Sorção e biodegradação do 17-alfa-etinilestradiol e do diclofenaco : estudo da influência da vazão de aeração aplicado ao processo de biorreator com membranas

Abstract

A ocorrência de fármacos em águas superficiais e residuais é, atualmente, um grande desafio para a comunidade científica, visto que as Estações de Tratamento de Efluentes convencionais não são projetadas visando à remoção desses micropoluentes. O processo de Biorreatores com Membrana (MBR) tem se mostrado uma alternativa viável ao tratamento convencional para o aprimoramento da remoção de produtos farmacêuticos de efluentes industriais e domésticos. No entanto, ainda existem questões não resolvidas, resultados contraditórios e algumas lacunas não estudadas a respeito, como a influência da intensidade da aeração do MBR na remoção desses microcontaminantes. Nesse contexto, para contribuir com as pesquisas na área, este trabalho avaliou o efeito da vazão de aeração nos mecanismos de sorção e biodegradação dos fármacos emergentes 17-alfaetinilestradiol (EE2) e diclofenaco (DCF) em uma planta piloto de MBR aeróbio, correlacionando-os com as suas propriedades físico-químicas. Utilizou-se três vazões de aeração distintas para os experimentos, 2, 5 e 8 L min-1 e os fármacos foram analisados por extração em fase sólida e cromatografia líquida de alta eficiência. No lodo, foram realizados ensaios de granulometria a laser, teor de sólidos e sedimentabilidade. Os resultados demonstraram remoções entre 73 e >85 % para o DCF e entre 81 e >99 % para o EE2, indicando os mecanismos de sorção no lodo e biodegradação aeróbia como predominantes na remoção desses contaminantes. Os resultados de sorção no lodo inativado quimicamente indicaram o alto potencial de sorção do EE2 (78 - 95 %) quando comparado ao DCF (23 - 43 %), o que foi atribuído à sua maior hidrofobicidade. As maiores vazões de aeração favoreceram a sorção do DCF e EE2 o que pode ser atribuído a alterações estruturais dos flocos do lodo, como menor tamanho de partícula e maior dispersão. Por outro lado, o efeito da aeração na biodegradação dos fármacos não foi tão pronunciado e conclusivo; acredita-se que outros parâmetros operacionais, como a razão alimento/microrganismo e os tempos de retenção hidráulica e celular, tenham agido sinergicamente, impedindo a avaliação da vazão de ar isoladamente. Os resultados sugerem o efeito positivo do aumento da intensidade de aeração na remoção dos fármacos estudados, sendo necessário avançar nas pesquisas na área, inclusive no que diz respeito à viabilidade econômica, considerando os custos operacionais com a aeração nos processos de MBRs.

The occurrence of pharmaceuticals in surface and wastewater is currently a major challenge for the scientific community, since conventional Wastewater Treatment Plants are not designed to remove these micropollutants. Membrane Bioreactor (MBR) process has been shown as a viable alternative to conventional treatment for improving the removal of pharmaceutical products from industrial and domestic effluents. However, there are issues still unresolved, contradictory results and some gaps not studied, such as the influence of MBR aeration intensity on the removal of these microcontaminants. In this context, to contribute to research in the area, this work evaluated the effect of aeration flow rate on the sorption and biodegradation mechanisms of the emerging drugs 17-alpha-ethinylestradiol (EE2) and diclofenac (DCF) in an aerobic MBR pilot plant, correlating them with its physicochemical properties. Three different aeration flow rates were used for the experiments, 2, 5 and 8 L min-1 and the pharmaceuticals were analyzed by Solid Phase Extraction and High Performance Liquid Chromatography. In the sludge were carried out Laser Particle Size Analyzer, solids content and sedimentability tests. The results showed removals between 73 and >85% for DCF and between 81 and >99% for EE2, indicating the mechanisms of sorption in sludge and aerobic biodegradation as predominant in the removal of these contaminants. The sorption results in chemically inactivated sludge indicated the high sorption potential of EE2 (78 - 95 %) when compared to DCF (23 - 43 %), which was attributed to its greater hydrophobicity. The higher aeration flow rates favored the sorption of DCF and EE2 which can be attributed to structural alterations in the sludge flocs, such as smaller particle size and greater dispersion. On the other hand, the effect of aeration on the biodegradation of drugs was not as pronounced and conclusive; It is believed that other operational parameters, such as the food/microorganism ratio and the sludge and hydraulic retention times, acted synergistically, preventing the assessment of the air flow in isolation. The results suggest the positive effect of increasing the intensity of aeration in the removal of the pharmaceuticals studied, making it necessary to advance in research in the area, including with regard to economic feasibility, considering the operating costs with aeration in MBR processes.