Avaliação de um sistema descentralizado de tratamento de esgotos domésticos em escala real composto por tanque séptico e wetland construída híbrida

A concentração demográfica e de sistemas coletivos de esgotamento sanitário dentro do perímetro urbano da maioria dos municípios brasileiros, dificulta a viabilização do fornecimento de serviços de tratamento de esgotos domésticos à habitações e núcleos habitacionais isolados situados em áreas periurbanas e rurais, intensificando os danos provocados pela poluição de origem antrópica ao meio ambiente e à preservação da saúde pública. Para contribuir no equacionamento deste problema, o presente estudo teve por finalidade avaliar uma wetland construída híbrida em escala real, composta por uma unidade com fluxo contínuo subsuperficial vertical seguida por uma unidade de fluxo contínuo subsuperficial horizontal, cultivadas com capim Vetiver, para o tratamento de efluente proveniente de tanque séptico. A presente configuração experimental busca uma solução de baixo custo e simplificada para o tratamento descentralizado de esgotos domésticos. A estação experimental de tratamento de esgotos, parte integrante e um dos produtos da Rede Nacional de Tratamento de Esgotos Descentralizados RENTED, foi construída no Centro Tecnológico de Hidráulica CTH / Escola Politécnica EPUSP, campus Butantã da USP, em São Paulo. O esgoto bruto foi proveniente do Conjunto Residencial da USP e do restaurante central da Cidade Universitária. As vazões média e máxima de esgoto bruto, respectivamente, de 640L.d-1 e 1600L.d-1, foram aplicadas à entrada do TS de 5.000L e deste escoaram por gravidade à entrada da wetland construída híbrida, com TDH total de 2,8d e 1,1d, respectivamente, sob aplicação das vazões média e máxima de projeto. O monitoramento do experimento em campo, incluindo o período inicial de partida, durou 6 meses consecutivos. Foram avaliados os parâmetros físico-químicos e microbiológicos do esgoto bruto e do efluente do tanque séptico e das câmaras da wetland construída híbrida durante 97 dias consecutivos. Os resultados indicaram que tanto as mudas jovens quanto as adultas de capim Vetiver adaptaram-se bem às condições ambientais. As eficiências médias de remoção no efluente tratado final quanto à matéria orgânica carbonácea foram de 96 por cento para DBO5,20 e 90 por cento para DQO, 40 por cento para N-total, 23 por cento para N-amoniacal total, 60 por cento para P-total, 52 por cento para P-PO4, 74 por cento para SST, 96 por cento para SSV, 75 por cento para sólidos sedimentáveis, 44 por cento para SDV, 88 por cento para sulfeto total, e 97 por cento para óleos e graxas totais, variando entre 73 por cento a 100 por cento . Cerca de 80 por cento da fração orgânica da matéria nitrogenada presente no esgoto bruto foi removida. A remoção de coliformes termotolerantes foi, em média, de 2 e 3 unidades log, e de Escherichia Coli, média de 1 e 3 unidades log, respectivamente, sob aplicação das vazões máxima e média, Giardia sp, média de 99,995 por cento , Cryptosporidium sp, média de 98,7 por cento , Enterovírus, média de 99,6 por cento , e Ascaris sp, média de 0,10 ovo/L. A remoção de sulfetos propiciou a geração de efluente tratado sem odores desagradáveis. A diminuição da vazão aplicada e a elevação do TDH influenciaram positivamente no desempenho do sistema com relação às remoções dos parâmetros físico-químicos e microbiológicos. Com base no presente estudo, ficou evidente o benefício da associação de wetlands construídas com fluxo vertical e horizontal no tratamento de efluente de tanque séptico. O capim Vetiver apresentou bom potencial de utilização em wetlands 8 construídas para tratamento de esgotos domésticos. O sistema experimental de tratamento apresentou flexibilidade operacional, mantendo bom desempenho inclusive nos períodos de sobrecarga. A qualidade do efluente tratado final obtido no presente estudo atende às exigências de lançamento e aos padrões de emissão de efluentes líquidos em corpos dágua e em sistemas públicos de esgotamento sanitário definidos na legislação ambiental federal e do Estado de São Paulo. A tecnologia de wetlands construídas híbridas associada ao tratamento de efluentes de tanque séptico apresentou bom potencial para o tratamento descentralizado de esgotos domésticos, inclusive em regiões com pouca disponibilidade de área livre.

Avaliação da quantidade e qualidade dos recursos hídricos superficiais da bacia hidrográfica do rio Sapucaí-Mirim (SP) através do simulador computacional Mike Basin

Fundamental a vida e ao desenvolvimento de qualquer sociedade, a água é um bem precioso e limitado que está se esgotando e sendo motivo de preocupação mundial. O desperdício, a distribuição desigual, o aumento do consumo e a degradação da qualidade da água são motivos que a tornaram escassa e trouxeram à tona a importância do planejamento e gerenciamento dos recursos hídricos. Frente a esta situação, este trabalho buscou avaliar a disponibilidade hídrica quantitativa e qualitativa da bacia hidrográfica do rio Sapucaí-Mirim, SP. Através da aplicação do simulador hidrológico MIKE BASIN, foi analisado o desempenho do sistema de recursos hídricos, o conflito existente entre os usos múltiplos e a concentração dos parâmetros OD e DBO nas águas do rio que recebe efluentes domésticos, muitos deles sem nenhum tratamento. Apesar da quantidade de água ser suficiente para atender às demandas, o estudo mostra que a geração de energia elétrica está comprometida e a água está se esgotando qualitativamente, evidenciando a necessidade e urgência de se implantar estações de tratamento de esgoto.

Disposição de resíduos gerados em estações de tratamento de água em estações de tratamento de esgoto

O presente trabalho foi realizado em duas fases. Na primeira, foram estimados os efeitos produzidos nos decantadores primários de uma ETE, após receber resíduo da ETA-SC, que utiliza sulfato de alumínio como coagulante. Foram realizados ensaios em colunas de sedimentação, onde os parâmetros SST, SSV, cor, turbidez, DQO, coliformes totais, Escherichia coli e parasitas, pesquisados no sobrenadante, diminuíram com o aumento da quantidade de resíduo adicionado. Com relação aos sedimentos obtidos nas colunas de sedimentação, foi encontrada maior quantidade de ST e menor resistência específica nos lodos provenientes das colunas que receberam os resíduos da ETA-SC. No teste de atividade metanogênica, a concentração molar de metano foi reduzida nos sistemas que receberam resíduo da ETA-SC, influenciando negativamente no desenvolvimento dos microrganismos metanogênicas. As espécies de microrganismos do gênero Methanothrix sp foram inibidas, sendo encontradas em maior número no frasco-reator controle e em menor quantidade a medida que se aumentou a quantidade do resíduo adicionado. Nesta etapa foi constatado que o resíduo da ETA-SC poderá apresentar interferências negativas sobre a digestão anaeróbia do lodo produzido em decantadores primários de uma ETE. Na segunda fase, na estação piloto, composta de lagoa de aeração seguida de lagoa de sedimentação, que recebeu resíduo da ETA-Fonte, que utiliza cloreto férrico como coagulante, foi verificado que tal resíduo melhorou a qualidade do efluente em termos de DQO, DBO, SST, turbidez, cor, amônio, nitrato, NTK e fosfato total. Os parâmetros ST, SDT, cloreto, nitrito, condutividade e pH não apresentaram diferenças significativas. Em relação ao exame microscópico não houve influências negativas no licor misto das lagoas de aeração. O lodo formado nas lagoas de sedimentação piloto apresentou-se em maior quantidade na lagoa que recebeu resíduo da ETA-Fonte. Neste lodo a resistência específica a filtração foi menor em comparação ao lodo da lagoa que não recebeu resíduo da ETA-Fonte. A desidratação deste lodo por centrifugação necessitou menor quantidade de polieletrólito. Baseado neste estudo não foi verificado interferências que possa impedir o lançamento do resíduo da ETA-Fonte na ETE-Araraquara.

Tratamento de água residuária parcialmente solúvel em reator anaeróbio em batelada seqüencial contendo biomassa imobilizada e agitação mecânica: análise da influência da intensidade de agitação e do tamanho de biopartícula

Neste trabalho de doutorado utilizou-se um reator anaeróbio em batelada seqüencial contendo biomassa imobilizada em matrizes cúbicas de espuma de poliuretano e agitação mecânica, com volume total de 5.5 L e volume útil de 4.5 L. A agitação do meio líquido foi realizada com quatro tipos de impelidores (turbina tipo hélice, lâminas planas, lâminas planas inclinadas e lâminas curvas, testados individualmente, sempre em número de 3), com 6 cm de diâmetro. A pesquisa foi realizada em quatro etapas experimentais. A etapa 1 objetivou determinar o tempo de mistura no reator para cada tipo de impelidor, ou seja, o tempo necessário para que o meio líquido ficasse totalmente homogêneo. A etapa 2 objetivou selecionar o tipo de impelidor e a respectiva intensidade de agitação que garantisse a minimização da resistência à transferência de massa externa no sistema. As intensidades de agitação testadas variaram de 200 a 1100 rpm, dependendo do tipo de impelidor. A etapa 3 foi realizada com tipo de impelidor e intensidade de agitação definidos na etapa 2, mas variando-se o tamanho da biopartícula (0,5, 1,0, 2,0 e 3,0 cm de aresta). O objetivo desta etapa foi selecionar o tamanho de biopartícula que minimizasse a resistência à transferência de massa interna. De posse das condições operacionais otimizadas (tipo de impelidor, intensidade de agitação e tamanho de partícula de suporte), a etapa 4 constituiu na aplicação das mesmas para o tratamento de um resíduo real, sendo escolhida água residuária de suinocultura. Na etapa 1, os resultados mostraram que os tempos de mistura para todos os tipos de impelidores foram desprezíveis em relação ao tempo total de ciclo. A etapa 2 revelou tempos de partida muito curtos (cerca de 20 dias), em todas as condições testadas, sendo atingidas remoções de DQO próximas de 70%. Além disso, o tipo de impelidor exerceu grande influência na qualidade final do efluente, fato este claramente constatado quando as frações de DQO foram consideradas separadamente (filtrada e suspensa). De acordo com os resultados obtidos na etapa 3, o tamanho da biopartícula teve influência decisiva no desempenho do sistema, nas condições testadas. As velocidades de dissolução foram aparentemente influenciadas pelo empacotamento do leito de espuma, enquanto que o consumo da fração de DQO correspondente às amostras filtradas foi provavelmente influenciado por fatores mais complexos. Finalmente, o teste realizado com resíduo diluído de suinocultura demonstrou que a operação do reator em estudo para o tratamento deste tipo de água residuária é possível. Os dados operacionais mostraram que o reator permaneceu estável durante o período testado. A agitação mecânica provou ser eficiente para melhorar a degradação da DQO suspensa, um dos maiores problemas no tratamento deste tipo de água residuária. Sendo assim, de acordo com os dados experimentais obtidos ao longo do trabalho, pode-se afirmar que a agitação em reatores em batelada mostrou-se importante não somente para proporcionar boas condições de mistura ou melhorar a transferência de massa na fase líquida, mas também para melhorar a solubilização da matéria orgânica particulada, melhorando as velocidades de consumo de matéria orgânica.

Policy Development at a Local Level to Mitigate Depositing Endocrine Disruptors into Aquatic Ecosystems

Endocrine disruptors are suspected to cause disruption to organisms in aquatic environments. Intersex fish and skewed populations of females outnumbering males have been found where effluents from municipal wastewater treatment plants enter into receiving waters. The science needed to substantiate a link of these suspected pollutants as the cause of problems to human health or the environmental is in its infancy. Empirical research was used to identify suspected endocrine disruptors, their sources, and the difficulties involved in regulating these emerging contaminants. This project examined entities that are addressing endocrine disruption and provides cost-effective recommendations for municipalities to develop policies to mitigate the amount of endocrine disruptors entering into receiving waters and limiting the effects caused by endocrine disruption.

Illinois Phosphorus Effluent Limits: Minimizing the Impacts Through the Use of Non-point Controls at the Springbrook Water Reclamation Center in Naperville, Illinois

Phosphorus pollution is a major concern in Illinois. Excessive amounts of phosphorus can be detrimental to water bodies. To help control phosphorus, the Illinois Pollution Control Board has proposed phosphorus limits on wastewater treatment facility discharges. If enacted, these limits will have negative impacts on the Springbrook Water Reclamation Center in Naperville, Illinois. To minimize these impacts, Naperville can utilize various non-point controls recommended in this paper to decrease the amount of phosphorus entering into the DuPage River and the Springbrook Water Reclamation Center. While these controls will not reduce levels low enough to totally satisfy limits on phosphorus discharges, they will significantly reduce the treatment costs Naperville will need to expend to meet them and be more environmentally effective.

Biodiesel production by transesterification of sludge in supercritical conditions

In this study wastewater treatment plant (WWTP) sludge was subjected to a reactive pyrolysis treatment to produce a high quality pyro-oil. Sludge was treated in supercritical conditions in the presence of methanol using hexane as cosolvent in a high pressure lab-autoclave. The variables affecting the pyro-oil yield and the product quality, such as mass ratio of alcohol to sludge, presence of cosolvent and temperature, were investigated. It was found that the use of a non-polar cosolvent (hexane) presents advantages in the production of high quality pyro-oil from sludge: increase of the non-polar pyro-oil yield and a considerable reduction of the amount of methanol needed to carry out the transesterification of fatty acids present in the sludge.

Water reduction in waste-activated sludge by resettling and filtration in batch. Phase (1): pilot-scale experiments to optimize performance

This article describes an effective procedure for reducing the water content of excess sludge production from a wastewater treatment plant by increasing its concentration and, as a consequence, minimizing the volume of sludge to be managed. It consists of a pre-dewatering sludge process, which is used as a preliminary step or alternative to the thickening. It is made up of two discontinuous sequential stages: the first is resettling and the second, filtration through a porous medium. The process is strictly physical, without any chemical additives or electromechanical equipment intervening. The experiment was carried out in a pilot-scale system, consisting of a column of sedimentation that incorporates a filter medium. Different sludge heights were tested over the filter to verify the influence of hydrostatic pressure on the various final concentrations of each stage. The results show that the initial sludge concentration may increase by more than 570% by the end of the process with the final volume of sludge being reduced in similar proportions and hydrostatic pressure having a limited effect on this final concentration. Moreover, the value of the hydrostatic pressure at which critical specific cake resistance is reached is established.

Evolution of extracellular polymeric substances produced in two submerged membrane bioreactors working at high sludge age

This research paper deals with the evolution of the extracellular polymeric substances (EPS) produced in the mixed liquor of two 25 L bench-scale membrane bioreactors (MBRs), with micro (MF-MBR) and ultrafiltration (UF-MBR) submerged membranes. The conclusion focuses on the relationship between the operation and how EPS respond, demonstrating that significant changes in EPS concentration were commonly observed when abrupt changes in the operational conditions took place. Bound EPS (EPSb) showed moderate positive statistical correlations with sludge age and MLSS for the two MBRs. Soluble EPS (EPSs), on the other hand, showed a moderate negative statistical correlation between EPSs with the two parameters analyzed for MF-MBR and no correlation with the UF-MBR was found. With respect to the composition of EPS, EPSb were mostly made up of proteins (44–46%) whereas in EPSs, the three components (proteins, carbohydrates, and humic substances) appeared in approximately the same proportion. The statistical analysis exhibited strong positive correlations between EPSb and their constituents, however for EPSs, the correlation was strong only with carbohydrates and moderate with humic substances.

Influence of sludge retention time on filtration performance and biomass characteristics in a hollow fiber membrane bioreactor

In this study, the filtration process and the biomass characteristics in a laboratory-scale submerged membrane bioreactor (MBR) equipped with a hollow fiber (HF) microfiltration membrane were studied at different solid retention times (SRT). The MBR was fed by synthetic wastewater and the organic loading rate (OLR) was 0.5, 0.2, 0.1, and 0.08 kg COD kg VSS−1 d−1 for 10, 30, 60, and 90 days of SRT, respectively. The hydraulic retention time was 8.4 h and the permeate flux was 6 L m−2 h−1(LMH). Data analysis confirmed that at all the studied SRTs, the HF-MBR operated very good obtaining of high quality permeates. Chemical Oxygen Demand (COD) removal efficiencies were higher than 95%. The best filtration performance was reached at SRT of 30 d. On the other hand, the respirometric analysis showed that biomass was more active and there was more biomass production at low SRTs. The concentration of soluble extracellular polymeric substances (EPS) decreased with increasing SRT. A decrease of soluble EPS caused a decrease of membrane fouling rate, decreasing the frequency of chemical cleanings. The floc size decreased with SRT increasing. At high SRTs, there was more friction among particles due to the increase of the cellular density and the flocs broke decreasing their size.

The Digester, over the spillway.

"To promote optimum operation and maintenance of every water and wastewater treatment facility in Illinois."

Nitrogen removal from sludge digester liquids by nitrification/denitrification or partial nitritation/anammox: environmental and economical considerations

In wastewater treatment plants with anaerobic sludge digestion, 15-20% of the nitrogen load is recirculated to the main stream with the return liquors from dewatering. Separate treatment of this ammonium-rich digester supernatant significantly reduces the nitrogen load of the activated sludge system. Two biological applications are considered for nitrogen elimination: (i) classical autotrophic nitrification/heterotrophic denitrification and (ii) partial nitritation/autotrophic anaerobic ammonium oxidation (anammox). With both applications 85-90% nitrogen removal can be achieved, but there are considerable differences in terms of sustainability and costs. The final gaseous products for heterotrophic denitrification are generally not measured and are assumed to be nitrogen gas (N-2). However, significant nitrous oxide (N2O) production can occur at elevated nitrite concentrations in the reactor. Denitrification via nitrite instead of nitrate has been promoted in recent years in order to reduce the oxygen and the organic carbon requirements. Obviously this achievement turns out to be rather disadvantageous from an overall environmental point of view. On the other hand no unfavorable intermediates are emitted during anaerobic ammonium oxidation. A cost estimate for both applications demonstrates that partial nitritation/anammox is also more economical than classical nitrification/denitrification. Therefore autotrophic nitrogen elimination should be used in future to treat ammonium-rich sludge liquors.

Process, performance, and pollution potential: A review of septic tank-soil absorption systems

On-site wastewater treatment and dispersal systems (OWTS) are used in non-sewered populated areas in Australia to treat and dispose of household wastewater. The most common OWTS in Australia is the septic tank-soil absorption system (SAS) - which relies on the soil to treat and disperse effluent. The mechanisms governing purification and hydraulic performance of a SAS are complex and have been shown to be highly influenced by the biological zone (biomat) which develops on the soil surface within the trench or bed. Studies suggest that removal mechanisms in the biomat zone, primarily adsorption and filtering, are important processes in the overall purification abilities of a SAS. There is growing concern that poorly functioning OWTS are impacting upon the environment, although to date, only a few investigations have been able to demonstrate pollution of waterways by on-site systems. In this paper we review some key hydrological and biogeochemical mechanisms in SAS, and the processes leading to hydraulic failure. The nutrient and pathogen removal efficiencies in soil absorption systems are also reviewed, and a critical discussion of the evidence of failure and environmental and public health impacts arising from SAS operation is presented. Future research areas identified from the review include the interactions between hydraulic and treatment mechanisms, and the biomat and sub-biomat zone gas composition and its role in effluent treatment.