Landfill leachate treatment using thermophilic membrane bioreactor

This study was undertaken to investigate the performance of aerobic thermophilic membrane bioreactor (MBR) treating raw landfill leachate from two landfill sites in Thailand (Pathumthani site and Ram Indra site). The leachates from these sites were mixed in different proportions to produce a BOD/COD ratio of 0.39, 0.57, and 0.65, which was investigated in 3 experimental runs. The COD, ammonia, and TKN composition of the mixed leachate was 12,000, 1700 and 1900 mg/L, respectively. BOD was supplemented with glucose and soy protein. The system was operated at 45 degrees C and at a hydraulic retention time (HRT) of 24 hrs. The membrane used was a ceramic membrane with an ‘‘outside-in’’ flow mode and consisted of 22 open fibres with an inner diameter of approximately 2 mm. The COD removal rate increased from an average value of 62–79% while ammonia removal efficiency decreased from 75 to 60% with gradual increase in BOD. Furthermore, a high BOD removal efficiency (97–99%) was also observed. This clearly indicates that thermophilic system is highly suitable for COD and BOD removal especially at elevated organic loading. However, the system does not favor high nitrogen content wastewaters as the ammonia removal efficiency dropped with increasing BOD/COD ratio. Similar trends were found in TKN analysis as well. However, this system could serve as a pretreatment in removing ammonia. The concentrations of soluble and bound extra-cellular polymeric substances (EPS) found in thermophilic MBR were higher when compared to the corresponding concentrations in a mesophilic MBR, which led to a higher rate of fouling in the thermophilic membrane.

The treatment of landfill leachate using natural systems

Leachate may be defined as any liquid percolating through deposited waste and emitted from or contained within a landfill. If leachate migrates from a site it may pose a severe threat to the surrounding environment. Increasingly stringent environmental legislation both at European level and national level (Republic of Ireland) regarding the operation of landfill sites, control of associated emissions, as well as requirements for restoration and aftercare management (up to 30 years) has prompted research for this project into the design and development of a low cost, low maintenance, low technology trial system to treat landfill leachate at Kinsale Road Landfill Site, located on the outskirts of Cork city. A trial leachate treatment plant was constructed consisting of 14 separate treatment units (10 open top cylindrical cells [Ø 1.8 m x 2.0 high] and four reed beds [5.0m x 5.0m x 1.0m]) incorporating various alternative natural treatment processes including reed beds (vertical flow [VF] and horizontal flow [HF]), grass treatment planes, compost units, timber chip units, compost-timber chip units, stratified sand filters and willow treatment plots. High treatment efficiencies were achieved in units operating in sequence containing compost and timber chip media, vertical flow reed beds and grass treatment planes. Pollutant load removal rates of 99% for NH4, 84% for BOD5, 46% for COD, 63% for suspended solids, 94% for iron and 98% for manganese were recorded in the final effluent of successfully operated sequences at irrigation rates of 945 l/m2/day in the cylindrical cells and 96 l/m2/day in the VF reed beds and grass treatment planes. Almost total pathogen removal (E. coli) occurred in the final effluent of the same sequence. Denitrification rates of 37% were achieved for a limited period. A draft, up-scaled leachate treatment plant is presented, based on treatment performance of the trial plant.

Contemporary environmental issues of landfill leachate: assessment & remedies

Landfills are the primary option for waste disposal all over the world. Most of the landfill sites across the world are old and are not engineered to prevent contamination of the underlying soil and groundwater by the toxic leachate. The pollutants from landfill leachate have accumulative and detrimental effect on the ecology and food chains leading to carcinogenic effects, acute toxicity and genotoxicity among human beings. Management of this highly toxic leachate presents a challenging problem to the regulatory authorities who have set specific regulations regarding maximum limits of contaminants in treated leachate prior to disposal into the environment to ensure minimal environmental impact. There are different stages of leachate management such as monitoring of its formation and flow into the environment, identification of hazards associated with it and its treatment prior to disposal into the environment. This review focuses on: (i) leachate composition, (ii) Plume migration, (iii) Contaminant fate, (iv) Leachate plume monitoring techniques, (v) Risk assessment techniques, Hazard rating methods, mathematical modeling, and (vi) Recent innovations in leachate treatment technologies. However, due to seasonal fluctuations in leachate composition, flow rate and leachate volume, the management approaches cannot be stereotyped. Every scenario is unique and the strategy will vary accordingly. This paper lays out the choices for making an educated guess leading to the best management option.

Landfill Leachate Toxicity to Oncorhynchus mykiss (Rainbow Trout) at the Merrick Landfill

At the Merrick Landfill, located outside of North Bay (Ontario, CA), an investigation into the potential for an environmental impact to the Little Sturgeon River as a result of landfill leachate discharge was undertaken using toxicity testing using 96 hour acute lethality on Oncorhynchus mykiss (Rainbow Trout). Landfill leachate may present a risk to receiving environments as it is comprised of an array of chemicals including organics, ammonia, and metals. Testing was conducted in three phases, firstly testing was completed on site throughout an existing natural attenuation zone where the presence of several groundwater seeps down gradient of the site had been identified to determine the effectiveness of the existing leachate control features at reducing the environmental risks. These tests indicated that the existing capture strategies were largely effective at reducing toxicity risks to the receiving environment. Testing was also completed on two pilot-scale hybrid-passive treatment systems to determine their effectiveness for leachate treatment. Summer performance of a constructed gravel wetland system was also shown to be effective at reducing the toxicity of the landfill leachate at the site. Lastly in order to support evaluation of leachate treatment requirements, a toxicity identification evaluation (TIE) was performed to determine the principle cause of toxicity within the leachate. Based on water chemistry analyses of samples collected at various locations at the site, the TIE identified ammonia toxicity as the primary source of toxicity in the leachate, with a secondary focus on metal toxicity.

Effect of temperature and free ammonia on nitrification and nitrite accumulation in landfill leachate and analysis of its nitrifying bacterial community by FISH

The cause of seasonal failure of a nitrifying municipal landfill leachate treatment plant utilizing a fixed biofilm was investigated by wastewater analyses and batch respirometric tests at every treatment stage. Nitrification of the leachate treatment plant was severely affected by the seasonal temperature variation. High free ammonia (NH3-N) inhibited not only nitrite oxidizing bacteria (NOB) but also ammonia oxidizing bacteria (AOB). In addition, high pH also increased free ammonia concentration to inhibit nitrifying activity especially when the NH4-N level was high. The effects of temperature and free ammonia of landfill leachate on nitrification and nitrite accumulation were investigated with a semi-pilot scale biofilm airlift reactor. Nitrification rate of landfill leachate increased with temperature when free ammonia in the reactor was below the inhibition level for nitrifiers. Leachate was completely nitrified up to a load of 1.5 kg NH4-N m(-3) d(-1) at 28 degrees C. The activity of NOB was inhibited by NH3-N resulting in accumulation of nitrite. NOB activity decreased more than 50% at 0.7 mg NH3-N L-1. Fluorescence in situ hybridization (FISH) was carried out to analyze the population of AOB and NOB in the nitrite accumulating nitrifying biofilm. NOB were located close to AOB by forming small clusters. A significant fraction of AOB identified by probe Nso1225 specifically also hybridized with the Nitrosonlonas specific probe Nsm156. The main NOB were Nitrobacter and Nitrospira which were present in almost equal amounts in the biofilm as identified by simultaneous hybridization with Nitrobacter specific probe Nit3 and Nitrospira specific probe Ntspa662. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Landfill Leachate Toxicity to Oncorhynchus mykiss (Rainbow Trout) at the Merrick Landfill

At the Merrick Landfill, located outside of North Bay (Ontario, CA), an investigation into the potential for an environmental impact to the Little Sturgeon River as a result of landfill leachate discharge was undertaken using toxicity testing using 96 hour acute lethality on Oncorhynchus mykiss (Rainbow Trout). Landfill leachate may present a risk to receiving environments as it is comprised of an array of chemicals including organics, ammonia, and metals. Testing was conducted in three phases, firstly testing was completed on site throughout an existing natural attenuation zone where the presence of several groundwater seeps down gradient of the site had been identified to determine the effectiveness of the existing leachate control features at reducing the environmental risks. These tests indicated that the existing capture strategies were largely effective at reducing toxicity risks to the receiving environment. Testing was also completed on two pilot-scale hybrid-passive treatment systems to determine their effectiveness for leachate treatment. Summer performance of a constructed gravel wetland system was also shown to be effective at reducing the toxicity of the landfill leachate at the site. Lastly in order to support evaluation of leachate treatment requirements, a toxicity identification evaluation (TIE) was performed to determine the principle cause of toxicity within the leachate. Based on water chemistry analyses of samples collected at various locations at the site, the TIE identified ammonia toxicity as the primary source of toxicity in the leachate, with a secondary focus on metal toxicity.

Uso do Solo do Município de Rio das Ostras como uso em processos de sorção como etapa de tratamento de lixiviados de aterros sanitários.

Este trabalho investiga a utilização do solo do Aterro Sanitário de Rio das Ostras como forma de tratamento de lixiviado, de modo a quantificar a redução de contaminastes, cor e valores de DQO. A utilização do solo argiloso para redução de contaminantes, cor e valores de valores de DQO foi estudada usando três lixiviados diferentes: Rio das Ostras, Morro do Céu e aterro grande porte em ensaios para medida de sorção. As análises de redução de cor e valores de DQO foram realizadas, tendo o resultado mostrado uma redução de cor que variou de 45 a 73% e valores de DQO entre 7 e 66%, usando ensaios do tipo Batch Tests pelo Método CSI. Outros ensaios foram realizados pelo Método ECI de Batch Tests que mostraram resultados melhores de redução de cor, entre 60 e 80% apresentando uma capacidade de sorção do solo argiloso de 22 mg/g. Os ensaios de sorção, com os três lixiviados, foram também utilizados, para estudo do comportamento de certos contaminantes amônio, potássio, sódio e cálcio com relação ao solo argiloso de Rio das Ostras. Foi observada uma dessorção para os íons sódio e cálcio e também uma alta sorção para os íons amônio e potássio. O solo e o lixiviado do Aterro Sanitário de Rio das Ostras foram utilizados para pesquisa de determinação dos coeficientes de difusão molecular para os íons amônio, potássio, sódio, cloreto e cálcio, simulados nos programas computacionais POLLUTE e MPHMTP. Os resultados do coeficiente de difusão para o POLLUTE variaram entre 0,03 m2/ano e 0,1 m2/ano sendo no MPHMTP de 0,06 m2/ano a 0,1 m2/ano. Os dados experimentais mostraram melhor comportamento nas simulações realizadas no MPHMTP.

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 eficiência do tratamento combinado de lixiviado com esgoto doméstico em estação de tratamento de esgoto.

Os lixiviados de aterros de resíduos sólidos urbanos possuem um potencial poluidor que necessita de atenção por parte das autoridades no assunto Universidade, Estado, Iniciativa Privada. Atualmente têm sido pesquisadas tecnologias para esse tratamento que sejam capazes de assimilar as variações de volume e de carga orgânica dos mesmos. O tratamento biológico combinado de lixiviados em Estações de Tratamento de Esgoto mostrase uma alternativa viável. Neste trabalho foi avaliado o tratamento combinado de lixiviado e esgoto em uma Planta Piloto de lodos-ativados, instalada na ETE de Icaraí/Niterói (RJ). O estudo foi desenvolvido com percentuais de lixiviado nas proporções de 0,5 a 2,5% em relação ao esgoto (volume/volume). Em termos de carga de DQO, os percentuais foram de 1,9 a 8,7% de carga equivalente ao lixiviado adicionado. Na Planta Piloto os resultados indicaram redução média de DQO de 73% ao longo de todo o monitoramento, sendo alcançadas remoções acima de 90%. Valores médios de DQO remanescente no efluente da planta piloto variaram de 43 a 134mg/L. Quanto às remoções médias de nitrogênio amoniacal foram alcançados valores de 80 a 97%. A redução de matéria orgânica, em termos de COD foi de 73%. Também foram monitorados reatores aeróbios em bancada de modo a avaliar possíveis interferências no desenvolvimento do lodo biológico. Foram operados reatores em regime de batelada e em regime contínuo. Os reatores não indicaram prejuízos ao lodo biológico em função do acréscimo de lixiviado para os percentuais de mistura 0,5 a 2,5% de lixiviado. Foram observadas reduções de DQO acima de 80%. As remoções de nitrogênio amoniacal foram maiores no reator operado em regime de batelada (>80%). Os resultados obtidos demonstram a viabilidade técnica do tratamento combinado e não indicaram interferência negativa no tratamento, em se tratando de redução de DQO, com o aumento da percentagem de lixiviado. Problemas na sedimentabilidade do lodo biológico foram observados ao longo de todo o período de operação da planta piloto, não havendo indicação de perda de sua qualidade em função das diferentes concentrações de lixiviado na alimentação.

Avaliação da eficiência de wetland construído como unidade de polimento de efluente de tratamento secundário de lixiviado por lodos ativados

Uma das dificuldades a ser enfrentada na implantação de aterros sanitários é o tratamento adequado do lixiviado gerado e seu lançamento no meio ambiente dentro dos padrões estabelecidos pela legislação. O potencial poluidor do lixiviado está ligado principalmente aos altos valores de carga orgânica que promove a redução do oxigênio disponível (utilizado na degradação da matéria orgânica) em cursos dágua, prejudicando a fauna e a flora nesses meios. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o sistema de tratamento por wetland construído como unidade de polimento do efluente secundário de uma estação de tratamento de lixiviado de aterro de resíduos sólidos urbanos na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Além dos parâmetros coletivos específicos e não específicos, também foram empregados o fracionamento pelo processo de separação por membranas e ensaios de toxicidade aguda. Os resultados mostram que o wetland tem uma ação positiva como unidade de polimento refletida na redução dos parâmetros turbidez (84%), DQO (19%), amônia (30%) e sólidos totais (3%) reduzindo, assim, os impactos ambientais do lançamento do lixiviado. Contudo, a qualidade do efluente final encontra-se acima dos parâmetros de referência de controle ambiental e mostra a necessidade de um efluente secundário de melhor qualidade. Os resultados mostraram também que altos valores de DQO inerte tanto no afluente (85% em média) quanto no efluente (93,5% em média) do wetland indicam que esses lixiviados apresentam natureza refratária confirmada pelos baixos valores de biodegradabilidade no afluente (20,5% em média) e no efluente (5% em média) do wetland. O fracionamento com membranas mostrou que o afluente e o efluente do wetland possuem maiores contribuições de moléculas na fração >1 kDa. Os ensaios de toxicidade com Aliivibrio fischeri mostraram que o afluente e o efluente do wetland possuem toxicidade aguda, sendo a mesma menor na faixa com moléculas menores.

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.

Construção e operação de wetland como polimento de lixiviado de aterro de resíduos sólidos urbanos.

O presente trabalho tem o objetivo de avaliar a metodologia de construção, de plantio, de manutenção, de operação e a eficiência de um sistema de tratamento por wetland construído como etapa de polimento da Estação de Tratamento de Lixiviado (ETC) de Aterro já encerrado de Resíduos Sólidos Urbanos na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Parte do efluente tratado por lodos ativados na ETC foi direcionado e tratado no wetland construído. Foi escolhido o projeto de Fluxo Horizontal Subsuperficial e a vegetação selecionada foi a taboa (Typha latifolia) que é nativa da área do aterro. Em média, foram feitas três amostragens mensais do afluente e do efluente do wetland, de maio a outubro de 2013. A eficiência do sistema foi avaliada por meio de parâmetros físico-químicos e de parâmetros coletivos específicos. A eficiência de remoção de Demanda Química de Oxigênio (DQO) foi de 60%, nitrogênio amoniacal de 67%, nitrito de 72% e nitrato de 57%. Outro parâmetro avaliado foi a toxicidade aguda, foram utilizados os organismos teste Danio rerio (peixe), a Daphnia similis (microcrustáceo) e a Aliivibrio fischeri (bactéria luminescente). Durante o período foram coletados diariamente as vazões de entrada e saída, a condutividade elétrica e o índice pluviométrico. Os resultados mostraram que o uso de wetland como etapa de polimento pode ser uma alternativa para o tratamento de lixiviado.

Uso de geobag como unidade integrante do sistema de tratamento de lixiviado de aterros sanitários: estudo de caso no aterro sanitário de Rio das Ostras, RJ.

O objetivo do estudo foi avaliar o processo de tratamento de lixiviados de aterros sanitários combinado com lodos de fossa séptica com o uso de geobags. Foram realizadas amostragens no Aterro Sanitário de Rio das Ostras, onde foram coletadas amostras do lixiviado bruto, da lagoa de mistura de lodo de fossa séptica e lixiviado que constitui o afluente dos geobags, do efluente dos geobags, da entrada do wetland e da saída do wetland. Todas as amostras foram submetidas a análises físico-químicas (pH, condutividade, DQO, COD, nitrogênio amoniacal, série de sólidos), e ensaio de toxicidade com organismos-teste pertencentes a três níveis tróficos diferentes (Danio rerio, Daphnia similis e Aliivibrio fischeri). Além disso, foi realizado teste de coagulação com o mesmo polímero utilizado no aterro e ensaio de equilíbrio em lote com o lodo do interior do geobag. Os resultados encontrados apontaram para uma eficiência de redução de 90% para o parâmetro DQO, 97% para sólidos suspensos totais e 52% para COD, após o tratamento pelo geobag. Foi observada uma redução na toxicidade para Danio rerio e Daphnia similis quando o lixiviado foi misturado com o lodo de fossa séptica. Para Aliivibrio fischeri, ocorreu redução na toxicidade no efluente do geobag. Esses resultados mostraram que o potencial de utilização do geobag como parte integrante de sistemas de tratamento de lixiviados, considerando-se a especificidade do estudo (tratamento combinado com lodo de fossa séptica), pode contribuir para a solução de um dos principais problemas ambientais oriundos dos aterros sanitários em municípios de médio e pequeno porte.

Avaliação da ecotoxicidade de percolados em áreas de disposição de resíduos na região metropolitana de Natal/RN

Leachates are effluent produced by decomposition of solid waste, they have complex composition and can be highly toxic. Therefore such percolated liquid should be collected and treated properly to avoid environmental contamination of soil and of water bodies. The objective of this study was to evaluate the toxicity through ecotoxicological tests with Ceriodaphnia dubia (Cladocera - Crustacea) of percolated liquids generated in two different systems of municipal solid waste (MSW) disposal in the city of Natal/ RN: A Sanitary Landfill in the Metropolitan Region of Natal/ RN, and in a dump off area. Furthermore, it was evaluated the possible contamination of the underground water of the dump off area. Two monthly samples were taken at four points between the months of May/2009 and January/2010. The Point "A" corresponds to the end of the pond leachate treatment in ASRMN; The Point "B" corresponds to a containment pond at the dump. The Point "C" is an area near one of the cells of the dump off area where the leachate outcrops; The Point "D" stands for an underground water well at the area. The last point, called "E" was sampled only once and corresponds to the slurry produced by temporary accumulation of solid waste in the open area of the dump. The ecotoxicological tests, acute and chronic, followed the ABNT 13373/2005 rules, with some modifications. The samples were characterized by measuring the pH number, the dissolved oxygen (DO), the salinity, BOD5, COD, Cd, Cu, Pb, Cr, Fe, Mg, Ni, and Zn. At Point A, the average number of EC50-48h ranged between 1.0% and 2.77% (v/v), showing a high toxicity of the leachate to C.dubia in all months. To this point, positive correlations were found between the EC50- 48 with precipitation. Negative correlations were found between the EC50- 48h with salinity. At point B there was no response of the acute exposure of organisms to the test samples. At point C the EC50-48h ranged from 17.68% to 35.36% in just two months of the five ones analyzed, not correlated meaning. Point D, the EC50-48h level ranged between 12.31% and 71.27%, showed a negative correlation with, only, precipitation. Although it was observed toxicity of underground water in the Landfill Area, there was no evidence of water contamination by leachate, however, due to the toxic character of this water, additional tests should be conducted to confirm the quality of water that is used for human supply. At point E there was no acute toxicity. These results support the dangers of inappropriate disposal of MSW to water bodies due to the high toxicity of the leachate produced highlighting the necessity of places of safe confinement and a treatment system more effective to it