Removal efficiency of dissolved organic matter from secondary effluent by coagulation-flocculation processes.

Wastewater reuse has been widely discussed as an essential strategy to minimize the consumption of drinking water for less noble purposes. During biological wastewater treatment, organic matter is converted into a complex matrix containing a variety of soluble organic compounds. The objective of the present study was to evaluate the removal efficiency of the residual organic load in the final effluent from wastewater treatment plant with a conventional activated sludge process by different coagulants and parameters of coagulation-flocculation process, using dissolved organic carbon (DOC) concentration, molecular weight (MW) size distribution by size exclusion chromatography (SEC) coupled to mass spectrometry (MS), and zeta potential (ZP) analyses. The results showed a DOC removal efficiency up to 45% with iron chloride, and of 38% for aluminum sulfate and 31% for PAC coagulants. ZP was also measured during the procedures and authors conclude that the ZP also does not have a determining role in these removals. SEC and MS assessment was able to detect changes on secondary effluent molecular weight distribution profile after effluent coagulation-flocculation, this technique might be a promising tool to understand the composition of effluent organic matter and be helpful to estimate and optimize the performance of wastewater effluents treatment processes.

Full-scale effects of addition of sludge from water treatment stations into processes of sewage treatment by conventional activated sludge.

An emerging practice for water treatment plant (WTP) sludge is its disposal in wastewater treatment plants (WWTP), an alternative that does not require the installation of sludge treatment facilities in the WTP. This practice can cause both positive and negative impacts in the WWTP processes since the WTP sludge does not have the same characteristics as domestic wastewater. This issue gives plenty of information in laboratory and pilot scales, but lacks data from full-scale studies. The main purpose of this paper is to study the impact of disposing sludge from the Rio Grande conventional WTP into the ABC WWTP, an activated sludge process facility. Both plants are located in São Paulo, Brazil, and are full-scale facilities. The WTP volumetric flow rate (4.5 m³/s) is almost three times that of WWTP (1.6 m³/s). The data used in this study came from monitoring the processes at both plants. The WWTP liquid phase treatment analysis included the variables BOD, COD, TSS, VSS, ammonia, total nitrogen, phosphorus and iron, measured at the inlet, primary effluent, mixed liquor, and effluent. For the WWTP solids treatment, the parameters tested were total and volatile solids. The performance of the WWTP process was analyzed with and without sludge addition: 'without sludge' in years 2005 and 2006 and 'with sludge' from January 2007 to March 2008. During the second period, the WTP sludge addition increased the WWTP removal efficiencies for solids (93%-96%), organic matter (92%-94% for BOD) and phosphorus (52%-88%), when compared to the period 'without sludge'. These improvements can be explained by higher feed concentrations combined to same or lower effluent concentrations in the 'with sludge' period. No critical negative impacts occurred in the sludge treatment facilities, since the treatment units absorbed the extra solids load from the WTP sludge.

Flocculation kinetics of low-turbidity raw water and the irreversible floc breakup process.

The main objective of this study was to propose an improvement to the flocculation kinetics model presented by Argaman and Kaufman, by including a new term that accounts for the irreversible floc breakup process. Both models were fitted to the experimental results obtained with flocculation kinetics assays of low turbidity raw water containing Microcystis aeruginosa cells. Aluminum sulfate and ferric chloride were used as coagulants, and three distinct average velocity gradient (G) values were applied in the flocculation stage (20, 40 and 60 s-1). Experimental results suggest that the equilibrium between the aggregation and breakup process, as depicted by Argaman and Kaufman's original model, might not be constant over time, since the residual turbidity increased in various assays (phenomenon that was attributed to the irreversible floc breakup process). In the aluminum sulfate assays, the residual turbidity increase was visible when G = 20 s-1 (dosages of 60 and 80 mg L-1). For the ferric chloride assays, the phenomenon was noticed when G = 60 s-1 (dosages of 60 and 80 mg L-1). The proposed model presented a better fit to the experimental results, especially at higher coagulant dosages and/or higher values of average velocity gradient (G).

Copper removal using a heavy-metal resistant microbial consortium in a fixed-bed reactor.

A heavy-metal resistant bacterial consortium was obtained from a contaminated river in São Paulo, Brazil and utilized for the design of a fixed-bed column for the removal of copper. Prior to the design of the fixed-bed bioreactor, the copper removal capacity by the live consortium and the effects of copper in the consortium biofilm formation were investigated. The Langmuir model indicated that the sorption capacity of the consortium for copper was 450.0 mg/g dry cells. The biosorption of copper into the microbial biomass was attributed to carboxyl and hydroxyl groups present in the microbial biomass. The effect of copper in planktonic cells to form biofilm under copper rich conditions was investigated with confocal microscopy. The results revealed that biofilm formed after 72 h exposure to copper presented a reduced thickness by 57% when compared to the control; however 84% of the total cells were still alive. The fixed-bed bioreactor was set up by growing the consortium biofilm on granular activated carbon (GAC) and analyzed for copper removal. The biofilm-GAC (BGAC) column retained 45% of the copper mass present in the influent, as opposed to 17% in the control column that contained GAC only. These findings suggest that native microbial communities in sites contaminated with heavy metals can be immobilized in fixed-bed bioreactors and used to treat metal contaminated water.

Minimização da produção de lodo no tratamento de águas de abastecimento mediante uso do cloreto de polialumínio e sua disposição em estações de tratamento de esgotos / Minimization of water treatment plant sludge production with polyaluminium chloride application and its disposal in wastewater treatment plants

Uma das possibilidades para a redução da produção de lodo em estações de tratamento de água (ETAs) é o uso do cloreto de polialumínio (CPA) como coagulante, que pode ser aplicado de forma isolada ou em conjunto com sais de ferro. Este trabalho objetivou estudar o uso do CPA no que diz respeito à produção de lodo, bem como avaliar o impacto do lançamento de lodos de ETAs em estações de tratamento de esgoto (ETEs) do tipo lodos ativados convencional. Observou-se que a produção de lodo do CPA apresentou valores próximos em comparação ao sulfato de alumínio, em torno de 4,75 mg de massa seca para cada 1 mg de Al, e o seu eventual lançamento para posterior processamento em ETEs deverá alterar a qualidade físico-química do lodo desidratado, sendo esta função do tipo e dosagem de coagulante e suas impurezas.

One possible strategy to reduce sludge production in water treatment plant (WTP) is the application of polyaluminium chloride (PAC) as the sole coagulant or together with iron salts. The purpose of this paper was to investigate PAC usage with regard to sludge production as well as to evaluate impacts of discharging WTP sludge in activated sludge wastewater treatment plants (WWTPs). It was observed that PAC-based sludge production presented values close to aluminum sulfate-based sludge production, which was around 4.75 mg of dry solids per mg of Al. Furthermore, eventual discharge of PAC-based sludge in a WWTP should change the physical and chemical quality of the dry sludge, which is a function of coagulant type, coagulant dosage and of the impurities present in the coagulan's formulation.

Modelação matemática e otimização operacional de processos de membrana de ultrafiltração / Mathematical modeling and operational optimization of ultrafiltration membrane processes

A utilização de processos de membrana em Engenharia Ambiental tem expandido de forma significativa nos últimos anos e, tendo em vista a importância da possibilidade de otimização da sua operação com vistas à produção máxima de permeado em função do tempo, este trabalho teve por objetivo definir uma técnica de otimização da operação de sistemas de ultrafiltração mediante o estudo de ciclos de operação e lavagem. Os ensaios experimentais foram efetuados tendo-se empregado duas membranas de ultrafiltração com diferentes pesos moleculares de corte e, com base nos resultados experimentais, foi possível a proposição de um modelo matemático que permitiu a otimização da operação de sistemas de ultrafiltração, o que possibilitou o aumento da produção do volume de permeado em cerca de 14 por cento.

The utilization of membrane processes in Environmental Engineering has expanded significantly in the last few years. This paper had the primary objective of defining an optimization technique for ultrafiltration (UF) membrane operation by studying UF membrane operation and backwashing cycles. The main importance of UF operation optimization is to maximize permeation production as a function of time. Experimental tests were conducted with two UF membranes with different molecular weight cutoff. The experimental results led to the proposition of a mathematical model for the optimization of UF systems; such optimization conducted in practice to an increase of 14 percent in the permeate volume production.

Produção de lodo e comportamento químico de sais de ferro empregados no pós-tratamento de esgoto sanitário por precipitação química / Sludge production and chemical behavior of iron salts employed in the post-treatment of sanitary wastewater by chemical precipitation

A combinação de processos físico-químicos e biológicos no tratamento de esgotos sanitários tem se apresentado como uma alternativa na remoção de fósforo. No entanto, uma das limitações é a sua maior produção de lodo. Desse modo, este trabalho teve por objetivo avaliar a produção de lodo resultante da aplicação de sais de ferro para diferentes tipos de efluentes, bem como estudar o impacto de sua aplicação nas características físico-químicas dos efluentes estudados. Concluiu-se que os valores médios de produção de lodo resultante da formação do hidróxido férrico situaram-se em torno de 1,80; 1,95 e 1,34 mg lodo/mg Fe+3 para esgoto bruto, efluente aeróbio e anaeróbio tratado, respectivamente, indicando que as características da fase líquida não influenciaram os mecanismos de precipitação dos íons férricos.

The combination of physical-chemical and biological processes in sanitary wastewater treatment has been employed as an alternative for phosphorus removal; however, one of its limitations is its large sludge production. This work aimed at evaluating the sludge production which resulted from iron salt application to different types of effluents, as well as studying the impacts of iron salt application on the physical-chemical characteristics of the studied effluents. It was concluded that the average sludge production values which resulted from ferric hydroxide formation were around 1.80, 1.95 and 1.34 mg sludge per mg of Fe+3 ion, with regard to raw wastewater, aerobic treated effluent and anaerobic treated effluent, respectively, thus indicating that the liquid phase characteristics did not influence the ferric ion precipitation mechanisms.

Otimização de processos físico-químicos na remoção de fósforo de esgotos sanitários por processos de precipitação química com cloreto férrico / Physical-chemical process optimization for phosphorus removal from domestic wastewater by chemical precipitation with ferric chloride

Tendo em vista a potencialidade do emprego de processos de coagulação química no tratamento de esgotos, este trabalho teve por objetivo estudar a remoção de fósforo em efluentes de sistemas anaeróbios e aeróbios de tratamento de esgotos. Observou-se que foi possível atingir valores de remoção de fósforo da ordem de 90%, sendo que as dosagens de coagulante se situaram em torno de 60 a 100 mg FeCl3/L. Concomitantemente com a remoção de fósforo, foi também observada uma remoção de carbono orgânico dissolvido (COD) para os efluentes investigados, sendo que as dosagens de coagulanteque permitiram a otimização da remoção de fósforo também possibilitaram a otimização da remoção de COD. Justifi ca-se a remoção de fósforo na forma orgânica e de polifosfatos pelo fato destes estarem associados ao COD removido.

Since chemical coagulation processes are very promising for wastewater treatment, this work looked into phosphorus removal from aerobic and anaerobic systems treating domestic wastewater. It was possible to reach phosphorus removal effi ciencies in theorder of 90 % for coagulant dosages in the range 60 to 100 mg of ferric chloride per liter. Dissolved organic carbon (DOC) removal in parallel with phosphorus removal was observed for the previously mentioned treatment system effl uents. The coagulant dosages for optimized phosphorus removal also led to optimum DOC removal. The removal of organic phosphorus fractions as polyphosphates was justifi ed due its association with the DOC removal by chemical precipitation.

Comportamento cinético do cloro livre em meio aquoso e formação de subprodutos da desinfecção / Kinetic behavior of free chlorine in the liquid phase and disinfection by-product (DBP) formation

Uma das formas indiretas de previsão da potencialidade de uma determinada água natural formar subprodutos da desinfecção é mediante a avaliação do comportamento cinético do cloro livre na fase líquida e determinação de sua demanda para diferentes condições de operação do processo de cloração. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento cinético do cloro livre em meio aquoso para diferentes tipos de água bruta, bem como investigar o impacto do processo de coagulação na redução da demanda de cloro e na formação de subprodutos da desinfecção. Observou-se que, quanto maior for à remoção de carbono orgânico total (COT) pelo processo de coagulação menor será a demanda de cloro na fase líquida. A formação de THMs apresentou relação com a demanda de cloro, tendo sido esta da ordem de 28 mg/L para cada 1 mg Cl2/L de demanda de cloro observada.

One indirect approach to predict the disinfection by-product (DBP) formation potential for a given water source is by evaluation of the kinetic behavior of free chlorine in the liquid phase and chlorine demand determination for different operation conditions of the chlorination process. The objective of this work was to evaluate the kinetic behavior of free chlorine in water or a number of different raw water sources, as well as to investigate the impact of the coagulation process on chlorine demand reduction and DBP formation. It was observed that the higher the total organic carbon (TOC) removal efficiency through coagulation, the lower the liquid phase chlorine demand. Regarding trihalomethane (THM) formation, a ratio of 28 ug/L formed per mg/L of applied chlorine was observed for the waters employed in the experimental investigation.

Técnicas de avaliação de gosto e odor em águas de abastecimento: método analítico, análise sensorial e percepção dos consumidores / Techniques of evaluation of taste and odor in drinking water: analytical method, sensory analysis and consumers perception

Os problemas de gosto e odor em águas de abastecimento são de natureza complexa, de solução tecnológica difícil e onerosa, e a sua presença na água tratada pode causar transtornos consideráveis junto aos consumidores. Deste modo, este trabalho objetivou a avaliar a eficiência e confiabilidade do Painel Sensorial na identificação de gosto e odor em águas de abastecimento, bem como na prevenção de reclamações por parte dos consumidores, a partir da comparação entre a percepção do Painel Sensorial e da população. Com base nos resultados obtidos, pôde-se concluir que o Painel Sensorial apresentou-se ser extremamente eficiente para a previsão do aparecimento e presença de odores associados à terra e mofo devido a presença de MIB e Geosmina na água tratada sendo, portanto, recomendável a sua implementação em ETAs que utilizem mananciais que apresentem problemas de gosto e odor.

The taste and odor problems found in drinking water are complex, technologically difficult and expensive to be solved and their presence in drinking water may give rise to considerable troubles with water consumers. In this way, the purpose of this work was to assess the efficiency and reliability of the sensory panel in identifying the taste and odor in drinking water and in preventing water consumerÆs claims, based on the comparison between the sensory panel perception and that of population. Based on the results obtained, one may conclude that the sensory panel was found to be extremely efficient in foreseeing the appearance and presence of earthy and musty odors associated with the presence of MIB and Geosmina in treated water, and so it should be advisable to implement it in water treatment plants using water sources with taste and odor problems.

Otimização multi-objetivo de estações de tratamento de águas de abastecimento: remoção de turbidez, carbono orgânico total e gosto e odor / Multi-objective optimization of water treatment plants: turbidity, total organic carbon and taste & odor removal

Normalmente, as estações de tratamento de água (ETA's) tem objetivado à otimização de remoção de turbidez, cor aparente, bem como a produção de uma água segura do ponto de vista microbiológico. No entanto, em face de novos desafios técnicos, os objetivos a serem atingidos tem sido mais abrangentes. Deste modo, este trabalho teve por propósito estudar a otimização da ETA Rio Grande, definindo as suas condições de operação que tenha por objetivo a maximização da remoção de turbidez, compostos orgânicos naturais (CONs) e gosto e odor. Concluiu-se que a coagulação operada na faixa de pH entre 5,8 e 6,5 permite tanto a otimização da remoção de turbidez, mas também de CONs. A remoção de gosto e odor por adsorção apresentou-se ser independente do pH e, assim sendo, os objetivos de otimização da operação da ETA Rio Grande mostraram-se viáveis tecnicamente.

Interferência do processo de coagulação na remoção de compostos orgânicos causadores de gosto e odor em águas de abastecimento mediante a aplicação de carvão ativado em pó / Coagulation process and its interference on the taste and odor removal in drinking water treatment by powdered activated carbon application

O carvão ativado em pó (CAP) tem sido empregado no tratamento de águas de abastecimento para a solução de problemas de gosto e odor, podendo sua aplicação ser efetuada antes ou depois da mistura rápida ou juntamente com o coagulante. Tendo em vista as dúvidas existentes entre a interferência do processo de coagulação na eficiência do processo de adsorção, foram conduzidos ensaios de jarros simulando-se diversos cenários de aplicação de dosagem de coagulante e CAP. Concluiu-se que, para as mesmas dosagens de CAP e coagulante aplicadas, independentemente do seu ponto de aplicação, não foram observadas diferenças significativas na remoção de compostos causadores de gosto e odor, o que indica que, sob as condições testadas, o ponto de aplicação de CAP, antes ou depois da aplicação do coagulante, possui muito pouca importância na eficiência do processo de adsorção.

Viabilidade técnica e econômica da regeneração de coagulantes a partir de lodos de estações de tratamento de água / Technical and economical feasibility of coagulant recovery from water treatment plant sludges

Esse trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade técnica e econômica da regeneração de coagulantes pela acidificação de lodos de ETA's e a posterior aplicação dos coagulantes regenerados no tratamento de esgotos. Foram realizados ensaios em escala de bancada visando o estudo das condições de regeneração, da qualidade do coagulante produzido e do lodo resultante. O coagulante regenerado teve desempenho satisfatório no tratamento de efluentes de reator UASB e foi observado que ocorreram reduções significativas de sólidos em suspensão nos lodos das ETA's. Com respeito à avaliação econômica, foi verificado que considerando as reduções de custos decorrentes da diminuição de lodo a ser tratado e disposto, o custo de produção do coagulante regenerado é muito próximo ao custo do coagulante comercial. Portanto, concluiu-se que hoje em dia essa tecnologia deve ser considerada como uma alternativa potencialmente viável dos pontos de vista técnico e econômico para o tratamento e reaproveitamento de lodo de ETA's.