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Química Ambiental ANÁLISE DA EFICIÊNCIA D E   WETLANDS  CONSTRUÍDAS E DE REATOR COM BIOFILME NA REMOÇÃO DE FÓSFORO DE ESGOTOS

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O presente trabalho tem como objetivo analisar e comparar dois sistemas de tratamento de esgotos, por wetlands construídas e remoção biológica por reatores em bateladas sequenciais, a partir da análise dos artigos  “ Phosphorus removal in a pilot scale free water surface constructed wetland: hydraulic retention time, seasonality and standing stock evaluation ” (BALDOVI et al., 2021)⁠. “ Remoção simultânea de material orgânico, nitrogênio e fósforo em um reator em bateladas sequenciais com biofilme de leito móvel operado pelo processo anaeróbio-anóxico-óxico ” (BUENO et al., 2019).  Os principais critérios observados foram eficiência na remoção de fósforo, tempo de detenção hidráulica (TDH) dos sistemas e capacidade de implantação em grande escala.

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Importância do fósforo:  O fósforo é um nutriente essencial e insubstituível em vários processos fisiológicos e biológicos (PANTANO, 2016) Problemáticas relacionadas ao fósforo: Reservas primárias de fósforo são limitadas Eutrofização artificial de ambientes aquáticos potencializadas pelo despejo irrestrito de fósforo O controle do aporte de fósforo tem sido identificado como a medida de maior eficácia no combate à eutrofização (BALDOVI et al., 2021) Wetlands  construídas:  Constituído por macrófitas, material de suporte e microbiota, é um sistema alagado artificialmente desenvolvidos para tratar águas e esgotos (SUBTIL et al., 2018) Remoção biológica de fósforo (RBP ):  assimilação do fósforo pelo lodo composto por bactérias acumuladoras de fósforo. Entre os processos biológicos, o processo de tratamento em reatores de bateladas sequenciais (RBS) mostra-se muito atraente, especialmente por permitir a manutenção de condições anaeróbicas, anóxicas e aeróbicas” (BUENO et al., 2019).

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Chemosphere
ELSEVIER
Chemosphere 266 (2021 ) 128939
Contents lists available at ScienceDirect
Chemosphere
journal homepage: www.elsevier.com/locate/chemosphere
Phosphorus removal in a pilot scale free water surface constructed
wetland: hydraulic retention time, seasonality and standing stock
evaluation
Aldrew Alencar Baldovi a. André Ribeiro de Barros Aguiar , Roseli Frederigi Benassi c
Jan Vymazal d, Tatiane Araujo de Jesus
Ibst-graduation Program in Envimnmenta/ and rechnologu Fe&ral University ofABC. CTA'UFABC Av. dos Estados. - Amgü Santo André. SP.
09210-580. Brazil
b Abt-gnuil"ltion Bognun in Space %ience and Techml., TechmJ%kal hutitute DCL4.'ffA. Baca Marechal Eduardo Gomes, 50 - Vih das
Acoctas. SOO Jose iLs Camps SP. 12228AU Brazil
Center of Engmeenng Mtxielirw and Apphed Social Sciences. Federal University of AX. Av. dos Estiüios. 5001 - Rangü. Santo André SP. @10-580. Brazd
d Hexi (Applied Ecology). Faculty of Environmental Sciences. Czech Unrversuy of Life Sciences hugue. Czech Repubåc

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Parque Estadual Fontes do Ipiranga em São Paulo: clima subtropical úmido,  T méd ,máx  = 22 ºC e  T méd ,min  = 15,1 ºC e precipitação diária de 4,8 ±  8,6 mm no verão e 1,5 ±  5,5 no inverno Dimensionamento dos 7 tanques: 1,2 x 0,8 x 1,4 m (V = 1,34 m 3 ) Macrófita:  Eichhornia crassipes Monitoramento semanal entre 02 - 10 /2018 na entrada e saída entre 9h30 e 11h00 (n = 58) Colheita semanal

ONImB03Y
3HL 01 MO-nos
Old'.n-o
'.eV1-l
S3dVL 3SOH
031% d
ouV11dNn
z dNn-o
NOILvzryr,03
rd—I

As características físico-químicas do afluente eram: pH de 5,7 ± 0,6; temperatura de 20,4 ± 2,6 ºC; 140,9 mL L -1  de sólidos de sedimentáveis; 2,0 ±  2,9 mL L -1   de fósforo total,  11,7 ±  10,6 mL L -1  de nitrogênio amoniacal; e 10,4 ± 7,4 mg L -1  de DBO 5,20 . Parâmetros  analisados do efluente : Oxigênio dissolvido (OD), condutividade elétrica (CE)  monitoradas  in situ , usando uma multiprobe (Horiba, U-50) . C, turbidez, e total sólidos suspensos (TSS), irradiação solar e precipitação. Após a colheita, as macrófitas foram secas, pesadas e trituradas. O fósforo total foi analisado pelo método colorimétrico após digestão da amostra com HCl a 10%. R = 100 - [(100 * FTo) / FTi] onde R é a remoção de fósforo total (%); Concentração de FTo se refere ao FT no efluente da wetland (mg L-1); FTi seria a concentração de FT na entrada da wetland (mg L-1)

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Modelo de potencial do sistema na reciclagem de P na agricultura:  utilizou-se dados de concentração média de FT do melhor TDH; a concentração de FT na biomassa de macrófitas aquáticas; a vazão da WC e a vazão média da ETA. A dosagem de P variou de 26,2 a 43,7 kg P ha -1  para a produção de 4e6 toneladas de milho por ano. Análise estatística: Avaliação da normalidade dos dados: Levene e Shapiro-Wilk; Avaliação  post-hoc  quando os dados não eram normais: teste de Anderson Darling; Avaliação da diferença entre os tratamentos com TDH e a influência da sazonalidade na remoção de P: ANOVA; Análise de dados numéricos: Análise de Componentes Principais; Correlações lineares foram analisadas: coeficiente de correlação de Pearson ®; O  software Origin  e a plataforma Jupyter foram utilizados para todas as análises estatísticas e construções gráficas. Os cálculos foram realizados usando as linguagens de programação R e Python.

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Remoção média de fósforo total (%) na fase líquida na  wetland  construída em escala piloto durante o período monitorado.

Acúmulo total de fósforo (g m -2  d -1 ) e desvios padrão na biomassa de  Eichhornia crassipes  e porcentagem média e desvios padrão (% amostra seca ± desvio padrão) de fósforo (n = 29) por grama de biomassa seca de  Eichhornia crassipes  para todo o período . Média aritmética seguida de letras diferentes que indicam diferenças significativas entre os dados de acordo com o teste de Anderson Darling (valor p <0,05).

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o menor TDH avaliado (3 dias) apresentou melhor acúmulo de P por  E. crassipes , o período úmido apresentou remoção de P significativamente melhor e os tanques plantados foram mais eficientes na remoção de P do que os não plantados; a remoção global de P foi significativamente melhor nos tanques plantados e nenhuma diferença estatística foi observada entre os tanques plantados com TDH de 3, 7 e 10 dias. Esse achado é muito positivo, pois o uso de TDH de 3 dias em vez de mais altos permite um tratamento de maior fluxo na mesma área, tornando-o mais atraente para aplicação em larga escala; o manejo semanal das plantas pode ter contribuído para a alta taxa de remoção de P; os resultados e estimativas também sugerem o potencial desta ecotecnologia na reciclagem de P para uso agrícola da compostagem de biomassa de macrófitas; a implementação de wetlands construídas em larga escala como uma etapa terciária do tratamento de águas residuais é, portanto, recomendada, uma vez que pode contribuir com a mitigação da eutrofização em ecossistemas aquáticos e reciclagem de P para a produção de alimentos.

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DOI 10.1590/S1413-41522019125711
Artigo Técnico
Remoqäo simultänea de material orgänico,
nitrogénio e fösforo em um reator em bateladas
sequenciais com biofilme de leito mövel operado
pelo processo anaeröbio-anöxico-öxico
Simultaneous removal of organic material, nitrogen and phosphorus in a reactor
in batches of mobile bed biofilm sequencing by the anaerobic-anoxic-oxic process
O, Fåbio Campos2 C),
Rodrigo de Freitas Bueno
Marianella Munoz Rivera3 0, Carolina Lenis3 C), Roque Passos Piveli2 0

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Esgoto bruto proveniente do Conjunto Residencial da USP que recebeu tratamento prévio de níveis preliminar e primário.

Dois reatores de lodo ativado de mesmas dimensões (36 litros), operando simultânea e paralelamente, sendo um deles um reator de bateladas sequenciais (RBS) e o segundo o reator com biofilme (MBSBBR).

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O tempo de detenção hidráulica total (TDH) de 6 horas.

4 bateladas por dia por 130 dias com a operação contínua de agitadores mecânicos com velocidade angular de 35 a 40 rpm com exceção dos períodos de sedimentação e descarte.

Monitoramento da aeração por um respirômetro e da concentração de OD por sensor. Cromatógrafo de íons para quantificação da concentração dos compostos de interesse  Análise de desempenho foi realizada através da ferramenta de análise de variância (ANOVA-fator único) do Microsoft Excel 2017.

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Reator Concentação esgoto bruto (mg/L) Concentação esgoto tratado (mg/L) Eficiência (%) MBSBBR  655 ± 75 58 ± 19 91,1 RBS 655 ± 75 68 ± 19 89,5

A análise estatística demonstra que apesar de valores próximos, o reator de MBSBBR de fato apresenta melhores resultados na remoção de material orgânico. A baixa concentração de OD não tem efeito significativo na eficiência da remoção de DQO, uma vez que outros estudos com concentrações maiores de oxigênio dissolvido apresentam resultados similares e até mesmo menores.

Reator Concentação esgoto tratado (mg/L) MBSBBR  3.104 ± 769 RBS 2.710 ± 769

Reator Concentação esgoto bruto (mg/L) Concentação esgoto tratado (mg/L) MBSBBR  483 ± 83 46 ± 16 RBS 483 ± 83 55 ± 24

SST  = fração orgânica (SSV) + fração inorgânica

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Reator Concentação esgoto bruto (mg/L) Concentação esgoto tratado (mg/L) Eficiência (%) MBSBBR  75,4 ± 7,5 8,5 ± 6,2 88,6 RBS 75,4 ± 7,5 8,2 ± 7,7 89,2

Reator Concentação esgoto bruto (mg/L) Concentação esgoto tratado (mg/L) Eficiência (%) MBSBBR  61,6 ± 7,3 5,7 ± 5,6 90,5 RBS 61,6 ± 7,3 5,2 ± 5,0 91,6

A ferramenta estatística conclui que não há diferença significativa no desempenho dos dois reatores.

A remoção de fósforo está r elacionada à proporção de carbono, nitrogênio e fósforo, uma vez que a desfosfatação e a desnitrificação competem por carbono. É possível inferir que valores maiores da relação C/P acarretam em maiores taxas de remoção de fósforo. Por outro lado o “ processo de nitrificação não foi afetado significativamente pela variação da relação C/N” Bueno (2019)

C/N C/P P  afluente  (mg/L) Eficiência (%) 1,5 8,9 9 40 2,6 15 4 73 4,1 24 1 95

No estudo de Bueno (2019), “a eficiência de remoção de P foi de 85,4 ± 8,8 e 84,4 ± 7,8 mg/L nos reatores MBSBBR e RBS, respectivamente, para relação C/N de 8,7 e C/P > 100”. A análise estatística confirma que não há diferença expressiva entre esses resultados para tais reatores.

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O  artigo conclui que a escolha da configuração do reator para aplicação em maior escala em Estações de Tratamento de Efluentes dependeria da área de terreno disponível e que o reator MBSBBR exigiria custos que não existem no RBS. A diferença de resultados nesta escala piloto do estudo somente ocorre em relação à remoção de matéria orgânica, mas não para nitrogênio e, em especial, para fósforo, nutriente objeto de análise deste trabalho de comparação dos artigos.

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VISÃO CRÍTICA E COMPARATIVA DOS ARTIGOS

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Experimentos realizados em escala piloto Efluentes tratado  possuíam  características diferentes Análise estatística de variância O artigo de Bueno et al. analisa a influência de C/N e de C/P na remoção do fósforo Tratamentos aplicáveis em larga escala

Artigo 1 Artigo 2 Pré tratamento   Biológico Primário Fósforo Total no efluente a ser tratado 2,0 ±  2,9  mL L -1 6,0 ±  0,8  mL L -1 TDH 3, 7 e 10 dias 6 horas Eficiência remoção de P 81,9 %* 85,4 %

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Experimentos realizados em escala piloto Efluentes tratado possuíam características diferentes Análise estatística de variância O artigo de Bueno et al. analisa a influência de C/N e de C/P na remoção do fósforo Tratamentos aplicáveis em larga escala

Artigo 1 Artigo 2 Pré tratamento  Biológico Primário Fósforo Total no efluente a ser tratado 2,0 ±  2,9 mL L -1 6,0 ±  0,8 mL L -1 TDH 3, 7 e 10 dias 6 horas Eficiência remoção de P 81,9 %* 85,4 %

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Scene 22

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BALDOVI, Aldrew Alencar  et al.  Phosphorus removal in a pilot scale free water surface constructed wetland: hydraulic retention time, seasonality and standing stock evaluation.  Chemosphere , [ s. l. ], v. 266, 2021. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128939 BENASSI, Roseli Frederigi  et al.  Manual de sistemas de Wetlands construídas para o tratamento de esgotos sanitário: implantação, operação e manutenção.  Universidade Federal do ABC , [ s. l. ], n. May, p. 52, 2018.  BUENO, Rodrigo de Freitas; CAMPOS, Fábio; RIVERA, Marianella Munoz; LENIS, Carolina; PIVELI, Roque Passos.  Remoção simultânea de material orgânico, nitrogênio e fósforo em um reator em bateladas sequenciais com biofilme de leito móvel operado pelo processo anaeróbio-anóxico-óxico . Engenharia Sanitária e Ambiental, [S.L.], v. 24, n. 4, p. 747-760, ago. 2019. FapUNIFESP (SciELO). http://dx.doi.org/10.1590/s1413-41522019125711 HUISMAN, Jef  et al.  Cyanobacterial blooms.  Nature Reviews Microbiology , [ s. l. ], v. 16, n. 8, p. 471–483, 2018. Disponível em: https://doi.org/10.1038/s41579-018-0040-1 PANTANO, Glaucia  et al.  SUSTAINABILITY IN PHOSPHORUS USE: A QUESTION OF WATER AND FOOD SECURITY.  Química Nova , [ s. l. ], v. 39, n. 6, p. 732–740, 2016. Disponível em: https://doi.org/10.5935/0100-4042.20160086 WITHERS, Paul J.A. Closing the phosphorus cycle.  Nature Sustainability , [ s. l. ], v. 2, n. 11, p. 1001–1002, 2019. Disponível em: https://doi.org/10.1038/s41893-019-0428-6

Química Ambiental ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DE WETLANDS CONSTRUÍDAS E DE REATOR COM BIOFILME NA REMOÇÃO DE FÓSFORO DE ESGOTOS

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