Environmental implications of trace organic compounds and their removal by configurations of granular anaerobic membrane bioreactors

Abstract

A ocorrência de compostos orgânicos traço (TrOCs), como compostos farmacêuticos ativos (PhACs) e compostos desreguladores endócrinos (EDCs), em compartimentos aquáticos, é evidenciada em vários estudos. Muitos processos atualmente utilizados em estações de tratamento de efluentes (ETEs) são uma fonte de liberação de TrOCs no meio ambiente, devido à baixa eficiência de remoção. Isso é agravado devido aos perigos potenciais dos TrOCs aos organismos aquáticos e à saúde humana, mensurados por testes ecotoxicológicos e avaliações de risco. Dessa forma, é necessário aumentar a eficiência de remoção de TrOCs pela otimização de tratamentos biológicos, e aplicação de tecnologias mais avançadas, como os biorreatores de membranas (MBRs), que vêm mostrando eficácia para essa finalidade. É importante ressaltar que a escolha das tecnologias deve ser baseada em uma análise multicritério, uma vez que elas podem atingir um efluente de alta qualidade, mas causar impactos ao meio ambiente, como emissões de dióxido de carbono, toxicidade e riscos ecológicos, além de demandarem altos custos. Dessa forma, esse estudo investigou os PhACs em duas linhas: (1) uma revisão avaliando processos aplicados à remoção de diversos PhACs - focando na biodegradação -, incluindo a remoção dos riscos ambientais, e pegada de carbono dos processos; e (2) testes de toxicidade e riscos ambientais de PhACs pouco explorados na literatura, sozinhos e em misturas binárias e terciárias. Além disso, o estudo investigou os impactos ambientais e remoção de EDCs - focando em bisfenóis (BPs) - em três linhas: (1) uma revisão avaliando a ocorrência, toxicidade, riscos ambientais, e remoção de BPs por MBRs; (2) avaliação da remoção de bisfenol A (BPA) por um biorreator de membranas anaeróbio com lodo granular (G-AnMBR) associado à um módulo híbrido de destilação por membranas (MD) e osmose direta (FO); e (3) avaliação da remoção de BPA por um EGSB-MBR usando um módulo de ultrafiltração reciclada (UFr). Em relação aos PhACs, a linha (1) mostrou que a biodegradação é fundamental na remoção de PhACs. Entre os compostos avaliados, os mais biodegradáveis foram paracetamol, 17β-estradiol e ibuprofeno; e das tecnologias avaliadas, lodos ativados associado à UASB teve baixa pegada de carbono e foi eficaz na remoção de PhACs mais biodegradáveis; enquanto isso, AnMBR/FO-MD foi eficiente na remoção da maioria dos PhACs e apresentou baixa pegada de carbono quando a MD utiliza calor residual. Na linha (2) foi possível verificar que os PhACs fenofibrato (FEN), loratadina (LOR) e cetoprofeno (KET) foram os mais tóxicos para Aliivibrio fischeri, e efeitos sinérgicos das misturas foram observados para FEN + LOR, KET + LOR e KET + FEN + LOR. Além disso, os riscos ambientais foram elevados para KET e LOR. Em relação aos EDCs, a linha (1) evidenciou altas concentrações de BPs em águas superficiais de diversos locais do mundo, inclusive compostos análogos ao BPA ainda pouco discutidos. Além disso, diversos BPs foram classificados com alto risco ambiental, principalmente em países como China, India, Portugal e Taiwan. A revisão mostrou ainda que, apesar da necessidade de mais investigações, MBR e AnMBR híbridos, e modificações em MBRs biológicos podem ser alternativas efetivas para a remoção de BPs. A linha (2) mostrou remoções do G-AnMBR/FO-MD quanto à DQO, P-PO₄³⁻, N-NH4 + , e BPA de 95,6, 99,6, 91 e 94,7%, respectivamente. O sistema eliminou os altos riscos ambientais e à saúde humana, e o efluente final não apresentou toxicidade. O custo estimado foi de US$ 3,91 m−3. Por fim, a linha (3) mostrou remoções do EGSB-MBR usando UFr quanto à DQO, P-PO₄³⁻ e BPA de 95.1, 27, e 91,1%, respectivamente. Esse sistema também eliminou os riscos ambientais e à saúde humana, enquanto para a toxicidade do efluente final foi detectada hormesis. O custo estimado para essa tecnologia foi de US$ 0,21 m−3 . Dessa forma, o presente estudo contribuiu e avançou no entendimento e minimização dos impactos ambientais por meio da remoção de TrOCs.