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Behavior of pharmaceuticals in UV photoreactors fed with sewage treated by anaerobic/aerobic system.
(2017) Lopes, Bruna Coelho; Sanson, Ananda Lima; Aquino, Sergio Francisco de; Souza, Cláudio Leite de; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos; Afonso, Robson José de Cássia Franco
This work has assessed the seasonal changes and the dynamics in the concentration of six pharmaceutical compounds during photolysis as a tertiary treatment of sewage previously treated by an anaerobic/aerobic system comprised by a UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor and a trickling filter (TF). The target compounds were 4 antibiotics (ciprofloxacin, clindamycin, sulfamethoxazole, trimetoprime), 1 beta blocker (atenolol) and 1 anti-inflammatory (diclofenac). Six hydraulic retention times (HRT) were evaluated (5, 10, 20, 40, 80 and 160 minutes) with the intent of varying the UVC radiation doses applied to the effluent from biological treatment containing the target contaminants. The concentrations of pharmaceutical compounds in the effluent of the UASB/TF system were in agreement with the concentration levels reported in the literature. Aside from DCF, the seasonality seems to be a preponderant characteristic regarding the pharmaceutical concentration found in the effluent of biological treatment systems. The radiation dose of 117 mJ.cm-² seemed to be most suited for the photolysis application to tertiary treatment of domestic effluents. It was observed that lower UVC doses led to deconjugation of pharmaceuticals which can result in increased concentrations of target pollutants in the photo-reactor effluent.
Behaviour of pharmaceuticals and endocrine disrupting chemicals in simplified sewage treatment systems.
(2013) Brandt, Emanuel Manfred Freire; Queiroz, Fernanda Barbosa de; Afonso, Robson José de Cássia Franco; Aquino, Sergio Francisco de; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos
This work assessed the behaviour of nine pharmaceuticals and/or endocrine disrupting chemicals (EDCs) in demo-scale upflow anaerobic sludge blanket reactors (UASB reactors) coupled to distinct simplified post-treatment units (submerged bed, polishing ponds, and trickling filters) fed on raw sewage taken from a municipality in Brazil. The dissolved concentration of the studied micropollutants in the raw and treated sewage was obtained using solid phase extraction (SPE) followed by analysis in a liquid chromatography system coupled to a hybrid high resolution mass spectrometer consisting of an ion-trap and time of flight (LC-MS-IT-TOF). The UASB reactors demonstrated that they were not appropriate for efficiently removing the assessed compounds from the sewage. Furthermore, this study demonstrated that the hydraulic retention time (HRT) was an important parameter for the removal of the hydrophilic and less biodegradable compounds, such as trimethoprim and sulfamethoxazole. The post-treatment units substantially increased the removal of most target micropollutants present in the anaerobic effluents, with a greater removal of micropollutants in simplified systems that require a large construction area, such as the submerged bed and polishing ponds, probably because of the higher HRT employed. Alternatively, compact post-treatment systems, such as trickling filters, tended to be less effective at removing most of the micropollutants studied, and the type of packing proved to be crucial for determining the fate of such compounds using trickling filters.
Biometanização seca de resíduos sólidos urbanos : o estado da arte e uma análise crítica das principais tecnologias.
(2010) Gomes, Felipe Correia de Souza Pereira; Aquino, Sergio Francisco de; Aquino, Sergio Francisco de; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos; Porto, Lia Mendonça; Colturato, Luis Felipe de Dornfeld Braga
A gestão adequada dos resíduos sólidos urbanos (RSU) é um dos principais desafios dos gestores públicos. Por outro lado, a viabilização de fontes alternativas de energia e a redução da emissão de gases causadores do efeito estufa, são necessidades globais. Frente a tais demandas, uma nova tendência tecnológica que vem se consolidando mundialmente é a produção de energia elétrica a partir do biogás gerado no tratamento de resíduos orgânicos via biometanização, enfoque denominado “Waste to Energy”. As restrições adotadas pelos países membros da União Europeia e pela Índia quanto a disposição de resíduos orgânicos em aterros sanitários tem contribuído ainda mais para a disseminação dessas tecnologias. Estão disponíveis no mercado, uma grande variedade de tecnologias de biometanização de RSU, entretanto, a definição da tecnologia mais eficiente a ser adotada nem sempre é uma tarefa simples. Visitas técnicas foram realizadas em pelo menos uma planta das tecnologias líderes de mercado ─ Valorga, Laran, Kompogas e Dranco ─ de forma a verificar in-loco a realidade operacional dessas unidades e discutir com operadores as potencialidades e vulnerabilidades de cada uma delas. Para auxiliar a definição da tecnologia mais adequada para a construção de uma planta piloto no estado de Minas Gerais, o presente estudo elaborou uma metodologia de avaliação, composta por 35 indicadores, agrupados nos temas: Histórico das Tecnologias; Aspectos Operacionais, Dados de Projeto; e Dados Reais. No intuito de otimizar uma análise crítica das tecnologias disponíveis no mercado internacional, a metodologia desenvolvida avalia a experiência acumulada e o desempenho real, funcionando como uma ferramenta para auxiliar na tomada de decisão. A metodologia desenvolvida foi aplicada na análise das quatro plantas de biometanização de RSU visitadas. Apresentando o melhor desempenho no grupo Histórico das Tecnologias e o segundo melhor nos Dados Reais, a tecnologia B foi a tecnologia de maior pontuação, atingindo 62,33 pontos. Destacando-se nos grupo Dados Reais e Aspectos Operacionais, a tecnologia D apresentou o segundo melhor desempenho e somou 61,76 pontos. Sendo assim, pode-se afirmar que considerar um empate técnico entre as tecnologias B e D. Com um bom desempenho no grupo Dados de Projeto, a tecnologia C alcançou o terceiro melhor resultado e obteve 57,81 pontos. Já a tecnologia A, mesmo apresentando um bom resultado no grupo Aspectos Operacionais, foi a de pior desempenho, somando 44,24 pontos. Todas as tecnologias avaliadas apresentaram problemas operacionais, o que demonstra que as mesmas ainda estão em desenvolvimento. A construção de uma planta piloto no estado de Minas Gerais deve ser baseada nas tecnologias existentes, mas focada no desenvolvimento de uma tecnologia nacional, adaptada a realidade brasileira.
Considerações práticas sobre o teste de demanda química de oxigênio (DQO) aplicado a análise de efluentes anaeróbios.
(2006) Aquino, Sergio Francisco de; Silva, Silvana de Queiroz; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos
Este artigo apresenta resultados de testes laboratoriais que investigaram a influencia dos ions cloreto, amonium, ferro e sulfeto no teste de demanda quimica de oxigenio (DQO), bem como valores dos coeficientes de conversao da matéria organica especifica (proteinas, carboidratos e lipideos) determinados empiricamente. O artigo apresenta, ainda, resultados da comparacao dos metodos colorimetrico e titulometrico de determinacao da DQO e faz uma discussao critica do uso do teste de DQO como parametro de monitoramento da eficiencia de sistemas de tratamento anaerobio.
Impact of microaeration bioreactor on dissolved sulfide and methane removal from real UASB effluent for sewage treatment.
(202) Cabral, C. S.; Sanson, Ananda Lima; Afonso, Robson José de Cássia Franco; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos; Araújo, J. C.
Two bioreactors were investigated as an alternative for the post-treatment of effluent from an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor treating domestic sewage, aiming at dissolved sulfide and methane removal. The bioreactors (R-control and R-air) were operated at different hydraulic retention times (HRT; 6 and 3 h) with or without aeration. Large sulfide and methane removal efficiencies were achieved by the microaerated reactor at HRT of 6 h. At this HRT, sulfide removal efficiencies were equal to 61% and 79%, and methane removal efficiencies were 31% and 55% for R-control and R-air, respectively. At an HRT of 3 h, sulfide removal efficiencies were 22% (R-control) and 33% (R-air) and methane removal did not occur. The complete oxidation of sulfide, with sulfate formation, prevailed in both phases and bioreactors. However, elemental sulfur formation was more predominant at an HRT of 6 h than at an HRT of 3 h. Taken together, the results show that post-treatment improved the anaerobic effluent quality in terms of chemical oxygen demand and solids removal. However, ammoniacal nitrogen was not removed due to either the low concentration of air provided or the absence of microorganisms involved in the nitrogen cycle.
Influence of incubation conditions on the specific methanogenic activity test.
(2010) Souto, Tatiana F.; Aquino, Sergio Francisco de; Silva, Silvana de Queiroz; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos
The main objective of this work was to evaluate the influence of incubating conditions on the specific methanogenic activity (SMA) test in order to harmonize the test protocol. For this serum bottles were incubated with anaerobic sludge (from UASB reactor treating domestic sewage) in factorial planned experiments which assessed the influence of the temperature, substrate concentration, food/microorganism (F/M) ratio, presence of yeast extract in the medium, as well as type of carbon and nutrient solution. The results showed that the tested methane measuring methods (volumetric with biogas characterization, volumetric with gas wash in alkaline solution, and manometric by using the OxiTop system) presented a similar performance. The maintenance of a small gaseous phase volume (e.g. 10% of the total volume) resulted in higher SMA values; and the ideal substrate concentration for the SMA test ranged from 0.5 to 3.0 gCOD/l since higher acetate concentration caused sludge inhibition. The suggested temperature for the test is 35 C and the best F/M ratio varied from 0.125 to 0.750 gCOD/gVS, and this seemed to be the most influent parameter for the SMA test. Finally tests performed with nutrient solution complemented by yeast extract resulted in the highest SMA values.
Influência da redução do tamanho de partículas na taxa de hidrólise de esgoto bruto doméstico.
(2008) Teixeira, Ana Raquel; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos; Aquino, Sergio Francisco de
O trabalho teve por objetivo avaliar as alterações nas taxas de conversão do material particulado do esgoto bruto doméstico, após passar por uma unidade de pré-tratamento que utilizou o peneiramento forçado através de malhas metálicas com aberturas de 1,0 e 0,5 mm como estratégia para reduzir o tamanho médio das partículas. Os resultados mostraram que o peneiramento forçado e a redução do tamanho das partículas presentes no esgoto bruto não foram suficientes para aumentar as taxas de hidrólise do material particulado, uma vez que as constantes de hidrólise para o esgoto bruto e peneirado, estimadas pela relação cinética de primeira ordem, analisando o parâmetro sólidos suspensos voláteis, apresentaram valores semelhantes, da ordem de 0,0492 ± 0,0146 d-1, para o esgoto bruto, e de 0,0472 ± 0,0079 d-1 e 0,0470 ± 0,0117 d-1, para o esgoto bruto peneirado nas malhas de 1 e 0,5 mm, respectivamente.
Metodologias para determinação da atividade metanogênica específica (AME) em lodos anaeróbios.
(2007) Aquino, Sergio Francisco de; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos; Foresti, Eugênio; Santos, Maria de Lourdes Florêncio dos; Monteggia, Luiz Ollinto
Esse artigo apresenta uma revisão sobre os diferentes protocolosn para a determinação da atividade metanogênica específica (AME) de lodos anaeróbios. Os protocolos propostos se diferem tanto em relação aos procedimentos adotados para a incubação do lodo, quanto ao método utilizado para quantificação do metano produzido durante o teste. São discutidos os princípios dos métodos manométricos e volumétricos, e descritos brevemente os protocolos de incubação do lodo, de medição do metano e o procedimento para cálculo da AME obtida pelos métodos mais utilizados pela comunidade científica nacional.
Produção de biogás a partir de hidrolisados gerados no pré-tratamento por auto-hidrólise do bagaço de cana-de-açúcar.
(2016) Ribeiro, Fernanda Resende; Aquino, Sergio Francisco de; Aquino, Sergio Francisco de; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos; Leão, Versiane Albis
O objetivo deste estudo consistiu em avaliar o processo de digestão anaeróbica de hidrolisado hemicelulósico produzido após o pré-tratamento hidrotérmico do bagaço de cana-de-açúcar. Para isso, ensaios de potencial bioquímico de metano (BMP) foram feitos a fim de selecionar uma condição ótima de pré-tratamento por auto-hidrólise (178,6 °C, 43,6 min e 0,24 g/mL de RSL), que resultou em produção acumulada de metano de 1,82 L/g COT. O hidrolisado de bagaço de cana obtido em tal condição foi alimentado continuamente em reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) e operado com um tempo de detenção hidráulica (TDH) de 18,4 h. O desempenho do processo foi investigado através da variação da proporção de hidrolisado na solução de alimentação e da variação da carga orgânica volumétrica (OLR). Os dados experimentais mostraram que a diminuição da proporção de xilose/hidrolisado na solução de alimentação resultou em melhor desempenho do processo, enquanto que o aumento na COV causou uma queda no rendimento de produção de metano. A produção máxima de metano (184,2 NmL CH4/g DQOremovida) foi obtida com uma eficiência de remoção de DQO de 67,8%, quando o reator UASB foi alimentado com 100% de hidrolisado como substrato e com uma COV de 1,3 g DQO/L.d. Subsequentemente, quando a COV foi aumentada para 2,4 e 4,8 g DQO/L.d, ocorreu uma diminuição na produção de metano (34,8-80,2 NmLCH4 /g DQOremovida). Contraditoriamente, a maior remoção de DQO (85,7%) foi observada quando o reator foi alimentado com 100% de hidrolisado de bagaço de cana e uma COV de 2,4 g DQO/L.d. Os ácidos graxos voláteis (AGVs) apresentaram maior acúmulo (0,80 g DQOAGV/L) na condição em que o reator UASB foi alimentado com 100% de hidrolisado e COV de 4,8 g de DQO/L.d, tendo sido o ácido acético o AGV encontrado em maiores concentrações durante toda a operação. De modo geral, os resultados mostraram que a digestão anaeróbia de hidrolisado de bagaço de cana-de-açúcar é viável, e que este processo poderia melhorar a geração de energia em uma indústria de bioetanol, permitindo também a utilização do bagaço de cana excedente de forma sustentável.
Remoção de fármacos e desreguladores endócrinos em estações de tratamento de esgoto : revisão da literatura.
(2013) Aquino, Sergio Francisco de; Brandt, Emanuel Manfred Freire; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos
O monitoramento ambiental dos chamados microcontaminantes ou micropoluentes vem ganhando grande interesse da comunidade científica desde os anos 1970. Nesse grupo de contaminantes estão incluídos fármacos de diversas classes, produtos de limpeza e higiene pessoal, substâncias aplicadas na produção de plásticos e resinas, pesticidas, hormônios naturais e seus subprodutos, entre outros compostos. A principal via de contaminação do meio ambiente com fármacos e desreguladores endócrinos (DE) é o lançamento de esgotos in natura e tratado. Nesse contexto, este artigo compila dados de ocorrência de fármacos e DE no afluente e efluente de estações de tratamento de esgoto (ETE), discute os mecanismos envolvidos na sua remoção em ETE e faz uma análise comparativa da remoção de tais compostos em diferentes sistemas de tratamento.
Uso de fotorreatores UV para a remoção de diclofenaco, bezafibrato e etinilestradiol de esgoto tratado em sistema UASB - FBP.
(2015) Faria, Eros de; Lima, Diego Roberto de Sousa; Xavier, Leandro Pablo dos Santos; Aquino, Sergio Francisco de; Afonso, Robson José de Cássia Franco; Chernicharo, Carlos Augusto de Lemos; Gomes, Rafaela de Paiva
Este trabalho avaliou a remoção de diclofenaco (DCF), bezafibrato (BZF) e etinilestradiol (EE2) de efluentes de sistema UASB-FBP (reator anaeróbio de manta de lodo seguido de filtro biológico percolador) em fotorreatores UV de lâmpadas imersas (FRI) e emersas (FRE). Os resultados mostram que baixa eficiência de remoção de tais compostos foi obtida em ambos fotorreatores quando se utilizou baixo tempo de contato (~10 min) e baixa concentração inicial de fármacos (0,5 μg.L-1 para EE2, e 21 μg.L-1 para DCF e BZF). O aumento da concentração inicial de DCF (para 20 mg.L-1) e do tempo de contato (para 20 min) resultaram em aumento da eficiência de remoção (de 31 para 83% no FRI e de 36 para 86% no FRE), indicando que compostos dissolvidos presentes no efluente biológico afetaram adversamente a remoção de fármacos nos fotorreatores devido a competição pela radiação UV incidente.

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