) is presented. Budget economic projections and alternative revenue streams are outlined. Finally a review o f the national policies regarding the Rural Development Plan (RDP), the Rural Planning Guidelines (RPG) and the National Renewable Energy Action Plan (NREAP) are examined against the relevant EU directives.

The effects of detergent loading on rotating biological contactor (RBC) wastewater treatment efficiency

There are presently over 182 RBC plants, treating domestic wastewater, in the Republic of Ireland, 136 of which have been installed since 1986. The use of this treatment plant technology, although not new, is becoming increasingly popular. The aim of this research was to assess the effects that a household detergent has on rotating biological contractor treatment plant efficiency. Household detergents contribute phosphorus to the surrounding environment and can also remove beneficial biomass from the disc media. A simple modification was made to a conventional flat disc unit to increase the oxygen transfer of the process. The treatment efficiency of the modified RBC (with aeration cups attached) was assessed against a parallel conventional system, with and without degergent loading. The parameters monitored were chemical oxygen demand (COD), bio-chemical oxygen demand (BOD), nitrates, phosphates, dissolved oxygen, the motors power consumption, pH, and temperature. Some microscopic analysis of the biofilm was also to be carried out. The treatment efficiency of both units was compared, based on COD/BOD removal. The degree of nitrification achievable by both units was also assessed with any fluctuations in pH noted. Monitoring of the phosphorus removal capabilities of both units was undertaken. Relationships between detergent concentrations and COD removal efficiencies were also analysed.

Occurrence of Hirudinea species in a post urban reach of a Patagonian mountain stream

Temporal (May 2005 to February 2006) and habitat distribution (pools and riffles) of Hirudinea species was analyzed at a post urban reach from Esquel stream (Chubut province, Patagonia, Argentina). Site was located 5.7 km downstream a Waste Treatment Plant. Mean values of nutrients: ammonia, nitrates and soluble reactive phosphate, as well water conductivity, turbidity and total suspended solids indicated physical and organic pollution. Leeches assemblage was composed by the glossiphonids: Helobdella scutifera Blanchard, 1900, H. michaelseni (Blanchard, 1900), H. simplex (Moore, 1911), Helobdella sp., H. hyalina Ringuelet, 1942, H. obscura Ringuelet, 1942 and the semiscolecid Patagoniobdella variabilis (Blanchard, 1900). From these H. hyalina and H. obscura are new records for Chubut province. Helobdella hyalina (810 ind.m-2) and H. simplex (465 ind. m-2) clearly dominated the assemblage at the reach. Only H. simplex displayed a spatial preference being significantly more abundant in pools than in riffle habitats (p<0.001). Species recruitment occurred mostly at September, December and March when juveniles were very abundant. Although several species of Helobdella were able to live in the disturbed section of the stream, only H. simplex and H. hyalina sustained large populations at the site and can be considered as tolerant to organic enrichment. This information is valuable to future studies on stream condition assessment in mountainous areas in Patagonia, and in other areas in which these species are present.