Study of the removal of emerging contaminants in a sewage treatment station equipped with a bioreactor coupled to membrane filtration: an alternative for the production of reuse water

Autor: Machado, Rafaela Gonçalves
Přispěvatelé: Fadini, Pedro Sergio
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFSCAR
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
Popis: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) The degradation of water bodies and the indiscriminate use associated with frequent and intense drought episodes have compromised the availability of water. Thus, the production of reused water from sewage treatment has been a highly encouraged practice. However, the concern with water resources is not restricted to availability, but also to water quality. In this sense, emerging contaminants in aquatic matrices have attracted the attention of researchers, since the effect of long-term exposure on aquatic ecosystems and human health is not yet fully known, and considering the fact that sewage treatment plants (ETE) represent the main source of emission of these pollutants in receiving bodies, it is important to understand the occurrence and dynamics of these pollutants in ETE, in order to reveal compounds that can be used as chemical markers of treatment efficiency. Thus, the present study was carried out and evaluated the occurrence, spatio-temporal distribution, and removal of emerging contaminants in a Reuse Water Production Station - EPAR Capivari II (Campinas-SP) equipped with a bioreactor coupled to a water filtration membrane (MBR). In a second moment, surface water was collected from rivers in the interior of the State of Sao Paulo, for later comparison (in terms of emerging contaminants concentration) with the reuse water produced by EPAR. The investigated compounds were determined by liquid chromatography coupled to mass spectrometry (UPLC-MS/MS) and by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). The compounds studied were detected in all samples of raw sewage from the sampling campaigns, with caffeine being the compound found in the highest concentrations, whose range varied from 14379 to 131358 ng/L, with a median equal to 56709 ng/L. Regarding removal, the contaminants with the highest mean values were paracetamol (≅100.0%), caffeine (99.8%), ibuprofen (99.2%) and its metabolites, 1-hydroxy-ibuprofen (≅100.0%) and 2-hydroxy-ibuprofen (96.7%), naproxen (97.8%) and atenolol (97.5%). Among the compounds that showed moderate removal are diclofenac and propranolol with removals of 70.5% and 61.5%, respectively. The estrogenic compounds showed removals of 88.0% for 17-β-estradiol, 33.6% for estrone and 33.0% for 17-α-ethinylestradiol. On the other hand, carbamazepine and its metabolites (10,11-dihydro-10,11-dihydroxy-carbamazepine and 2-hydroxy-carbamazepine) showed a persistent behavior during sewage treatment. Carbamazepine obtained the removal of -7.36% and due to several factors that justify its persistence during sewage treatment, it was possible to point it out as a chemical marker of treatment efficiency. In view of the comparison of reuse water produced by EPAR and water from springs, it was concluded that it is necessary to use complementary treatments for the removal of emerging contaminants when the use of this water requires a more restrictive quality standard in relation to this parameter. However, the reuse water produced by the MBR system has good quality in terms of caffeine removal, total organic load, total suspended solids, turbidity, coliforms, among other parameters. A degradação dos corpos hídricos e o uso indiscriminado associados aos episódios frequentes e intensos de estiagem vêm comprometendo a disponibilidade de água. Desse modo, a produção de água de reuso a partir do tratamento de esgoto vem sendo uma prática bastante incentivada. No entanto, a preocupação com os recursos hídricos não está restrita à disponibilidade, mas também à qualidade da água. Nesse sentido, a presença de contaminantes emergentes nas matrizes aquáticas vem despertando a atenção de pesquisadores, já que o efeito da exposição a longo prazo, frente aos ecossistemas aquáticos e à saúde humana, ainda não é totalmente conhecido. E considerando o fato de que as estações de tratamento de esgoto (ETE) representam a principal fonte de emissão desses poluentes em corpos receptores, ressalta-se a importância em compreender a ocorrência e a dinâmica desses poluentes em ETE, com a finalidade de revelar compostos que possam ser utilizados como marcadores químicos da eficiência do tratamento. Assim, o presente estudo foi conduzido e avaliou-se a ocorrência, a distribuição espaço-temporal e a remoção de contaminantes emergentes em uma Estação Produtora de Água de Reuso – EPAR Capivari II (Campinas-SP) equipada com um biorreator acoplado a filtração por membrana (MBR). Em um segundo momento, foi realizada a coleta de águas superficiais de rios, do interior do estado de São Paulo, para posterior comparação (em termos de concentração de contaminantes) à água de reuso produzida pela EPAR. Os compostos investigados foram determinados por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas (UPLC-MS/MS) e por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (GC-MS). Os compostos estudados foram detectados em todas as amostras de esgoto bruto das campanhas amostrais, sendo a cafeína o composto encontrado em maiores concentrações, cujo intervalo variou de 14379 a 131358 ng/L, com mediana igual a 56709 ng/L. Em relação a remoção, os contaminantes que apresentaram maiores valores médios foram o paracetamol (≅100,0%), a cafeína (99,8%), o ibuprofeno (99,2%) e seus metabólitos, 1-hidroxi-ibuprofeno (≅100,0%) e 2-hidroxi-ibuprofeno (96,7%), o naproxeno (97,8%) e o atenolol (97,5%). Entre os compostos que apresentaram uma remoção moderada encontram-se o diclofenaco e o propranolol com remoções de 70,5% e 61,5%, respectivamente. Os compostos estrogênicos apresentaram remoções de 88,0% para o 17-β-estradiol, 33,6% para a estrona e 33,0% para o 17-α-etinilestradiol. Já a carbamazepina e seus metabólitos (10,11-di-hidro-10,11-di-hidroxi-carbamazepina e 2-hidroxi-carbamazepina) apresentaram um comportamento persistente durante o tratamento de esgoto. A carbamazepina obteve uma remoção de -7,36% e devido a diversos fatores que justificam sua persistência durante o tratamento de esgoto, foi possível apontá-la como um marcador químico da eficiência do tratamento. E frente à comparação da água de reuso produzida pela EPAR e a água dos mananciais, concluiu-se que é necessário a utilização de tratamentos complementares para a remoção de contaminantes emergentes quando a utilização dessa água exigir um padrão de qualidade mais restritivo em relação a presença desses compostos. Contudo, a água de reuso produzida pelo sistema MBR possui boa qualidade no que se refere à remoção de cafeína, carga orgânica total, sólidos suspensos totais, turbidez, coliformes, dentre outros parâmetros. 88882.332777/2019-01
Databáze: OpenAIRE
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