Biofilm reactors for nitrogen removal from anaerobically treated sewage : assessment of aeration strategies and microbial dynamics

Abstract

A pesquisa investigou estratégias de aeração para remoção de nitrogênio em reatores de biofilme baseados em espuma aplicados a esgoto tratado anaerobiamente. A limitação da nitritação foi avaliada em dois reatores de biofilme de leito móvel (MBBR) sob diferentes condições operacionais (taxas de ar e tempo de detenção hidráulica - TDH) (Capítulo 4). Apesar de concentrações moderadas de oxigênio dissolvido (OD) (4 mgO2.L-1), a oxidação de amônia não ocorreu para o TDH de 12 h, enquanto o maior TDH (24 h), associado à maior taxa de ar (2,2 Lar.h-1.Lreator- 1), resultou em eficiências de remoção de amônia e nitrogênio total (NT) de 76 e 50%, respectivamente. Ensaios de atividade nitrificante e a comunidade microbiana confirmaram a prevalência da oxidação de amônia no biofilme, indicando restrições de transferência de massa. A presença de bactérias oxidadoras de sulfeto e metano sugeriu o potencial impacto de gases dissolvidos na remoção de nitrogênio. Sendo assim, avaliou-se a influência dos mesmos em um sistema submerso (MBBR) e não submerso (filtro percolador - SBTF) (Capítulo 5) sob diferentes estratégias de aeração (ventilação convencional/restrita e taxas de ar). A ausência de nitritação aliada à completa remoção de sulfeto e metano confirmaram a oxidação preferencial dos gases dissolvidos. Sob concentrações similares de OD (2-4 mgO2.L-1), cerca de 30% de amônia foi removida no SBTF (ventilação restrita), enquanto a oxidação de amônia não ocorreu no MBBR. Tais resultados indicam que gases dissolvidos não devem ser negligenciados em sistemas de nitritação nos quais permaneçam total ou parcialmente dissolvidos. Visto que o OD não refletiu a nitritação, diferentes parâmetros de monitoramento foram avaliados, sugerindo a condutividade como alternativa promissora para controle de amônia. Após o estabelecimento da nitritação no MBBR, diferentes estratégias de aeração foram investigadas a fim de aprimorar a remoção de NT (Capítulo 6). Sob condições de aeração intermitente (30' on/30' off), uma eficiência de remoção de TN de 63% foi observada, com concentrações de amônia efluente de 16 mgNH4-N.L-1. A elevada abundância relativa de Nitrospira (12,1%) sugeriu a potencial participação de bactérias comammox na oxidação de amônia, uma vez que a abundância de Nitrospira foi 2 a 3 ordens de magnitude superior à das bactérias oxidadoras de amônia. Grupos bacterianos com distintos requisitos foram detectados, sugerindo a depleção de OD ao longo do biofilme, apesar de níveis altos de OD (6 mgO2.L-1). A aeração intermitente favoreceu as bactérias anammox no biofilme do compartimento aerado, com abundância similar à das bactérias desnitrificantes. Grupos bacterianos distintos possivelmente contribuíram para a remoção de NT, indicando a ocorrência de diversas vias em reatores de biofilme.