Biorreator anaeróbio osmótico acoplado à destilação assistida por membranas como alternativa para potabilização de esgoto doméstico
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Lucilaine Valéria de Souza
Cristiano Placsek Borges
Ann Honor Mounteer
Luzia Sergina de França Neta
Cristiano Placsek Borges
Ann Honor Mounteer
Luzia Sergina de França Neta
Resumo
Na presente tese foi investigado o desempenho de um biorreator osmótico anaeróbio acoplado à destilação assistida por membranas (BRMO-DM) no tratamento de esgoto doméstico, com o foco na remoção de micropoluentes e potabilização do esgoto. O estudo foi dividido em três etapas. A primeira compreendeu o desenvolvimento de uma nova configuração de módulo de membranas submerso, que visou associar em uma mesma unidade os processos de osmose direta (OD) e de destilação por membranas (DM). Para esse módulo, determinaram-se as condições de operação em regime permanente (ponto do acoplamento), as quais foram: temperatura de alimentação, solução osmótica (SO) e destilado correspondentes à 20, 45 e 20°C, respectivamente. Elevadas eficiências de remoção de matéria orgânica (94,9%), nitrogênio total (93,8%), nitrogênio amoniacal (99,8%), micropoluentes (>99,3%) e salinidade (98%) foram verificadas. A segunda fase consistiu na avaliação do efeito da salinidade na remoção dos micropoluentes selecionados, a partir de ensaios de biodegradabilidade anaeróbia. Para tanto, realizou-se a simulação de um BRMO, de forma a determinar sua salinidade em regime permanente, a qual foi utilizada nos
ensaios (20,7 g.L-1 de NaCl). A salinidade ocasionou a inibição da produção de biogás, enquanto a presença dos fármacos ocasionou um aumento da produção. Ademais, a salinidade impactou de maneira distinta as eficiências de remoção dos fármacos avaliados. Para aqueles removidos majoritariamente por mecanismos abióticos, constatou-se um não comprometimento das eficiências obtidas. Para a betametasona, removida por mecanismos bióticos, observou-se uma redução da eficiência, seguida de uma posterior recuperação, indicando uma possível aclimatação das espécies microbianas responsáveis pela degradação desse fármaco. Para o fluconazol e cetoprofeno, verificou-se que a salinidade reduziu ainda mais as eficiências de remoção, as quais já eram limitadas mesmo na ausência do sal. Para o 17α-etinilestradiol, o aumento da salinidade reduziu sua remoção, o que foi associado a uma possível inibição dos microrganismos que atuam na sua biodegradação. A última fase contemplou o acoplamento do módulo desenvolvido a um biorreator anaeróbio, o que configurou um BRMO-DM. Elevadas eficiências de remoção de matéria orgânica (97,1%), nitrogênio amoniacal (76,3%), fósforo (>94,9%) e micropoluentes (97%) foram verificadas. O atendimento a 8 dos 9 parâmetros referentes à potabilidade mostrou a potencialidade da aplicação do sistema BRMO-DM em sistemas de reuso de efluentes para fins potáveis.
Abstract
The performance of the integration of an anaerobic osmotic membrane bioreactor to membrane distillation (OMBR-MD) in the treatment of domestic sewage was assessed,
aiming at the removal of micropollutants and the water potabilization. The study was divided into three stages. The first comprised the development of an submerged
membrane module, that associated in the same unit the forward osmosis (FO) and the membrane distillation (MD) process. The steady-state operating conditions determined
for this module were: feed temperature, SO and distillate corresponding to 20, 45 and 20 ° C, respectively. High removal efficiencies of organic matter (94.9%), total nitrogen
(93.8%), ammonia nitrogen (99.8%), micropollutants (> 99.3%) and salinity (98%) were verified for hybrid module at the steady-state condition. In the second part of this study,
the effect of salinity on the removal of the selected micropollutants were determined by anaerobic biodegradability assays. The salinity used in the tests were determined
by simulation of an OMBR. The steady-state salinity determined were 20.7 g.L-1. Salinity inhibited the biogas production, while the presence of micropollutants
increased it. The salinity had a different impact on the removal efficiencies of the micropollutants. For those mostly removed by abiotic mechanisms, salinity did not
compromised the removal efficiencies. For betamethasone, removed by biotic mechanisms, a reduction in efficiency was observed, followed by subsequent recovery
of the removal efficiencies. This indicated a possible acclimatization of the microbial species responsible for the degradation of this compound. For fluconazole and
ketoprofen, salinity further reduced removal efficiencies, which were already lower even in the absence of salt. For 17α-ethinylestradiol, the salinity reduced its removal.
This was associated with a possible inhibition of microorganisms that specifically act on its biodegradation. The final part of this study was the assessment of the integration
of the hybrid module to an anaerobic bioreactor, configuring an OMBR-MD. High removal efficiencies of organic matter (97.1%), ammonia nitrogen (76.3%),
phosphorus (> 94.9%) and micropollutants (97%) were verified. Additionally, 8 of the 9 parameters complied with the drinking water guidelines, among them Escherichia
coli. This demonstrated the potential of the system in the sewage potabilization.
Assunto
Engenharia sanitária, Meio ambiente, Biorreatores, Destilação, Esgotos domésticos
Palavras-chave
Biodegradabilidade anaeróbia, Biorreator com membranas osmótico, Destilação assistida por membranas, Micropoluentes orgânicos, Reuso potável
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