1. ?
Resumo: Este artigo explora o impacto de sólidos suspensos e matéria orgânica na eficiência do cloro e desinfecção por UV de Greywater. O estudo constatou que mesmo baixas concentrações de sólidos suspensos tiveram um efeito negativo na desinfecção do cloro, enquanto a irradiação UV não foi afetada até concentrações mais altas. Vários modelos de regressão linear foram desenvolvidos para prever requisitos de dose de cloro ou UV com base nas concentrações iniciais de sólidos suspensos, matéria orgânica e cloro livre. O artigo também discute a importância do tratamento da água cinza para fins não potáveis ​​para mitigar a depleção de recursos hídricos e reduzir custos.
Pontos chave:
1. A reutilização de água cinza pode diminuir o consumo doméstico de água.
2. Greywater deve ser tratado e desinfetado para a saúde do usuário.
3. Cloração e irradiação UV são comumente usados ​​métodos de desinfecção.
. O cloro é eficaz e econômico, mas tóxico e corrosivo.
5. A irradiação UV danifica os microrganismos através de reações fotoquímicas.
6. A eficiência da desinfecção pode ser reduzida por partículas e substâncias orgânicas.
7. .
8. Os microorganismos ligados a partículas são menos eficientemente desinfetados pelo cloro.
9. .
10. Matéria orgânica pode levar à formação de subprodutos de desinfecção.
11. Matéria de partículas reduz a dose de UV recebida por microorganismos, reduzindo a eficiência.
. A presença de partículas e orgânicos em Greywater é comum.
. A remoção da matéria orgânica antes da cloração é recomendada.
14. O impacto do material particulado e dos orgânicos na eficiência da desinfecção por UV é menos estudado.
. A desinfecção por UV é econômica e não requer aditivos químicos.

. Como a reutilização de Greywater beneficia o consumo de água?
Responder: A reutilização de Greywater reduz o consumo doméstico de água, mitigando a pressão sobre os recursos hídricos esgotados e reduzindo os custos de água doméstica.
2. Quais são os dois métodos de desinfecção comumente usados ​​para Greywater?
Responder: Os dois métodos de desinfecção comumente usados ​​para água cinza são cloração e irradiação UV UV de baixa pressão.
3. O que faz do cloro um desinfetante econômico?
Responder: O cloro é considerado econômico porque é eficaz contra um amplo espectro de patógenos e o cloro residual permanece no efluente, garantindo a desinfecção contínua em todo o sistema de transporte.
4. Quais são as vantagens da irradiação UV UV de baixa pressão?
Responder: A irradiação UV de baixa pressão não requer aditivos químicos, é eficaz em numerosos patógenos, econômicos e possui operação e manutenção simples e seguras.
5. Como a presença de partículas e substâncias orgânicas afetam a desinfecção do cloro?
Responder: A presença de material particulado e substâncias orgânicas aumenta a demanda de cloro e diminui a eficiência geral da desinfecção. Os microorganismos ligados a partículas são desinfetados com menos eficiência pelo cloro, e a matéria orgânica pode estabilizar as membranas celulares microbianas, reduzindo ainda mais a eficiência do cloro.
6. Quais são os riscos potenciais da matéria orgânica no processo de desinfecção?
Responder: A matéria orgânica pode levar à formação de subprodutos de desinfecção, alguns dos quais são agentes de carcinógenos conhecidos ou suspeitos, colocando um risco à saúde e impedindo o processo de desinfecção.
7. Como a matéria de partículas afeta a eficiência da desinfecção por UV?
Responder: O material particulado interfere na exposição de microorganismos à irradiação UV, protegendo -os, absorvendo ou espalhando a luz, reduzindo a dose de UV recebida pelos microorganismos e, posteriormente, reduzindo a eficiência da desinfecção por UV.
. Por que é recomendável remover a matéria orgânica antes da cloração?
Responder: A remoção da matéria orgânica antes da cloração reduz a demanda de cloro e o potencial de crescimento microbiano, melhorando a eficiência da desinfecção.
9. Que limites foram propostos para sólidos suspensos em Greywater?
Responder: O artigo não menciona limites específicos para sólidos suspensos em Greywater.
10. Como os modelos de regressão podem ajudar a prever requisitos de dose de cloro ou UV?
Responder: Os modelos de regressão desenvolvidos no estudo podem estabelecer correlações entre concentrações iniciais de sólidos suspensos, matéria orgânica, cloro livre e eficiência de desinfecção. Esses modelos podem ser usados ​​para prever a concentração de cloro residual necessária ou a dose de UV para reatores de fluxo no local.
11. Que benefícios tratam o tratamento da água cinza para fins não potáveis?
Responder: O tratamento da água cinza para fins não potáveis ​​reduz a demanda por recursos de água doce, resultando em menores custos de água e mitigando o esgotamento dos recursos hídricos.
12. Quais são os riscos potenciais de usar água cinza não tratada?
Responder: Greywater não tratado contém patógenos e outros poluentes, posando riscos ambientais e à saúde se usados ​​sem tratamento e desinfecção.
13. ?
Responder: O cloro é tóxico e corrosivo, portanto, o armazenamento, manuseio e aplicação adequados são necessários para garantir a segurança e impedir acidentes.
14. Que vantagens oferecem irradiação UV de baixa pressão em pequenos sistemas no local?
Responder: A irradiação UV de baixa pressão não requer aditivos químicos, é eficaz em numerosos patógenos, econômicos em termos de investimento inicial de capital e níveis operacionais, e possui operação e manutenção simples e seguras.
15. Como o impacto do material particulado e dos orgânicos na eficiência da desinfecção pode ser abordado?
Responder: O artigo sugere remover a matéria orgânica antes da cloração e destaca a necessidade de mais pesquisas sobre o impacto de matéria de partículas e orgânicos na eficiência da desinfecção por UV.

O cloro reduz o BOD?

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Impacto de sólidos suspensos e matéria orgânica na eficiência de desinfecção de cloro e UV

Reutilizar Greywater (GW) pode diminuir o consumo doméstico de água. No entanto, o GW deve ser tratado e desinfetado para garantir a saúde do usuário. Esta pesquisa estudou em escala de laboratório e nas configurações de fluxo, que geralmente são usadas no tratamento de GW em larga escala, a eficiência de desinfecção das duas tecnologias comumente usadas (a) cloração e (b) irradiação UV de baixa pressão. Os métodos de desinfecção foram estudados sob uma gama comumente encontrada de sólidos suspensos totais (TSS; 3.9–233 mg/l) e 5-D Demand de oxigênio bioquímico (BOD5) concentrações (0 a 107 mg/l) como representante/proxy de matéria orgânica biodisponível. O efeito negativo do TSS começou mesmo em baixas concentrações (5 na inativação da FC, foi observada apenas quando sua concentração era superior a 50 mg/l. Vários modelos de regressão linear foram desenvolvidos após os resultados do laboratório, estabelecendo uma correlação entre a inativação do FC por cloração ou irradiação UV e FC inicial, TSS e BOD5 concentrações. Os modelos foram validados com os resultados dos reatores de fluxo e explicaram a maior parte da variabilidade na inativação medida da FC. Fatores de conversão entre as escalas de laboratório e as experiências de reator de fluxo foram estabelecidas. Eles permitem a previsão da concentração de cloro residual necessária ou a dose UV necessária para um reator de fluxo no local. Essa abordagem é valiosa das perspectivas operacionais e de pesquisa.

. Introdução

Greywater (GW; reutilização de águas residuais domésticas excluindo água do banheiro) para fins não potáveis, como a irrigação do jardim, pode diminuir a demanda de água doméstica e, assim, mitigar a pressão sobre os recursos hídricos esgotados enquanto reduz os custos da água doméstica [1]. No entanto, o GW não tratado contém patógenos e outros poluentes e pode representar riscos ambientais e à saúde se usados ​​sem tratamento e desinfecção [2,3]. A cloração e a irradiação UV de baixa pressão são provavelmente os métodos de desinfecção mais amplamente utilizados em pequenos sistemas GW no local [4,5,6].

O cloro é confiável eficaz contra um amplo espectro de microorganismos patogênicos e é considerado um desinfetante econômico [3,7]. Além disso, o cloro residual permanece no efluente após a aplicação, garantindo a desinfecção contínua em todo o sistema de transporte, reduzindo o potencial regreptação [8,9]. Além disso, a dosagem de cloro é flexível e pode ser controlada por dispositivos simples e de baixo custo. No entanto, o cloro é tóxico e corrosivo; Assim, seu armazenamento, envio, manuseio e aplicação deve ser gerenciado com responsabilidade.

A irradiação UV impede a replicação de microorganismos através de reações fotoquímicas que danificam seus ácidos nucleicos no DNA ou RNA [10]. The main reasons for the use of low-pressure UV (254 nm) irradiation in small on-site systems are: (1) it does not require chemical additives (making transport, storage, and dosing irrelevant), (2) it has been found to be effective on numerous pathogens including viruses and protozoans which were found to be chlorine-resistant, (3) it is cost-effective on both initial capital investment and operational levels, and (4) both the equipment operation and maintenance are simple and safe [4].

Deve-se notar que eficiências variadas de desinfecção foram relatadas em instalações em larga escala [11], e alguns estudos demonstraram que a qualidade da água abaixo do padrão pode reduzir a eficiência da desinfecção de cloro e UV. Especificamente, a presença de material particulado e substâncias orgânicas na água pode impactar negativamente esses métodos de desinfecção’ Performances [4,12]. No caso da cloração, esse efeito negativo é expresso aumentando a demanda de cloro à medida que a matéria orgânica dissolvida e suspensa é oxidada pelo cloro. Assim, a eficiência geral da desinfecção diminui. Os microorganismos se ligam às partículas presentes na água, reduzindo assim a chance de contato eficiente entre o microorganismo e o cloro, em comparação com bactérias não ligadas [12,1 3]. Ainda mais, a presença de matéria orgânica pode reduzir ainda mais a eficiência da desinfecção por cloro estabilizando as membranas celulares microbianas [14]. Por fim, a presença de matéria orgânica pode levar à formação de subprodutos indesejados de desinfecção (incluindo agentes cancerígenos conhecidos ou suspeitos), assim não apenas impedindo o processo de desinfecção [15], mas também posando um risco à saúde de saúde. Winward et al. [12] investigaram os efeitos da matéria orgânica e particulada na desinfecção de cloro GW em um sistema de lote e afirmou que um aumento na matéria orgânica aumentou a demanda de cloro, mas não afetou os coliformes totais’ . No entanto, esses autores recomendaram a remoção de matéria orgânica antes da cloração, a fim de reduzir a demanda de cloro e o potencial de rebrota microbiana.

No caso de irradiação UV, as partículas interferem na exposição dos microorganismos alvo à irradiação [15,16,17], protegendo -os ou absorvendo ou espalhando a luz, reduzindo assim a dose UV recebida pelos microorganismos e, consequentemente, o método’eficiência s. A presença de material particulado e orgânicos no GW foi observado em muitos estudos, mas apenas alguns discutiram seu impacto adverso na eficiência da desinfecção por UV. Por exemplo, os autores de [4] estudaram a desinfecção do GW artificial, limites propostos de 60 mg/L de sólidos suspensos e uma turbidez de 125 ntu, além dos quais o GW não pode ser praticamente desinfetado para obter uma redução de 4 log dos coliformes fecais (FC), independentemente dos reator de UV dimensões. Ref. [18] recomendaram a remoção de partículas através da filtração para obter um nível de turbidez de 2 NTU (unidades de turbidez nefelométrica), para aumentar a eficiência da desinfecção por UV. Outros estudos se concentraram nos tamanhos de partículas que bloqueiam os microorganismos da luz UV [12], e os tipos específicos de partículas associados a certas bactérias em GW tratado que causam blindagem bacteriana da desinfecção UV [19].

É interessante5)), na desinfecção UV de baixa pressão e na desinfecção de cloro nas unidades de desinfecção em lote e fluxo contínuo. Este estudo teve como objetivo testar a eficiência dos métodos de desinfecção no GW sob uma variedade de sólidos suspensos (TSS) e BOD total5 concentrações. Experimentos foram realizados em configurações de laboratório controladas em lote e em reatores de fluxo de fluxo. Além disso, o estudo’Os objetivos de S incluíram o desenvolvimento de modelos de regressão para prever o impacto do TSS e do BOD5 na eficiência de desinfecção de cloro e UV em ambas as configurações.

2. Materiais e métodos

A pesquisa foi realizada em duas etapas. Inicialmente, amostras de GW tratadas, variando em seus TSs e BOD5 As concentrações foram desinfetadas em uma configuração de lote por uma solução de hipoclorito ou radiação UV usando um feixe colimado. Os resultados obtidos a partir deste estágio foram usados ​​para desenvolver dois modelos de regressão linear múltipla (um para cloração e outro para irradiação UV). No segundo estágio, o GW tratado, a partir de sistemas de tratamento no local (descrito por baixo), foi desinfetado em uma unidade de desinfecção por fluxo usando um dos dois métodos: comprimidos de cloro ou UV de baixa pressão comercial comercial. Os modelos’ A aplicabilidade e a verificação foram estudadas e, em seguida, comparados com os resultados do segundo estágio.

.1. Sistema de tratamento GW

Onze sistemas de fluxo vertical de fluxo vertical em grande escala unifamiliar (RVFCW) foram utilizados para o tratamento de GW doméstico (Figura S1). O sistema RVFCW compreendia dois recipientes de plástico de 500 l (1.0 m × 1.0 m × 0.5 m) colocados um no outro. O recipiente superior que tinha um fundo perfurado segurava uma cama de três camadas plantada, enquanto o recipiente inferior funcionava como um reservatório. O leito consistia em uma camada inferior de 10 cm de seixos de calcário, com uma camada média de 35 cm de cascalho de tufo e uma camada superior de 5 cm de lâminas de madeira. A GW foi bombeada de um tanque de equalização de 200-l de estacas do qual foi transportado para o topo da cama. A partir daí, passou pelas camadas da cama (fluxo insaturado) e para o reservatório. O GW foi recirculado do reservatório para a cama superior a uma taxa de cerca de 300 L/h por 8 h, após o que foi filtrada através de um filtro de 130 μm e depois reutilizada para irrigação por jardim. Detalhes adicionais sobre o sistema podem ser encontrados em [20,21].

.2. Experimento em lote

As amostras domésticas de GW tratadas (1 L) do 11 RVFCW foram coletadas pelo menos quatro vezes ao longo do estudo e trazidas ao laboratório logo após a coleta em um cooler. A qualidade do GW tratado pré-infectado foi examinado para os seguintes parâmetros: TSS pelo método gravimétrico, BOD5 Usando garrafas padrão de 300 ml, % de transmissão de irradiação a 254 nm por um espectrofotômetro (Genesys 10, Thermo), turbidez usando um turbidímetro HACH 2100p e FC por métodos de filtração de membrana usando o Agar MTEC (Lesher, Michigan USA, Acumedia). .

As amostras de GW tratadas foram examinadas como IS ou após foram submetidas a aumentos de concentração no TSS (concentrações finais de TSS variando de 1 a 13 mg/L) ou matéria orgânica (medida como BOD5 com concentrações variando de 3 a 100 mg/l) ou uma combinação de partículas suspensas e concentrações de matéria orgânica em diferentes proporções. . Os sólidos suspensos foram preparados concentrando GW bruto (centrifugação a 6000 rpm por 5 min) e secando o pellet a 60 ° C por 48 h. A concentração de matéria orgânica foi aumentada pela introdução de diferentes quantidades de 0.2 μM- GW bruto filtrado com BOD conhecido5 concentrações no GW tratado. Os componentes necessários foram agitados em um copo por 15 minutos para produzir uma mistura uniforme. Além disso, o FC foi introduzido adicionando < 0.5 mL/L GW sample of kitchen effluent to ensure FC concentrations of 10 4 to 10 5 CFU/100 mL. Overall, 432 combinations were tested.

.

2.2.1. Experiência de cloração

A aplicação eficiente de um agente de desinfecção deve levar em consideração a dose necessária, que pode ser alcançada variando a concentração de cloro e o tempo de contato de desinfecção. A dose necessária varia com base na demanda de cloro (características de águas residuais) e requisitos residuais de cloro. De acordo com [23], a concentração de cloro residual livre deve ser ≥0.5 mg/L após pelo menos 30 min de tempo de contato em pH < 8.0. Subsamples were disinfected in a batch mode. Initially, the chlorine demand of the subsamples was determined. For this, aliquots of 25 mL were exposed to four different chlorine doses of 0.5, 1, 3, and 6 mg/L. Samples were gently stirred and after 1 h, the total and free residual chlorine levels were determined by the DPD method [22].

2.2.2. Configuração do feixe colimado

Um aparelho UV em escala de feixe quase paralela (Trojan Technologies Inc., . O sistema consistia em uma lâmpada UV germicida de vapor de Mercúrio de 11 W, emitindo radiação UV monocromática em 254 nm diretamente sobre um feixe colimado não reflexivo de 25 cm de comprimento com um diâmetro de 40 mm. Um radiômetro ILT 1700 (Light International, Peabody, Massachusetts, EUA) com um detector sensível a 254 nm (IL Photonic Sed240) foi usado para medir a intensidade da luz UV incidente. Amostras (alíquotas de 25 ml) foram colocadas sob o tubo de colimação em um prato de cristalização de 50 × 35 mm e misturadas com a barra de agitação (~ 110 rpm), permitindo uma aplicação uniforme de dose UV em toda a amostra.

O controle sobre a dose de UV foi conduzido por um obturador que permitia alterar o tempo de exposição da amostra agitada. As amostras foram expostas a três doses de irradiação UV: 7.5, 15 e 30 MJ/cm 2 . . Os métodos usados ​​para determinar esses fatores são descritos em [24]. Os fatores de divergência e reflexão foram constantes em todos os experimentos, e seus valores foram 0.960 e 0.975, respectivamente. O fator de Petri foi calculado toda semana e calculou a média de 0.88 ± 0.05. O fator de água variou de 0.40 a 0.89, e a intensidade do incidente medida na superfície da água variou de 0.30 a 0.32 MW/cm 2 .

.3.

As amostras de GW tratadas (10 L) foram retiradas do RVFCW unifamiliar em grande escala no local (Seção 2.. Todas as amostras foram analisadas para TSS, BOD5, % de transmissão de irradiação a 254 nm, turbidez e FC, conforme descrito acima. Após a desinfecção, as amostras foram analisadas novamente para o FC.

2.3.1.

A cloração foi realizada descarregando o GW tratado (a uma taxa de fluxo predeterminada) através de uma câmara de 500 ml contendo um comprimido de liberação lenta HTH (hipoclorito de alto teste; 70% disponível cloro, hidro-linha, Silinierby, Finlândia). . BSP 1 ″, Amiad Ltd., Amíade, Isael; Figura 1A). Um único comprimido de cloro foi colocado na câmara de fluxo e foi projetado para se dissolver lentamente à medida que a água flui através da câmara, de acordo com o tempo de contato determinado. A câmara foi conectada nas duas extremidades aos tubos; O tubo de entrada foi conectado a uma bomba de aquário submersa (Atman, modelo em 102, Guangdong, China) que regulou o fluxo de entrada a 8 l/min, imitando taxas típicas em sistemas regulares de jardim de reutilização GW. Em outras palavras, cada amostra de GW tratada foi exposta ao mesmo tempo de contato, embora a qualidade do GW tratado fosse bem diferente e, portanto, poderia haver grande variabilidade na dose de cloro necessária. Amostras cloradas foram coletadas no tubo de saída.

2..2. Reator UV de fluxo

Um reator UV de fluxo contínuo de baixa pressão (UV6a, Watertec Inc., Pan-chiao Taipei, Taiwan) Com um tempo de inicialização desde a ativação até a intensidade máxima de 100 s para irradiar amostras (Figura 1B). O reator (43 ml em volume) continha uma lâmpada de mercúrio de baixa pressão 4 W e era 1.6 cm de diâmetro e 13.5 cm de comprimento. Mais detalhes sobre o reator UV podem ser encontrados em [25]. A lâmpada foi ligada a pelo menos 120 s, após o que as amostras de GW tratadas foram bombeadas através do reator usando uma bomba peristáltica (Masterflex, Cole-Parmer Instrument Co., Chicago, IL, EUA) a uma taxa de fluxo de 24 l/h. A actinometria química iodeto -iodo (para detalhes, ver [25]) foi usada para determinar a dose média real de UV no reator que foi encontrado em 44 mJ/cm 2, com uma intensidade calculada da lâmpada de 2.8 mw/cm 2 e um tempo de permanência média de 14 s.

2.4. Modelos de regressão linear múltipla (MLR)

Os resultados dos experimentos em lote foram usados ​​para desenvolver modelos MLR. Os modelos têm como objetivo prever a inativação do log de FC com base nos parâmetros da qualidade da água e na dose de desinfetante aplicada (cloro ou irradiação UV). Os parâmetros de qualidade da água escolhidos para o modelo (TSS, BOD5 e as concentrações de log FC no GW antes da desinfecção) deveriam afetar significativamente a previsão do modelo e o coeficiente de determinação (R2). Os modelos desenvolvidos foram validados com os resultados das amostras de água cinza no local que foram obtidas a partir das experiências de reator de fluxo de fluxo. Finalmente, os modelos foram usados ​​para propor um fator de conversão entre a cloração ou as configurações do laboratório de lote de feixe colimado UV e os resultados experimentais de reatores de fluxo contínuo.

3.

.1. Experimentos em lote

Amostras GW tratadas, contendo Diferentes BOD5 e concentrações de TSS, foram desinfetadas por cloro ou irradiação UV. Para distinguir entre o efeito de cada parâmetro (TSS ou BOD dissolvido) Na redução do FC, os resultados dos experimentos de desinfecção em lote (cloração ou irradiação UV) foram divididos em duas categorias: (1) alterando a concentração de TSS, mantendo o BOD5 concentração abaixo de 10 mg/L e (2) alterando o corpo concentração, mantendo a concentração de TSS abaixo de 10 mg/L. Esses limiares foram escolhidos de acordo com o governo israelense&rsquo;s regulamentação para reutilização de águas residuais tratadas ilimitadas em irrigação [26]. Deve -se notar que o alcance de TSS e BOD5 As concentrações usadas neste estudo representam concentrações encontradas no GW [27].

3.1.1. Cloração

Como esperado, a presença de TSS e a matéria orgânica reduziu a eficiência da cloração da remoção do FC e foi mais pronunciada para as concentrações iniciais de cloro inferiores utilizadas, como 0.5 e 1 mg/L.

A redução na eficiência da cloração era geralmente mais pronunciada quando a concentração do TSS foi aumentada, e não quando o BOD5 As concentrações foram maiores (Figura 2). Além disso, o efeito negativo do TSS começou mesmo em baixas concentrações (5 na inativação da FC, foi observada apenas quando sua concentração era superior a 50 mg/l. Esses resultados são consistentes com achados anteriores [12,13] que sugeriram que os coliformes em GW estavam associados a partículas e foram protegidos por eles; Assim, eles eram resistentes à desinfecção, enquanto a matéria orgânica afetou a demanda de cloro (e, portanto, a concentração residual de cloro), mas não a resistência bacteriana.

3.1.. Feixe colimado

A eficiência de desinfecção por UV do FC aumentou à medida que a dose de UV aumentou, mas foi afetada negativamente pela presença de TSS e BOD . Isso foi previsto, uma vez que esses constituintes são conhecidos por absorver e/ou espalhar luz, reduzindo assim a dose UV absorvida pelas bactérias [16,28,29,30]. Esses resultados estão alinhados com [13] que recomendaram a filtração antes da desinfecção por UV, para remover partículas, para uma desinfecção mais eficiente.

Aumentar a concentração de TSS reduziu a eficiência da desinfecção UV mais do que aumentar o corpo5 Concentração (Figura 4). A redução na eficiência da inativação do UV FC foi mais pronunciada nas doses mais baixas de UV (7.5 e 15 MJ/cm 2). Naqueles de 7.. Na dose de UV de 15 mJ/cm 2, o efeito do TSS alto na remoção de FC foi menor e, na dose de UV, de 30 mJ/cm 2 dificilmente foi observada. Esses resultados de acordo com achados anteriores de [4] que afirmaram que uma redução de 4 logs de FC pode ser alcançada por irradiação UV de baixa pressão quando a concentração de TSS é mantida abaixo de 60 mg/L. Por outro lado, na dose mais alta examinada de 30 mJ/cm 2, quase 100% de inativação da FC foi alcançada para toda a faixa de TSS e BOD5 concentrações testadas.

Corpo5 . A inativação de quase 100% do FC foi alcançada para toda a gama de BOD5 concentrações testadas (enquanto mantêm o TSS < 10 mg/L) for UV doses of 15 mJ/ cm 2 and higher. This indicates that TSS influence UV disinfection efficiency more than dissolved organic substances. These findings were demonstrated previously by [31] who suggested that adjusting UV absorption through the composition of organic extracellular polymeric substances does not have a significant effect on UV disinfection. Furthermore, Ref. [30] compared the levels of UV absorption of various constituents and determined that wastewater and surface water organic matter exhibit lower UV absorption than suspended solids.

.2.

Modelos MLR foram desenvolvidos para descrever a relação entre inativação do log FC e TSS, BOD5, Log FC Concentração do GW tratado (antes da desinfecção) e do cloro residual total medido (Equação (1)) ou a dose UV aplicada (Equação (2)).

Fcinativação = β15] + β2· [TSS]+ β3· [Log fc cru]+ β4

Fcinativação = β· [Bod5]+ β6· [TSS]+ β7· [Log fc cru]+ β8· [Dose UV]

onde fcinativação está no log (CFU/100 mL); Corpo5, TSS e cloro residual estão em mg/L; Log FC Raw está no log (CFU/100 mL); Dose UV em MJ/cm 2 e β–Β8 Os coeficientes estão estimando as variáveis ​​explicativas (Tabela 1).

Deve -se notar que modelos mais complexos contendo combinações das variáveis ​​explicativas (incluindo interações entre eles) foram exploradas. No entanto, como eles não aumentaram o ajuste dos modelos, os mais simples são apresentados. Para comparar os efeitos das várias variáveis ​​explicativas na eficiência da desinfecção por UV/cloração, um teste de tamanho de efeito, que é usado para avaliar variáveis&rsquo; efeitos em um modelo sugerido, foi aplicado. 10(valor p)), assumindo que efeitos maiores levam a valores de p mais significativos e maiores valores de logworth (Tabela 1).

Ambos os modelos indicaram que a concentração microbiana inicial era o parâmetro mais significativo (tendo um efeito positivo). No caso da cloração, a concentração microbiana inicial foi seguida por TSS e depois Bod5 . Esses resultados são consistentes com a teoria estabelecida e demonstram o efeito negativo de TSS e BOD5 na desinfecção do cloro. 5 e o TSS aumentou a demanda de cloro à medida que foram oxidados, reduzindo assim a concentração ativa de cloro no efluente e, consequentemente, diminuindo a inativação da FC. Além disso, como mencionado, TSS e BOD5 pode afetar a eficiência da cloração aumentando a resistência bacteriana devido à estabilização das membranas celulares microbianas [14] ou devido à fixação bacteriana a sólidos suspensos [12,13].

O modelo MLR, obtido do feixe colimado UV, indica que altas concentrações microbianas iniciais e altas doses de UV resultam em aumento da inativação da FC, enquanto o aumento das concentrações de TSS resultam em uma redução na inativação do FC. Nesse caso, o efeito do corpo dissolvido5 . Esses resultados são consistentes com a teoria estabelecida e demonstram o efeito negativo do TSS na desinfecção por UV, provavelmente devido ao &ldquo;Efeito de blindagem e sombreamento&rdquo; de partículas [29].

3.3. Configurações de fluxo e verificação do modelo

As concentrações de FC, TSS e BOD5 A partir de GW tratado pré-infectado (11 sistemas no local) variou de 0 a 10 6 CFU/100 ml, 3.. As contagens de FC após a desinfecção também foram analisadas e comparadas com as previsões dos modelos.

Os modelos MLR, desenvolvidos com base nas experiências de fase em lote, foram verificados contra os resultados das configurações de desinfecção contínua de fluxo de fluxo (câmara de cloração e reator UV) e foram consideradas estatisticamente significativas (P < 0.0001), with R 2 = 0.60 and R 2 = 0.84 for the chlorination and UV irradiation, respectively (Figure 5b,d). Although the quality of the treated GW from the two phases was quite different, as were the means of chlorination and UV irradiation, the models fitted well and explained most of the variability in the measured FC inactivation.

A correlação para a cloração sugere que seria possível prever a concentração residual de cloro residual necessária para reatores contínuos (comum em sistemas de tratamento em larga escala), dado FC, BOD5 e concentrações de TSS no GW tratado (antes da cloração), e a concentração final de FC necessária após a cloração, conforme descrito na Equação (3).

Onde necessário cloro residual, BOD e TSS estão em mg/l; A inativação do FC está no log (CFU/100 mL).

Controlar a concentração residual de cloro em um reator de desinfecção por fluxo de fluxo para uma certa qualidade de GW exigiria a manipulação da quantidade de cloro no reator (e.g., número de comprimidos de cloro) e/ou o tempo de contato (alterando a taxa de fluxo).

Em relação à desinfecção por UV, curiosamente, a diferença entre o modelo (com base nas experiências de lotes de feixe colimado) previsão de eficiências de inativação do FC e os resultados do reator de fluxo de fluxo foi encontrado (Figura 5D). Essa diferença provavelmente resultou da maneira diferente de que a irradiação UV foi aplicada. No feixe colimado, as amostras eram pequenas, bem misturadas e diretamente irradiadas, enquanto no reator UV de fluxo, o regime de fluxo era mais complexo (sendo parcialmente bem misturado e parcialmente plug-fl [25]). Assim, nem todo o GW que passa pelo reator recebeu a mesma dose de UV, o que significa que nem todo o FC presente no GW foi exposto à mesma dose. Para a mesma inativação do log, dividindo a dose de UV medida no reator de fluxo (44 mJ/cm 2 neste estudo) pela dose UV prevista para o modelo (com base nos resultados do feixe colimado em lote) resultou em um fator de correção (CF) de 7.47 (std = 1.25). . Em outras palavras, para alcançar o mesmo log FC inativação para águas de qualidade comparável (i.e., TSS, BOD5 e concentrações de FC pré-infecção), a dose de UV necessária no reator de fluxo é 7.47 vezes maior que a dose necessária no feixe colimado. Refs. [32,33] relatam diferenças semelhantes entre os resultados experimentais do feixe colimado e os resultados do reator de fluxo de fluxo. Usando o modelo alterado pela FC, a dose de UV necessária nos reatores de fluxo pode ser avaliada com base em testes de laboratório (Equação (4)).

[r e q u i r e d u v d o s e] = c f · f c i n a c t i v a t i o n – β 5 · [b o d 5] – β 6 · [t s] – β 7 · [log f c r a w] β 8

Onde necessário, a dose UV está em MJ/cm 2, a inativação da FC está no log (CFU/100 mL), BOD e TSS estão em mg/l; LOG FC ROW no log (CFU/100 mL); Cf: 7.47 (sem unidade).

4. Conclusões

Este estudo quantificou os efeitos da qualidade da água cinza tratada (TSS, BOD5, e fc) nas eficiências de desinfecção por cloração e UV em lotes e configurações de fluxo contínuo.

Verificou -se que a eficiência da desinfecção do cloro do GW tratado diminui como resultado do aumento do TSS e BOD5 concentrações, nas quais o efeito do TSS foi contínuo a partir de baixas concentrações, enquanto o efeito do BOD5 tornou -se significativo apenas acima de uma certa concentração de limiar. Experimentos de cloração em lote mostraram que a matéria orgânica dissolvida afeta a eficiência da cloração significativamente menor que o TSS, como refletido pelo valor muito mais baixo do Logworth. Com base nos resultados da cloração em lote, um modelo MLR foi desenvolvido e verificado com sucesso contra os resultados de uma unidade de cloração de fluxo de fluxo.

Os resultados dos experimentos de desinfecção por UV em lote sugerem que a eficiência da desinfecção por UV do GW tratado diminui como resultado do aumento das concentrações de TSS além de um valor limite de 50 mg/L. . O efeito do corpo dissolvido5 .

. Usando esses dois modelos, pode-se avaliar a dose UV ou a concentração residual de cloro necessária nos reatores de fluxo com base nos resultados do lote. Essa abordagem é valiosa não apenas do ponto de vista operacional, mas também da perspectiva de pesquisa.

Materiais suplementares

Os seguintes estão disponíveis online em https: // www.mdpi.com/2073-4441/13/2/214/S1, Figura S1: Esquema do sistema de tratamento de fluxo vertical de Recirculação no Lugar Recirculador (RVFCW) GW (após Alfiya et al., 2013); Figura S2: Trojan UV colimado sistema de feixe excluindo o obturador.

Conceituação, aquisição de financiamento, metodologia, supervisão, revisão e edição: a.G. e e.F. Metodologia, Curadoria de Dados de Validação, Escrita: D.F.C. e y.A. .G. Todos os autores leram e concordaram com a versão publicada do manuscrito.

Financiamento

Esta pesquisa foi financiada pelo Zuk MacCabi Research Fund.

Declaração do Conselho de Revisão Institucional

Não aplicável.

Declaração de consentimento informado

Não aplicável.

Declaração de disponibilidade de dados

Os dados estão contidos no artigo ou material suplementar.

Conflitos de interesse

Os autores declaram não haver conflito de interesses. Os financiadores não tiveram nenhum papel no desenho do estudo; na coleção, análises ou interpretação de dados; na redação do manuscrito, ou na decisão de publicar os resultados.

Nomenclatura

Corpo5 demanda de oxigênio bioquímico de cinco dias
Fc coliformes fecais
Gw Água cinza
Mlr Regressão linear múltipla
Recircular o fluxo vertical construído pântano
TSS Total de sólidos suspensos
UV irradiação ultravioleta
β1–Β8 coeficientes

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Água 13 00214 G001 550

figura 1. Unidades de fluxo: (a) câmara de cloração; (b) Reator UV.

figura 1. Unidades de fluxo: (a) câmara de cloração; (b) Reator UV.

Água 13 00214 G001

Água 13 00214 G002 550

Figura 2. Efeitos do TSS e BOD dissolvido5 Concentrações em água cinza tratada na inativação do coliforme fecal dentro de uma faixa total de concentração de cloro residual de 0.5–1.5 mg/L para três cenários diferentes: aumento de TSS (a), aumento do corpo5 () e aumento de TSS e BOD5 (). As cores representam a porcentagem de inativação de 96 a 100 % com um intervalo de linha de 0.5%.

Figura 2. Efeitos do TSS e BOD dissolvido5 Concentrações em água cinza tratada na inativação do coliforme fecal dentro de uma faixa total de concentração de cloro residual de 0.5–1.5 mg/L para três cenários diferentes: aumento de TSS (a), aumento do corpo5 (b) e aumento de TSS e BOD5 (c). As cores representam a porcentagem de inativação de 96 a 100 % com um intervalo de linha de 0.5%.

Água 13 00214 G002

Água 13 00214 G003 550

Figura 3. Efeitos do TSS e BOD dissolvido5 Concentrações em água cinza tratada na inativação do coliforme fecal sob três doses de UV: (a.5, (b) 15 e (c) 30 mj/cm 2 . As cores representam a porcentagem de inativação de 96 a 100% com um intervalo de linha de 0.5%.

Figura 3. Efeitos do TSS e BOD dissolvido5 Concentrações em água cinza tratada na inativação do coliforme fecal sob três doses de UV: (a) 7.5, (b) 15 e (c) 30 mj/cm 2 . As cores representam a porcentagem de inativação de 96 a 100% com um intervalo de linha de 0.5%.

Água 13 00214 G003

Água 13 00214 G004 550

Figura 4. Efeitos do TSS e BOD dissolvido5 na inativação do FC sob três doses de UV: 7, 15 e 30 mJ/cm 2: (a) em BOD baixo5 concentração (b) em baixa concentração de TSS (

Figura 4. Efeitos do TSS e BOD dissolvido5 na inativação do FC sob três doses de UV: 7, 15 e 30 mJ/cm 2: (a) em BOD baixo5 concentração (b) em baixa concentração de TSS (

Água 13 00214 G004

Água 13 00214 G005 550

Figura 5. Mlr – previsto vs. inativação medida da FC: (a) configuração de cloração em lote, (b) câmara de fluxo de cloro, (c) Feixe colimado UV e (d) Reator de fluxo de UV.

Figura 5. Mlr – previsto vs. inativação medida da FC: (a) configuração de cloração em lote, (b) câmara de fluxo de cloro, (c) Feixe colimado UV e (d) Reator de fluxo de UV.

Água 13 00214 G005

Mesa

tabela 1. Desinfecção por cloração/UV: coeficientes dos modelos MLR.

tabela 1. .

Variável explicativa Coeficiente Estimativa P -valor Logworth
Cloração em lote Corpo dissolvido5 (mg/l) β1 -0.016 5.43
TSS (mg/l) β2 -0.013 10.8
LOG FC RAW (LOG (CFU/100 mL)) β3 0.831 22.8
Cloro residual (mg/l) β4 0.644 2.
Irradiação UV Baça colimada Corpo dissolvido5 (mg/l) β5 0.001 0.2211 * 0.20
TSS (mg/l) β -0.012 23.0
LOG FC RAW (LOG (CFU/100 mL)) β7 .495 43.5
Dose UV (MJ/cm 2) β8 0.059 38.2

* não estatisticamente significativo.

Mesa

mesa 2. Níveis de qualidade de amostras GW tratadas pré-infectadas, de 11 sistemas de tratamento no local, que foram usados ​​nas experiências de fluxo de fluxo. Cada site foi amostrado quatro vezes (n = 44 amostras).

mesa 2. Níveis de qualidade de amostras GW tratadas pré-infectadas, de 11 sistemas de tratamento no local, que foram usados ​​nas experiências de fluxo de fluxo. Cada site foi amostrado quatro vezes (n = 44 amostras).

Faixa Média Mediana
TSS (mg/l) 3.9–233 38 15
Corpo dissolvido5 (mg/l) 0–107 41 37
% Transmissão254 nm 39–85 64 67
1.47-512 87 18
FC (CFU/100 mL) 0–10 6 10 5 10 5

Editor&rsquo;s Nota: MDPI permanece neutro em relação às reivindicações jurisdicionais em mapas publicados e afiliações institucionais.

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MDPI e estilo ACS

Friedler, e.; F. Chávez, d.; Alfiya, Y.; Gilboa, Y.; Gross, a. Impacto de sólidos suspensos e matéria orgânica na eficiência de desinfecção de cloro e UV. Água 2021, 13, 214. https: // doi.org/10.3390/W13020214

Estilo AMA

Friedler E, f. Chavez D, Alfiya Y, Gilboa Y, Gross a. Impacto de sólidos suspensos e matéria orgânica na eficiência de desinfecção de cloro e UV. Água. 2021; 13 (2): 214. https: // doi.org/10.3390/W13020214

Chicago/estilo turabiano

Friedler, Eran, Diana F. Chavez, Yuval Alfiya, Yael Gilboa e Amit Gross. 2021. “Impacto de sólidos suspensos e matéria orgânica na eficiência de desinfecção por cloro e UV da água cinza” Água 13, não. 2: 214. https: // doi..3390/W13020214

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O impacto da desinfecção de cloro nos níveis de demanda bioquímica de oxigênio em efluente de tratamento primário aprimorado quimicamente

Ji Dai, Feng Jiang, Chii Shang, Kwok-Ming Chau, Yuet-Kar Tse, Chi-Fai Lee, Guang-Hao Chen, Jingyun Fang, Liming Zhai; O impacto da desinfecção de cloro nos níveis de demanda bioquímica de oxigênio em efluente de tratamento primário aprimorado quimicamente. Technol Sci Water 1 de julho de 2013; 68 (2): 380–386. doi: https: // doi.org/10.2166/wst.2013.257

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As tendências de resposta da demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e a força orgânica após o processo de cloração/descloração foram exploradas por meio de um programa de monitoramento de efluente de tratamento primário (CEPT) de 2 anos e 5 meses e um estudo de escala laboratorial em 2 meses em escala de 2 meses. Os resultados do monitoramento mostraram que uma melhor mistura instantânea no ponto de injeção de cloro reduziu o efeito da cloração/descloração nos níveis de DBO de 5 dias. Os resultados do estudo de laboratório demonstraram que a cloração não mudou a distribuição do tamanho das partículas, carbono orgânico dissolvido ou demanda química de oxigênio do conteúdo orgânico do efluente. No entanto, a cloração/descloração afetou fortemente a medição do DBO quando a nitrificação foi inibida pela mudança de taxas de bioatividade/biodegradação.