Granulação natural da biomassa em reator operado em bateladas sequenciais para tratamento de esgoto sanitário

Abstract

Os reatores operados em bateladas sequenciais com biomassa granular aeróbia são objeto de muitos estudos atuais. Seu uso para tratamento de esgoto sanitário ainda é um desafio devido às variações nas cargas aplicadas. O presente trabalho avaliou a granulação natural da biomassa em um reator piloto, operado em bateladas sequenciais (RBSG), para tratamento de esgoto sanitário. O estudo foi dividido em três estratégias operacionais, com ciclos compostos por fases de: enchimento, anóxica, aeróbia, descarte e repouso. Trabalhou-se com variações no tempo dos ciclos: 4 (estratégias I e II) e 6 horas (estratégia III) e da fase anóxica: 13, 30 e 90 minutos nas estratégias I, II e III, respectivamente. O tratamento efetuado pelo reator foi monitorado por meio de análises físico-químicas e biológicas. Os grânulos foram avaliados via análises de granulometria, sedimentabilidade e análises microbiológicas, como microscopia óptica, FISH (fluorescence in situ hibridization) e sequenciamento de DNA. O RBSG tratou o esgoto sanitário, produzindo um efluente dentro das exigências nacionais de padrões de lançamento de efluentes (CONAMA 430/2011). Observou-se nitrificação parcial com acúmulo de nitrito; a biodesfosfatação ocorreu na estratégia III. A concentração de biomassa no reator variou entre 1,0 e 1,2 g L-1, onde mais de 60% era granular (80% na estratégia III), com grânulos de diâmetros médios compreendidos entre 200 e 400µm. A razão IVL30/IVL10 variou entre 0,74 e 0,89, evidenciando boa sedimentabilidade da biomassa. Contudo, a queda na temperatura do reator mostrou-se como um dos fatores que favorecem a desintegração dos grânulos. As populações bacterianas identificadas nas três estratégias foram similares, com destaque para os gêneros Pseudomonas sp., Comamonas sp. e Pseudoxanthomonas sp. encontrados em abundância relativa de 17%, 19% e 45%, respectivamente. Os quais se destacam por serem produtores de substâncias extras poliméricas, fundamentais para a granulação, e nos processos de nitrificação e desnitrificação. O desenvolvimento dos grânulos no RBSG ocorreu de forma natural, sem inoculação. As características do lodo granular aeróbio e o desempenho do reator no tratamento de esgoto sanitário melhoraram com o aumento da fase anóxica.<br>

Abstract : The sequencing batch reactors with aerobic granular biomass are object of many current studies. Its use for sewage treatment is still a challenge due to the applied organic loads variations. The present study evaluated the natural granulation of the biomass in a sequencing batch reactor (GSBR) in a pilot scale for sanitary sewage treatment. The study was divided into three operational strategies. The cycles composed by phases of: filling, anoxic, aerobic, sedimentation, withdraw and idle. The time cycles were 4 hours for strategies I and II, and 6 hours for strategy III; during anoxic phases the time phase was: 13, 30 and 90 minutes for strategies I, II and III, respectively. The treatment carried out by the reactor was monitored through physical-chemical and biological analyzes. The granules were evaluated through particle size, settleability and microbiological analyzes, such as optical microscopy, FISH (fluorescence in situ hybridization) and DNA sequencing. The GSBR treated sanitary sewage, producing an effluent within the Brazilian requirements of effluent discharge standards (CONAMA 430/2011). Partial nitrification with nitrite accumulation was observed; biological phosphorus removal occurred during strategy III. The concentration of biomass in the reactor varied between 1.0 and 1.2 g L-1, with more than 60% of the biomass considered as granular sludge (80% in strategy III), presenting average diameter granules between 200 and 400µm. SVI30 / SVI10 ratio varied between 0.74 and 0.89, showing good settleability of the biomass. However, the drop in the reactor temperature proved to be one of the factors favoring the disintegration of the granules. The bacterial populations identified in the three strategies were similar, with emphasis on the genera Pseudomonas sp., Comamonas sp. and Pseudoxanthomonas sp. found in relative abundance of 17%, 19% and 45%, respectively. They are notable for being producers of extracellular polymeric substances, fundamental for sludge granulation, and for nitrification and denitrification processes. The development of the granules in GSBR occurred naturally, without any inoculation. The characteristics of the aerobic granular sludge and the performance of the reactor in the sanitary sewage treatment were improved with the anoxic phase increase.