Comportamento do MFI (membrane fouling index)

A Figura 4. 49 apresenta os resultados do ensaio de filtração de bancada MFI, referente a filtração do licor misto (MFI-LM) e a filtração do sobrenadante do licor misto (MFIsobrenadante), obtido mediante previa centrifugação.

Figura 4 . 49 -Distribuição temporal dos valores do MFI-Sobrenadante e MFI-Licor-misto.

Os resultados mostram uma tendência de aumento nos valores do MFILM durante o período com θc de 80 dias, indicando uma possível deterioração da filtrabilidade do licor misto nessa estratégia operacional. Posteriormente, sob θc de 40 dias, observa-se uma queda e estabilização nos valores do MFILM, sugerindo uma melhora da sua filtrabalidade. Por fim, sob θc de 20 dias, é observado um aumento acentuado nos valores do MFILM, indicando que a filtrabilidade foi novamente prejudicada.

0 1 2 3 4 5 0 100 200 300 400 500 M FI (S m L -1) Tempo (dias)

Diversos fatores podem afetar as condições da filtrabilidade do licor misto. No presente estudo, os fatores que podem ser considerados são os diretamente relacionado a variação da idade do lodo, como o teor de SST, ou os indiretamente relacionados, como a produção de SMP e EPS, teor de materia organica dissolvida, excesso de bactérias filamentosas, viscosidade entre outros. Além destes, fatores externos também devem ser considerados, como características do afluente e temperatura.

Imagens obtidas a partir da técnica de FISH, utilizando o corante reativo DAPI, revelaram a presença excessiva de bactérias filamentosas no licor misto sob a aplicação θc de 80 dias, sobretudo a partir do dia operacional 140, ao passo que nas estratégias θc de 40 e 20 dias tal comportamento não é verificado, conforme pode-se observar na Figura 4. 50.

Meng et al. (2006) reportam que o crescimento excessivo de bactérias filamentosas, também conhecido como bulking filamentoso, pode diminuir a filtrabilidade do licor misto, e prejudicar assim o desempenho da membrana em BRMs. Dessa maneira, os maiores valores do MFILM ao final do período com θc de 80 dias pode ser decorrente do excesso de bactérias filamentosas nessa ocasião.

Liu e Liu (2006) reportam que o crescimento de bactérias filamentosas pode ser estimulado em sistemas de lodos ativados operados com elevado θc, tendo em vista a baixa taxa de crescimento específica dessas bactérias. Além disso, a utilização de alta idade de lodo resulta em maior concentração de biomassa no reator, dificultando a difusão de oxigênio no licor misto. Lin et al (2014) comentam que tal condição pode também estimular o crescimento das filamentosas, e gerar sua vez problemas de colmatação mais severos. Assim, a junção de tais fatores pode ter contribuído para a maior presença das filamentosas sob o θc de 80 dias.

Figura 4 . 50 – Imagens da hibridização da biomassa do reator com DAPI para diferentes idades de lodo.

θc 80 dias (dia operacional 140) θc 80 dias (dia operacional 20)

θc 40 dias (dia operacional 357) θc 40 dias (dia operacional 241)

A redução significativa na quantidade de bactérias filamentosas no período com θc de 40 dias (Figura 4. 50) pode explicar os menores valores do MFILM, e por consequência uma melhor filtrabilidade, durante essa estratégia. Por outro lado, durante aplicação do θc de 20 dias, observa-se que os valores do MFI passam a aumentar novamente, mesmo não sendo detectada a presença de bactérias filamentosas nessa ocasião (Figura 4. 50). Entende-se que nesse caso o referido aumento possa ser atribuído a maior concentração da matéria orgânica solúvel do licor misto, hipótese reforçada pelos maiores valores do MFISobrenadante no período final dessa estratégia. Além disso, o maior valor da relação PN/PS também verificado nessa estratégia (Item 4.3.2) pode ter contribuído para elevar a resistência à filtração devido aos sólidos em suspensão. Por fim, é importante destacar que a parte final da estratégia com θc de 20 dias ocorreu durante o período de inverno, com média de temperatura no reator nos últimos 30 dias de 18,6 ºC. Sob tal condição, um aumento da viscosidade do licor misto pode ter ocorrido, contribuindo assim para o aumento nos valores do MFI.

A Figura 4.51 apresenta os valores médios do MFISobrenadante para cada idade do lodo, parâmetro que desconsidera os efeitos dos sólidos em suspensão, como as bactérias filamentosas.

Figura 4 . 51 - Valores médios do MFISobrenadante para cada idade de lodo.

Nota-se que o valor do MFIsobrenadante foi maior sob o θc de 20 dias, indicando uma menor filtrabilidade do sobrenadante do licor misto nessa ocasião. Tais resultados confirmam o maior potencial de colmatação devido aos compostos solúveis sob a menor idade de lodo. Por outro lado, é possível perceber que o menor valor do MFIsobrenadante foi obtido sob o θc de 40 dias, o que mostra para esse período uma menor influência de compostos solúveis na colmatação da membrana. Por fim, observa-se que a idade do lodo de 80 dias foi aquela que apresentou o segundo maior valor médio do MFIsobrenadante, mesmo sendo desconsiderada nesse ensaio a presença das bactérias filamentosas. É provável que tal comportamento se deva a maior concentração média de polissacarídeos no licor misto dessa estratégia quando comparado ao observado na estratégia com θc de 40 dias. Tal hipótese é reforçada quando analisado a correlação existente entre MFIsobrenadante e SMP, apresentado na Figura 4. 52. Nota-se que uma forte correção dos valores médios do MFIsobrenadante com os valores médios da concentração de polissacarídeos, com valor de R2 de 0,95.

0 0,5 1 1,5 2

θc 80 dias θc 40 dias θc 20 dias

M FI (S m L -1)

Figura 4 . 52 – Correlação entre os valores médios do MFISobrenadante e valores médios de proteínas e polissacarídeos para cada idade de lodo.

O comportamento da resistência específica da torta (RST), que leva em consideração apenas a resistência a filtração devido ao teor de sólidos em suspensão, (MFILicor-misto menos MFISobrenadante) não se mostrou dependente dos valores de SST, conforme pode-se visualizar na Figura 4.53.

Figura 4 . 53 – Distribuição temporal dos valores da resistência específica da torta (RST) e respectivos teores de SST no licor misto.

R² = 0,9474 R² = 0,5299 0 10 20 30 40 0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 0 2 4 6 8 10 12 Pro te ín a s (m g L -1) Po li ss a ca rid eo s (m g L -1) MFISobrenadante (S mL-1)

Polissacarideos vs MFI Proteínas vs MFI

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 10 20 30 40 0 100 200 300 400 500 S S T (m g L -1) RST ( m -1) Tempo (dias) RST SST

Observa-se que a RST apresenta uma tendência de crescimento durante o período com θc de 80 dias mesmo com os valores de SST relativamente estáveis em 9000 mg L-1. Além disso, a continua redução no teor de SST sob a idade de lodo de 40 dias não afetou, aparentemente, o comportamento da RST. Por fim, sob a idade de lodo de 20 dias, verifica-se um aumento substancial da RST, mesmo com teores de SST duas vezes menor do que os observados sob θc de 80 dias. Fica evidente, portanto, que o teor de SST não teve influencia sobre a filtrabilidade do licor misto, remetendo a outros fatores maior importância nesse processo, como SMP, DQO solúvel do licor misto e presença de bactérias filamentosas.

Por fim, entende-se que a filtrabilidade do licor misto foi influenciada pela variação da idade do lodo, decorrente, sobretudo, dos parâmetros indiretos associados a variação do θc. De maneira geral, os ensaios de bancada apontaram para uma melhor filtrabilidade do licor misto sob a idade de lodo de 40 dias, seja considerando aos sólidos em supensão ou apenas o sobrenadante. O resultado obtido está de acordo com a hipótese levantada por Meng et al (2009), no qual esses autores sugerem, a partir da revisão de trabalhos publicados na literatura, que o valor ótimo do θc para uma menor colmatação em BRMs está provavelmente situado entre 20 e 50 dias. Chen et al (2012), por sua vez, sugerem valores de θc compreendidos entre 20 e 40 dias como mais adequados aos BRMs, tomando como referencia fatores de propensão ao fouling, como a concentração de SMP e EPS.

4.3.3.2 Determinação das resistências à filtração (Rsolúvel, Rcoloidal e