Tratamento de efluente da indústria têxtil em eletrobiorreator à membrana (EBRM): análise da configuração integrada a reator UASB e operação isolada

Abstract

A indústria têxtil é responsável pela geração de efluentes complexos, com elevada carga orgânica, presença de compostos recalcitrantes e potencial toxicidade, como os azo-corantes. Em função dessa complexidade, os tratamentos convencionais nem sempre são suficientes para atender aos padrões ambientais. Nesse contexto, o presente estudo avaliou o desempenho de um eletrobiorreator à membrana (EBRM) no tratamento de efluente têxtil real, operando em duas configurações: (i) sistema sequencial composto por reator anaeróbio do tipo UASB seguido de EBRM e (ii) EBRM operando de forma isolada. A unidade experimental foi desenvolvida em escala piloto, utilizando efluente real de uma indústria têxtil localizada em Santa Catarina. O sistema sequencial (UASB-EBRM) foi operado por 75 dias, enquanto a operação do EBRM de forma isolada perdurou por 60 dias. Em ambas as configurações, o EBRM foi exposto a uma densidade de corrente elétrica de 25 A m?², aplicada sob o modo de exposição de 5 min ligado e 35 min desligado. O desempenho dos sistemas foi avaliado por meio de análises físico-químicas, ensaios respirométricos, testes de toxicidade aguda, monitoramento da filtrabilidade e da colmatação das membranas. No sistema sequencial, a remoção global de DQO foi superior a 84%, com máxima de até 97%. A contribuição do UASB foi limitada, evidenciada pelos resultados de atividade metanogênica específica e pelo sequenciamento genético da biomassa, indicando predominância de metabolismo fermentativo. A remoção de nitrogênio amoniacal variou entre 59% e 67%, enquanto o fósforo apresentou remoções entre 81% e 98%, atribuídas principalmente aos mecanismos de eletrocoagulação. A remoção de cor variou entre 62% e 80%. A colmatação da membrana intensificou-se ao longo das estratégias operacionais, com velocidades médias entre 0,22 e 0,69 kPa d?¹, indicando aumento progressivo do potencial incrustante do sistema. O consumo energético médio variou entre 19,21 e 34,28 kWh m?³, com aumento progressivo ao longo das estratégias. O permeado final apresentou ausência de toxicidade aguda. Sob a configuração do EBRM isolado, a remoção média de DQO foi da ordem de 81% e a de DBO5, aproximadamente 96%. A nitrificação ocorreu de forma estável, resultando em elevadas remoções de N?NH4?, acima de 90%, enquanto a remoção de fósforo foi de aproximadamente 88%. A remoção de cor foi de 70%, embora a concentração residual tenha se mantido próxima ou acima do limite normativo em determinados períodos. A colmatação da membrana ocorreu de forma gradual e controlada, com velocidade média de 0,17 kPa d?¹. O consumo energético médio do sistema foi de 18,74 kWh m?³, valor compatível com sistemas EBRM em escala piloto. De modo geral, o EBRM demonstrou desempenho robusto no tratamento de efluente têxtil real, sendo responsável pela principal etapa de remoção no sistema sequencial e apresentando elevada eficiência quando operado isoladamente. A cor residual configurou o principal desafio para o atendimento contínuo a padrões ambientais mais restritivos. Ainda que o efluente bruto apresentasse toxicidade significativa e potencial inibitório à biomassa anaeróbia, o sistema de tratamento foi capaz de promover a remoção praticamente completa do efeito agudo, evidenciando melhoria não apenas dos parâmetros físico-químicos, mas também do ponto de vista ecotoxicológico.

Abstract: The textile industry generates complex effluents with high organic loads, recalcitrant compounds, and potential toxicity, such as azo dyes. Due to this complexity, conventional treatments are not always sufficient to meet environmental standards. In this context, the present study evaluated the performance of a membrane electrobioreactor (MEBR) in the treatment of real textile effluent, operating in two configurations: (i) a sequential system consisting of a UASB anaerobic reactor followed by MEBR and (ii) MEBR operating in isolation. The experimental unit was developed on a pilot scale, using real effluent from a textile industry located in Santa Catarina. The sequential system (UASB-MEBR) was operated for 75 days, while the MEBR operated in isolation for 60 days. In both configurations, the MEMB was exposed to an electric current density of 25 A m?², applied in a mode of 5 min on and 35 min off. The performance of the systems was evaluated through physical-chemical analyses, respirometric tests, acute toxicity tests, and monitoring of membrane filterability and clogging. In the sequential system, overall COD removal was greater than 84%, with a maximum of up to 97%. The contribution of the UASB was limited, as evidenced by the results of specific methanogenic activity and genetic sequencing of the biomass, indicating a predominance of fermentative metabolism. Amoniacal nitrogen removal ranged from 59% to 67%, while phosphorus removal ranged from 81% to 98%, mainly attributed to electrocoagulation mechanisms. Color removal ranged from 62% to 80%. Membrane fouling intensified throughout the operational strategies, with average speeds between 0.22 and 0.69 kPa d?¹, indicating a progressive increase in the system's fouling potential. Average energy consumption ranged from 19.21 to 34.28 kWhm?³, with a progressive increase throughout the strategies. The final permeate showed no acute toxicity. Under the isolated MEBR configuration, the average COD removal was around 81% and the BOD5 removal was approximately 96%. Nitrification occurred in a stable manner, resulting in high N?NH4? removals, above 90%, while phosphorus removal was approximately 88%. Color removal was 70%, although the residual concentration remained close to or above the regulatory limit in certain periods. The membrane clogging occurred gradually and in a controlled manner, with an average speed of 0.17 kPa d?¹. The average energy consumption of the system was 18.74 kWh m?³, a value compatible with pilot-scale EBRM systems. Overall, the MEBR demonstrated robust performance in the treatment of real textile effluent, being responsible for the main removal stage in the sequential system and showing high efficiency when operated in isolation. Residual color was the main challenge for continuous compliance with more restrictive environmental standards. Although the raw effluent presented significant toxicity and inhibitory potential to anaerobic biomass, the treatment system was able to promote the almost complete removal of the acute effect, showing improvement not only in physical-chemical parameters but also from an ecotoxicological point of view.