21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental · A coqueria utiliza carvão mineral como fonte de energia na etapa do processo ... 2 e que necessita de uma fonte

21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

ABES - Trabalhos Técnicos 1

II-010 – O ESTUDO DA DESNITRIFICAÇÃO DE UM DESPEJO SINTÉTICO DECOQUERIA UTILIZANDO-SE O FENOL COMO FONTE DE CARBONO

Mariana Vivolo Aun(1)

Engenheira Civil pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Aluna deMestrado do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica daUniversidade de São Paulo.Solange Aparecida Goularte DombroskiAluna de Doutorado do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da EscolaPolitécnica da Universidade de São Paulo.Sandra Márcia Cesário Pereira da SilvaProfessora Doutora do Departamento de Construção Civil da Universidade Estadual de Londrina.Pedro Alem SobrinhoProfessor Doutor Titular do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica daUniversidade de São Paulo.

Endereço(1): Rua Conselheiro Zacarias, 86 – Jardim Paulista – São Paulo – SP – CEP: 01429-020 - Brasil -Tel: (11) 3887-9172 - e-mail: [email protected]

RESUMO

Tendo em vista o grande potencial poluidor de determinados efluentes industriais aos corpos d’águareceptores, torna-se cada vez mais necessária a remoção de nutrientes (nitrogênio e fósforo) destes efluentes.A indústria siderúrgica é uma das maiores poluidoras dos corpos d’água, particularmente sua unidadedenominada coqueria. A coqueria utiliza carvão mineral como fonte de energia na etapa do processoindustrial que reduz o minério de ferro a ferro-gusa. A composição de águas residuárias de coquerias écomplexa e varia de uma fábrica para outra. Quantitativamente, os fenóis são os principais constituintesorgânicos sendo responsáveis por aproximadamente 80% da DQO total do despejo. Outros compostostambém podem estar presentes como alguns compostos orgânicos heterocíclicos e hidrocarbonetos aromáticospolinucleares, além de constituintes inorgânicos como cianeto, tiocianato, sulfato e amônio, sendo que aconcentração de amônio pode atingir níveis de milhares de miligramas por litro.O presente trabalho visou avaliar as taxas de desnitrificação de um sistema, através de um reator anóxicoalimentado por um despejo sintético de coqueria em uma unidade piloto de lodos ativados comnitrificação/desnitrificação, objeto de pesquisa do Departamento de Hidráulica e Sanitária da EscolaPolitécnica da Universidade de São Paulo (PHD-EPUSP). Na estação piloto, as concentrações afluentes defenol e nitrato eram de 1000 mg/L e 750 mg N-NO3

-/L, respectivamente.O estudo mostrou que o fenol presente no despejo afluente pode ser uma excelente fonte de carbono para osmicrorganismos desnitrificantes, e que a máxima carga de fenol aplicada no reator sem causar toxidez einstabilidade ao sistema foi de 0,10 kg fenol/kg SSV.dia. Utilizando-se esta carga, foram obtidas taxas dedesnitrificação da ordem de 0,05 kg N-NO3

-/kg SSV.dia. O trabalho também permitiu concluir queconcentrações de nitrato muito elevadas no reator (da ordem de 300 mg N-NO3

-/L) podem causar acúmulosindesejáveis de nitrito sem a redução completa a nitrogênio gasoso, mas que estas não podem ser tão baixas(< 10 mg N-NO3

-/L) pois o fenol começa a acumular no sistema, já que o nitrato passa a ser insuficiente paraque as bactérias promovam a desnitrificação.

PALAVRAS-CHAVE: Desnitrificação, Despejos de Coquerias, Fenol, Nitrato, Nitrito.

INTRODUÇÃO

Dentre os muitos casos de efluentes industriais com grande potencial poluidor para os corpos d’águareceptores está a indústria siderúrgica, particularmente as unidades de coqueria. A coqueria utiliza carvãomineral como fonte de energia na etapa do processo industrial que reduz o minério de ferro a ferro-gusa. Acomposição de águas residuárias de coquerias é complexa e varia de uma fábrica para outra.


ABES – Trabalhos Técnicos2

Quantitativamente, os fenóis são os principais constituintes orgânicos, sendo responsáveis poraproximadamente 80% da demanda química de oxigênio (DQO) total, além de compostos heterocíclicoscontendo nitrogênio, oxigênio e enxofre, e hidrocarbonetos aromáticos polinucleares (PAHs), que sãocumulativos, recalcitrantes e dificilmente biodegradáveis. Os constituintes inorgânicos são, principalmente,cianeto, tiocianato, sulfato e amônio, sendo que a concentração de amônio pode atingir níveis de milhares demiligramas por litro (ZHANG et al., 1998).

No Estado de São Paulo, o lançamento dos principais componentes tóxicos gerados nas unidades de coqueriade indústrias siderúrgicas em corpos d’água estão sujeitos a duas legislações: a primeira, regulamentada peloDecreto Estadual n.o 8.468 de 1976 e a segunda, estabelecida pela Resolução n.o 20 do CONAMA (1986), deacordo com as quais, são aceitos 5,0 mg/L de amônia, 0,2 mg/L de cianetos, 0,5 mg/L de compostosfenólicos, como valores máximos admissíveis para padrões de lançamento.

Um dos processos de tratamento mais utilizados para águas residuárias de coquerias é o processo de remoçãode amônia por arraste com ar, seguido de tratamento físico-químico, para complexação dos cianetos, etratamento biológico aeróbio, para remoção de matéria orgânica biodegradável. No Brasil, ainda são poucosos sistemas com nitrificação/desnitrificação.

Os órgãos ambientais estão mais recentemente requerendo nitrificação para ser alcançado um nível denitrogênio amoniacal menor do que 5 mg/L. Como o N-amoniacal é alto, o resultado é um maior consumo deO2 (4,57 kgO/kgN-amoniacal) e alto consumo de alcalinidade (7,14 kg alcalinidade na forma deCaCO3/kg N-amoniacal), requerendo normalmente adição de cal, além de resultar em elevadas concentraçõesde nitrato no efluente, podendo não atender à legislação.

A desnitrificação, que transforma o N-NO3- em N2 e que necessita de uma fonte de carbono, incorporada ao

processo de lodos ativados, pode trazer grandes vantagens ao processo pela recuperação de O2

(2,86 kgO/kg N-NO3-) e de alcalinidade (3,57 kg alcalinidade como CaCO3/kg N-NO3

- desnitrificado), alémde produzir um efluente final com menores concentrações de N-NO3

-. No caso de despejos de coquerias, oideal é se utilizar o próprio fenol como fonte de matéria orgânica para a desnitrificação, desde que talpossibilidade seja comprovadamente uma alternativa confiável.

Este estudo visa avaliar as taxas de desnitrificação, utilizando-se fenol de um despejo sintético de coqueriaem uma unidade piloto de lodos ativados com nitrificação/desnitrificação, objeto de pesquisa doDepartamento de Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (PHD-EPUSP).

MATERIAIS E MÉTODOSPara o estudo, foi utilizado um reator anóxico de 4 litros, cujo conteúdo era proveniente do sistema pilotomencionado. O lodo era mantido em mistura e uma chapa aquecedora mantinha o sistema aquecido comtemperatura aproximada de 25oC.

A alimentação do sistema era realizada utilizando-se um despejo sintético simulando o de uma coqueria. Estedespejo já havia sido utilizado anteriormente na pesquisa de DA COSTA (1999), que foi o precursor destalinha de pesquisas do PHD-EPUSP. Os constituintes presentes neste despejo estão listados na Tabela 1.

Tabela 1: Relação dos compostos constituintes da água residuária sintética.Constituintes do despejo Concentração de cada constituinte (mg/L)Fenol VariávelCloreto de amônio 2.870Sulfato de manganês 53Cloreto de cálcio 53Ferrocianeto de potássio 133Sulfato de magnésio 330Fosfato de potássio bibásico 200



O trabalho constou basicamente de duas fases: a primeira fase objetivou conhecer-se os limites de carga deaplicação de fenol e de velocidade de decaimento de nitrato do sistema e a segunda, visou a simulação o maispróximo possível da ETE piloto de lodos ativados do PHD-EPUSP, para uma verificação mais fiel das taxasobtidas na fase anterior.

A biomassa utilizada era proveniente da ETE piloto em operação no laboratório, composta por dois sistemasde lodos ativados em paralelo, alimentados por um despejo sintético simulando o de uma coqueria. Cada umdestes sistemas compunha-se de um reator anóxico de pré-desnitrificação, seguido de um reator aeróbio e porúltimo, um decantador secundário, de onde era feito o retorno de lodo para o reator anóxico (ver Figura 1).

Figura 1: Esquema utilizado na ETE piloto

Na primeira fase de testes, a biomassa utilizada compunha-se do conteúdo dos reatores aeróbios da ETEpiloto mencionada e portanto, a concentração de nitrato era bastante elevada. Na segunda fase, foi utilizado oconteúdo dos reatores anóxicos da ETE piloto, mas desta vez, como a concentração de nitrato em reatoresanóxicos em geral é bastante baixa, utilizou-se uma recirculação de lodo com o conteúdo precipitado dosreatores aeróbios, simulando um decantador secundário.

As duas fases do trabalho serão descritas a seguir:

PRIMEIRA FASE

A metodologia utilizada nos testes nesta primeira fase compunha-se de três etapas distintas: uma primeiraetapa anóxica, sem alimentação durante 15 horas, para verificação da respiração endógena; uma segundaetapa também anóxica, mas com alimentação de água residuária sintética continuamente durante 12 horas; euma terceira, aeróbia com alimentação durante 24 horas, a fim de se verificar a capacidade de adaptação dabiomassa a condições ambientais diferentes, em curtos espaços de tempo, para primeiramente realizar adesnitrificação com o lodo proveniente do tanque de aeração do sistema mencionado e, em seguida, retornarà condição inicial, favorável à nitrificação.

Para cada teste realizado, a concentração de fenol foi alterada para que se pudesse alcançar o limite máximode carga de fenol sem que houvesse acúmulo no reator. O substrato era bombeado de um béquer de 2 litrospor uma bomba dosadora multicanal. A vazão da bomba era ajustada considerando-se a relação carga (ou

C.A.

P.B.

R.Ax1.

R.Ax2.

R.Aer 1

R.Aer 2

D.

D.2

Legenda:C.A.: Caixa de alimentaçãoP.B.: Solução de polímero+ bicarbonatoR.Ax: Reatores anóxicosR. Aer: Reatores aeróbiosD: Decantadores

SISTEMA

SISTEMA

retorno de lodo 1

retorno de lodo 2



concentração) de fenol/SSV presentes no lodo, de modo ainda a manter o volume do reator praticamenteinalterado considerando-se as coletas de amostras.

Um eletrodo de membrana, acoplado a um medidor de oxigênio dissolvido (OD) e de temperatura e, umeletrodo de pH e um de temperatura, ambos acoplados a um medidor/controlador de pH ficavampermanentemente inseridos no reator para que pudesse ser controlada qualquer alteração de OD (nulo), pH(entre 6,5 e 8,0) ou temperatura (≅ 25oC).

A etapa anóxica sem alimentação era composta somente de agitação mecânica a 50 rpm, com o OD ≅ zero.Nesta etapa, era feita uma coleta inicial, quando o lodo era inserido no reator. Após 15 horas semalimentação, uma segunda amostra era coletada. Em seguida, controlando-se o OD, aquecimento e pH,ligava-se a bomba dosadora de água residuária à vazão desejada, dando início à denominada etapa anóxicacom alimentação (ver Figura 2). Nesta etapa, eram coletadas amostras a cada 4 horas durante 12 horas. Apartir daí, iniciava-se a última etapa, esta aeróbia com alimentação, à mesma vazão e concentração desubstrato da anterior. Nela, era inserida no reator uma pedra porosa acoplada a um compressor de ar parapromover a aeração. A medição de OD e temperatura eram mantidas, mas o pH era agora controlado emedido pelo controlador de pH, acoplado a uma bomba dosadora eletromagnética, que recalcava solução debicarbonato de sódio (18 g/L), para obtenção de pH na faixa entre 6,6 e 7,0. Nesta etapa, o OD era controladopara que não houvesse falta de oxigênio para a nitrificação e nem oxigênio em saturação. Na etapa aeróbia,três coletas eram feitas: no início da aeração, após 12 horas e por último, 24 horas do início da aeração.

Figura 2: Aparato utilizado nos testes da primeira fase na etapa anóxica.

A coleta, a preservação das amostras e as determinações analíticas dos parâmetros relevantes à pesquisaforam conduzidas de acordo com os procedimentos descritos no APHA, AWWA, WEF (1995). Durante ostestes, foram coletados 200 mL por amostra sem com isso alterar, de forma significativa, o volume do reator ea concentração de SSV, já que o reator era alimentado continuamente. Para monitoramento dos testes, foramrealizadas as seguintes determinações: sólidos em suspensão totais (SST) e voláteis (SSV); compostosfenólicos (método fotométrico direto); DQO (método do refluxo aberto); nitrato (método do eletrodo de

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2

3

4

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910

11

Legenda:1 – Bomba de alimentação2 – Água residuária3 – Lodo do reator aeróbio4 – Oxímetro5 – Agitador mecânico6 – Medidor de pH e temp.7 – Eletrodo de temperatura8 – Eletrodo de pH9 – Agitador e aquecedor10- Agitador magnético11- Sonda de OD de campo



nitrato); nitrito (método colorimétrico); nitrogênio amoniacal (método titulométrico com destilaçãopreliminar); oxigênio dissolvido (método do eletrodo de membrana) e pH (método eletrométrico).

As análises de sólidos, fenol, nitrato, nitrito e DQO eram realizadas para todas as amostras. Já a análise denitrogênio amoniacal só era realizada na primeira amostra, para verificação da nitrificação e na fase aeróbia,para garantir que o nitrogênio amoniacal estaria sendo transformado em nitrato. As análises de DQO e fenolforam realizadas para todas as amostras, inclusive para o afluente, para verificação da eficiência do sistemana remoção de compostos fenólicos.

SEGUNDA FASE

A segunda fase teve como principal objetivo a consolidação dos resultados obtidos na fase anterior através dasimulação simplificada do funcionamento da ETE piloto. Deste modo, diferentemente da primeira fase, olodo utilizado foi o conteúdo dos reatores anóxicos da ETE piloto, além de uma recirculação de lodosedimentado dos reatores aeróbios, simulando um decantador secundário. A alimentação foi realizada deacordo com as mesmas relações alimento/microrganismo (A/M) utilizadas na fase anterior, segundo as quaisnão foram observados acúmulos indesejáveis de fenol no reator. A água residuária utilizada nesta fase dotrabalho foi semelhante à da primeira fase, porém contou com a presença de outros compostos além daquelescitados na Tabela 1: naftaleno (30 mg/L), benzeno (50 mg/L), xileno (50 mg/L), tolueno (30 mg/L). Oobjetivo da inclusão destes compostos foi simular mais fielmente um despejo de coqueria e verificar se apresença destes no despejo sintético influiria na degradação do fenol e na desnitrificação.

Estes testes foram realizados em etapa única, anóxica com alimentação de água residuária sintética erecirculação de lodo sedimentado dos reatores aeróbios do sistema piloto. A alimentação do sistema e oscontroles de OD, temperatura e pH foram feitos do mesmo modo que na primeira fase. O lodo de reciclo erabombeado do fundo de uma proveta graduada de 2 litros para o reator anóxico a uma vazão igual a uma vez emeia a vazão de alimentação, através de uma bomba dosadora eletromagnética.

Nesta fase, a duração dos testes foi de 8 horas, sendo que as coletas de amostras foram realizadas a cada2 horas. No início dos testes, também era coletada uma amostra do lodo de retorno e uma do afluente. AFigura 3 ilustra o aparato utilizado nesta fase da pesquisa.



Figura 3: Aparato utilizado nos testes da segunda fase.

Os parâmetros analisados e os métodos utilizados nesta fase foram os mesmos da fase anterior, exceto nocaso da análise de nitrogênio amoniacal que neste caso não foi feita para nenhuma amostra, já que estestestes se compuseram de etapa única anóxica, sendo analisados, portanto, somente os compostos nitrogenadosnitrato e nitrito. Como a análise de nitrogênio amoniacal não foi necessária, para cada amostra foramcoletados somente 150 mL de lodo.

RESULTADOS DA PRIMEIRA FASE

Nesta primeira fase, foram realizados 15 testes, sendo que aqui somente serão apresentados os resultadosmais representativos. Como na grande maioria destes testes não foram observadas diferenças significativas denitrato entre a coleta inicial e após as 15 horas sem alimentação, os resultados gráficos serão apresentados apartir da etapa anóxica com alimentação.

Os primeiros testes utilizaram relações alimento/microrganismo (A/M) relativamente baixas (da ordem de0,07 kg fenol/kg SSV.dia), sendo que neles o fenol presente na água residuária foi inteiramente consumido,tanto nas etapas anóxicas quanto nas aeróbias. O Teste 1, detalhado a seguir, foi o primeiro a utilizar umarelação A/M superior (0,10 kg fenol/kg SSV.dia). Os gráficos da Figura 4 apresentam os resultados desteteste. Vale ressaltar que os gráficos de Fenol x tempo apresentam uma linha escura tracejada referente aolimite de detecção do método fotométrico direto (1,0 mg/L).

1

2

3

4

56

8

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910

11

Legenda:1 – Bomba de alimentação2 – Água residuária3 – Lodo do reator anóxico4 – Oxímetro5 – Agitador mecânico6 – Medidor de pH e temp.7 – Eletrodo de temperatura8 – Eletrodo de pH9 – Agitador e aquecedor10- Agitador magnético11- Sonda de OD de campo12- Lodo de retorno13- Bomba de reciclo de lodo

12

13



Figura 4: Teste 1 - Gráficos dos Compostos Nitrogenados e Fenol x tempo (Etapas Anóxica e Aeróbia).

A relação DQOafluente/fenolafluente observada no Teste 1 foi de ≅ 2,0, estando relativamente próxima do valorteórico de 2,38 (ROZICH et al., 1983; ROZICH; GAUDY, 1985). Fazendo-se um balanço de massasimplificado da etapa anóxica, observa-se:

− remoção DQO ≅ 847 mg;− remoção fenol ≅ 422 mg;− remoção N-NO3

- ≅ 96 mg (já descontada a parcela relativa ao nitrito).

Calculando-se a relação DQOremovida:N-NO3-desnitrificado obtém-se 8,8 kg DQO/kg N-NO3

-.Considerando-se que a concentração de sólidos em suspensão voláteis (SSV) no início da etapa anóxica comalimentação era de ≅ 2200 mg/L, então a taxa de desnitrificação observada foi de0,02 kg N-NO3

-/kg SSV.dia.

Neste teste também pode ser observado um acúmulo de nitrito (N-NO2-) na etapa anóxica, o mesmo não

acontecendo na aeróbia, sendo que ao final do teste, praticamente não foi detectada a presença destecomposto. Assim, o nitrito pode ser tóxico em fase anóxica e não em fase aeróbia. Vale lembrar que a amônia(N-NH3) também não foi detectada na etapa aeróbia, observando-se um aumento de nitrato (N-NO3

-) nosistema. Tanto a amônia quanto o nitrito presentes na etapa anóxica, ao final das 24 horas aeróbias, setransformaram em nitrato, mostrando que este tempo foi suficiente para a readaptação das bactérias àsdiferentes condições ambientais.O Teste 2, cujos resultados estão apresentados a seguir, foi realizado com uma relação A/M de0,12 kg fenol/kg SSV.dia. Esta carga de fenol inserida no reator mostrou-se tóxica ao sistema, já que houveacúmulo de fenol na etapa anóxica (ver Figura 5).

Gráfico N-NH3, N-NO2-, N-NO3

- x tempo (Etapa Aeróbia)

0

100

200

300

400

500

0 12 24

tempo (horas)

N-N

H3,

N-N

O2- , N

-

NO

3- (m

g/L

)

N-NO3- N-NH3 (F) N-NO2-

Gráfico Fenol x tempo (Etapa Aeróbia)

0

50

100

150

200

250

300

0 12 24

tempo (horas)

Fen

ol (

mg

/L)

Fenol < 1,0 mg/L Fenol Fenol Afluente

Gráfico Fenol x tempo (Etapa Anóxica)

0

20

40

60

80

100

120

0 4 8 12

tempo (horas)

Fen

ol (

mg

/L)


Gráfico N-NO3-, N-NO2

- x tempo (Etapa Anóxica)

0

100

200

300

400

500

0 4 8 12

tempo (horas)

N-N

O3- ,

N-N

O2- (m

g/L

)

N-NO3- N-NO2-




A Figura 5 mostra que o fenol aplicado foi tóxico ao sistema somente na etapa anóxica, já que na aeróbia asamostras coletadas não detectaram a presença de fenol. Assim, pode-se concluir que o sistema em faseanóxica é bem mais sensível do que em fase aeróbia, para a mesma carga de fenol aplicada.

Em relação ao compostos nitrogenados, o comportamento foi semelhante ao Teste 1, observando-se acúmulode nitrito na etapa anóxica e a transformação deste e da amônia em nitrato, na aeróbia.

A seguir, são apresentados os resultados gráficos do Teste 3, que utilizou a mesma relação A/M do testeanterior (0,12 kg fenol/kg SSV.dia).

Gráfico N-NO 3-, N-NO2


0

100

200

300

400

500

600

0 4 8 12

tempo (horas)

N-NO

3-

,N-NO

2-

(mg/L)

N-NO3- N-NO2-


0

20

40

60

80

100

120

140

0 4 8 12

tempo (horas)

Fen

ol (

mg

/L)


Gráfico N-NH3 , N-NO2-, N-NO3


0

100

200

300

400

500

600

0 12 24tempo (horas)

N-N

H3,

N-N

O2- , N

-

NO

3- (

mg

/L)



0

50

100

150

200

250

300

0 12 24

tempo (horas)

Feno

l (m

g/L)





A Figura 6 mostra que, surpreendentemente, com a mesma carga aplicada de fenol do Teste 2, não houveacúmulo de fenol na etapa anóxica. Outro fato observado foi o grande acúmulo de nitrito da etapa anóxica,sendo que após 12 horas de teste, a análise da amostra detectou praticamente 50 mg N-NO2

-/L, um valorbastante elevado que prejudicou muito a eficiência da desnitrificação.

Mais alguns testes com esta mesma relação A/M utilizada nos Testes 2 e 3, e outros ainda com relaçõessuperiores a esta, foram realizados mostrando que ora o fenol acumulava no sistema, ora este não eradetectado em nenhuma amostra, ora, ainda, o acúmulo observado de nitrito era extremamente elevado.

Além destes, outros testes foram realizados utilizando a relação A/M de 0,10 kg fenol/kg SSV.dia e emnenhum deles o fenol mostrou-se tóxico ao sistema, mostrando que esta carga seria a máxima carga a seraplicada ao sistema, sendo que a partir deste valor o sistema tornava-se instável. Isto foi observado pelo fatode algumas vezes ocorrer acúmulo de fenol e, às vezes, ocorrer concomitantemente acúmulo de nitrito noreator. A partir desta relação A/M foi realizada a segunda fase de testes.

RESULTADOS DA SEGUNDA FASE

Nesta fase foram realizados 5 testes. Estes testes foram realizados em etapa única, anóxica, com duração de8 horas e coletas a cada 2 horas, com o lodo proveniente dos reatores anóxicos da ETE piloto, além de umlodo de retorno com o conteúdo precipitado dos seus reatores aeróbios.

Como era esperado, a presença dos compostos benzeno, tolueno, xileno e naftaleno no afluente praticamentenão afetou o processo desnitrificante, já que os resultados de remoção de fenol e decaimento de nitratoapresentaram-se bastante satisfatórios.



0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 4 8 12

tempo (horas)

N-N

O3- ,

N-N

O2-

(mg

/L)

N-NO3- N-NO2-


0

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40

60

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100

120

140

160

0 4 8 12

tempo (horas)

Fen

ol (

mg

/L)


Gráfico N-NH3 , N-NO2-, N-NO3


0

100

200

300

400

500

0 12 24

tempo (horas)

N-N

H3,

N-N

O2- , N

-NO

3-

(mg

/L)



0

50

100

150

200

250

300

350

0 12 24

tempo (horas)

Feno

l (m

g/L)




Os resultados do Teste 4 estão apresentados nos gráficos da Figura 7. Vale notar que mais uma vez a relaçãoA/M de 0,10 kg fenol/kg SSV.dia foi adequada ao sistema, não sendo detectado fenol em nenhuma dasamostras coletadas.

Figura 7: Teste 4 - Gráficos dos Compostos Nitrogenados e Fenol x tempo

Além do sistema ter se comportado muito bem em relação ao fenol, o nitrito observado foi quase quedesprezível em todas as amostras, ou seja, praticamente todo o nitrato desnitrificado transformou-se emnitrogênio gasoso, que é o real interesse do processo desnitrificante.

A taxa de desnitrificação obtida foi relativamente alta: 0,04 kg N-NO3-/kg SSV.dia. Além disso, a relação

DQOremovida:N-NO3-desnitrificado foi de 6,1 kg DQO/kg N-NO3

-, resultado que esteve bastante próximo dealguns valores citados na literatura, como valores entre 4 e 6, obtidos por HENCE (1991) e ISAACS et al.(1994) apud LEE; PARK (1998), e o valor de 3,6, obtido por LEE; PARK (1998).

O Teste 5 também utilizou a relação A/M de 0,10 kg fenol/kg SSV.dia, mas neste caso o nitrato presente nosreatores anóxicos da piloto encontrava-se em concentrações bem mais baixas. Os gráficos da Figura 8apresentam estes resultados.



- x tempo

0

20

40

60

80

0 2 4 6 8

tempo (horas)

N-N

O 3- ,

N-N

O 2-

(mg

/L)

N-NO3- N-NO2- N-NO3- retorno N-NO2- retorno

Gráfico Fenol x tempo

0

20

40

60

80

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120

0 2 4 6 8tempo (horas)

Fen

ol (

mg

/L)



- x tempo

0

5

10

15

20

25

30

0 2 4 6 8

tempo (horas)

N-N

O3- ,

N-N

O2-

(mg

/L)



0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8

tempo (horas)

Fen

ol (

mg

/L)




De maneira semelhante ao teste anterior, a eficiência observada na remoção de fenol e nitrato foi bastantealta, também sendo observadas concentrações de nitrito desprezíveis. A taxa de desnitrificação obtida foi de0,06 kg N-NO3

-/kg SSV.dia e a relação DQOremovida:N-NO3-desnitrificado foi de 7,4 kg DQO/kg N-NO3

-,ambas um pouco superiores às do Teste 4 (Figura 7).O teste seguinte apresentou resultados surpreendentes em relação ao fenol. Desta vez, a carga aplicada defenol apresentou-se um pouco inferior aos anteriores (0,09 kg fenol/kg SSV.dia) devido à concentração deSSV estar um pouco superior ao esperado. Os gráficos relativos ao Teste 6 estão apresentados na Figura 9.


Foi observado um pequeno acúmulo de fenol nas duas últimas horas de teste, mesmo com uma relação A/Minferior a 0,10 kg fenol/kg SSV.dia. Assim, analisando-se o perfil de nitrato pelo tempo, nota-seconcentrações de N-NO3

- muito baixas durante o teste. Comparando-se com os testes anteriores, verifica-seque concentrações inferiores a 10 mg N-NO3

-/L são suficientes para ocasionar acúmulo de fenol no sistema.Assim, pode-se concluir que não somente a carga aplicada de fenol é primordial para o processodesnitrificante, como inclusive a concentração de nitrato, que não pode ser muito baixa, já que este nitratopassa a ser insuficiente para que os microrganismos desnitrificantes utilizem o fenol para reduzir o nitrato anitrogênio gasoso.

A tabela a seguir resume os resultados obtidos nos 6 testes citados.

Tabela 2: Resumo dos resultados obtidos nas duas fases de testesSegunda Fase

DQOafl:Fenolafl DQOrem Fenolrem N-NO3-rem DQO:N-NO3

- A/M dNn/dt

(mg) (mg) (mg) (kgDQO/kgN-NO3-) (kgfenol/kgSSV.dia) (kgN-NO3

-/kgSSV.dia)

Teste 1 2,0 847 422 96 8,8 0,10 0,02Teste 2 2,8 1146 412 69 16,6 0,12 0,02Teste 3 2,5 1472 578 275 5,3 0,12 0,06

Terceira Fase

DQOafl:Fenolafl DQOrem Fenolrem N-NO3-rem DQO:N-NO3

- A/M dNn/dt

(mg) (mg) (mg) (kgDQO/kgN-NO3-) (kgfenol/kgSSV.dia) (kgN-NO3

-/kgSSV.dia)

Teste 4 2,6 1066 409 173 6,1 0,10 0,04Teste 5 2,6 1094 416 149 7,4 0,10 0,06Teste 6 2,6 1045 409 185 5,6 0,09 0,04


- x tempo

0

5

10

15

20

25

30

35

40


N-N

O3- ,

N-N

O2-

(mg

/L)



0

20

40

60

80

100

120


Fen

ol (

mg

/L)




CONCLUSÕES

Com base no trabalho realizado, concluiu-se que:

− O fenol mostrou-se uma fonte de carbono eficiente para as bactérias desnitrificantes promoverem adesnitrificação;

− A relação A/M (alimento/microorganismo) que se mostrou mais confiável para não haver acúmulo defenol no reator anóxico foi a de 0,10 kg fenol/kg SSV.dia. Acima deste valor, o sistema já se mostrouinstável, ocasionando algumas vezes acúmulo de fenol ou mesmo de nitrito no reator;

− Num reator anóxico com níveis bastante elevados de nitrato (> 300 mg N-NO3-/L), o nitrito pode

acumular no reator, sendo que com níveis mais baixos de nitrato (< 80 mg N-NO3-/L), as concentrações

de nitrito foram quase que desprezíveis (< 0,5 mg N-NO2-/L), podendo-se observar uma excelente

eficiência na desnitrificação;− Quando o nitrato presente no reator anóxico encontrou-se em concentrações inferiores a 10 mg N-NO3

-

/L, o fenol começou a acumular no reator, já que este passou a ser insuficiente para as bactériasdesnitrificantes utilizarem o fenol para reduzir o nitrato a nitrogênio gasoso;

− As bactérias facultativas utilizam o OD, em meio aeróbio, com muito maior facilidade do que o nitrato,em meio anóxico, como aceptor de elétrons na oxidação do material orgânico, já que para a mesma cargade fenol aplicada, em ambiente anóxico, muitas vezes observou-se acúmulo de fenol no reator e, em meioaeróbio, este foi consumido inteiramente;

− As velocidades de desnitrificação mostraram-se bastante variáveis, dependendo da carga de fenolaplicada no sistema e do acúmulo de nitrito observado. Para a relação A/M de 0,10 kg fenol/kg SSV.dia,as taxas de desnitrificação normalmente permaneceram entre 0,04 e 0,06 kg N-NO3

-/kg SSV,principalmente nos testes onde foi utilizado lodo dos reatores anóxicos da ETE piloto;

− O sistema mostrou-se bem mais eficiente e estável com a utilização do lodo dos reatores anóxicos daETE piloto quando comparado ao lodo dos reatores aeróbios.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION,WATER ENVIRONMENTAL FEDERATION. Standard methods for examination of water andwastewater. 19ª.ed. Washington, APHA/AWWA/WEF, 1995.

2. CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Resolução no 20, 18/06/1986.3. DA COSTA, A.J.M. Estudo da tratabilidade de água residuária sintética simulando despejo líquido de

coqueria. São Paulo, 1999. Tese (Doutorado) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo.4. LEE, M.W.; PARK, J.M. Biological nitrogen removal from coke plant wastewater with external carbon

addition. Water Environment Research, v.70, n.5, p.1090-5, July/Aug. 1998.5. ROZICH, A.F.; GAUDY JR, A.F.; D’ADAMO, P.D. Predictive model for treatment of phenolic wastes

by activated sludge. Water Research, v.17, n.10, p.1453-66, 1983.6. ROZICH, A.F.; GAUDY JR, A.F. Response of phenol-acclimated activated sludge process to

quantitative shock loading. Journal of Water Pollution Control Federation, v.57, n.7, p.795-804, July1985.

7. ZHANG, M.; TAY, J.H.; QIAN, Y.; GU, X.S. Coke plant wastewater treatment by fixed biofilm systemfor COD and NH3-N removal. Water Research, v. 32, n. 2, p. 519-527, 1998.

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