Performance of a LED irradiated photo-reactor for hospital wastewater treatment : abatement of micropollutants and antibiotic resistant bacteria, and disinfection

Abstract

Esta tese buscou desenvolver um sistema de tratamento composto por um novo reator irradiado com LEDs (450 nm) para remoção de contaminantes de preocupação emergente (CEC) consumidos frequentemente em hospitais (sulfametoxazol, SMX; trimetoprima, TMP; cefazolina, CFZ; ceftriaxona, CFT; meropenem, MPM; acetaminofeno, ACE; carbamazepina, CBZ; losartan, LP; cafeína, CAF; e ciprofloxacina, CIP) e bactérias resistentes a antibióticos (BRA), e desinfecção de efluente hospitalar (HWW). Uma análise bibliométrica da literatura técnico-científica sobre a aplicação do LED foto-Fenton para remover CEC resultou em 50 artigos relevantes (2010 e 2021) e indicou que a maioria dos estudos avaliou a remoção de CECs em soluções sintéticas. Além disso foram destacadas as tecnologias comumente empregadas no tratamento de HWW: Biorreator de membrana (MBR), carvão ativado e ozonização. A análise de dados secundários fornecidos pela COPASA sobre a qualidade de HWW de hospitais de Belo Horizonte permitiu verificar a complexidade e a heterogeneidade de sua composição. Sete parâmetros (etilbenzeno, xileno, tolueno, benzeno, DQO, surfactantes e sulfeto) se destacaram devido à não conformidade com os limites preconizados para lançamento na rede (Norma T.187/6). A Análise de Componentes Principais (PCA) destacou quatro fatores, explicando 72,96% da variação total da qualidade dos HWW (BTEX, DQO, cromo/níquel e sulfetos/cianeto). Os resultados enfatizam a necessidade de processos de pré-tratamento de HWW, que foi avaliado pelo processo foto-Fenton LED sozinho, foto-Fenton LED seguido de biológico (FF+Bio) e biológico seguido de foto-Fenton LED (Bio+FF). Inicialmente, o foto-Fenton LED conduzido em água ultrapura fortificada (100 μg L-1), e na condição de tratamento ideal (duty cycle - DCy 30%, 20 mg L-1 Fe2+ e 50 mg L-1 H2O2, pH = 2,8) atingiu >99,9% de remoção de CECs em 30 minutos, exceto para SMX (58%), CBZ (77%) e LP (14%), em 90 minutos (2,61 KJ L-1). Em HWW com DCy 70%, a remoção global de CECs (60 minutos) foi de ≈70% e ≈50%, em meio ácido (pH 2,8) e a pH natural, respectivamente. A desinfecção em pH ácido (5,6 e 6,8 log de remoção de E. coli e Coliformes totais (CT), respectivamente) foi maior do que a pH natural (4,5 log de remoção de E. coli e coliformes totais). O sistema combinado com tratamento biológico aeróbio foi testado e se mostrou eficiente alcançando remoção global de CECs superior a 90% e 76% para o Bio+FF and FF+Bio, respectivamente. Além disso, FF+Bio removeu 4,72 e 6,33 log de CT e E. coli, respectivamente. Enquanto o Bio+FF removeu completamente a E. coli e 5,51 log de CT. Foram obtidos aproximadamente 3 logs de remoção de BRA em todos os tratamentos testados. Um aumento na diversidade de BRA foi observado após o tratamento biológico, indicando que seu emprego como uma etapa única no tratamento de HWW pode propiciar a disseminação da resistência antimicrobiana. Assim, o processo LED foto-Fenton com 70% de DCy foi eficiente na remoção de CEC e desinfecção de HWW antes da descarga no sistema de esgoto. Além disso, a combinação do foto-Fenton como um pós-tratamento demonstrou ser eficiente na remoção de CECs, ARB e na desinfecção.