Evaluation of several methods for the detection of Giardia spp. cysts and Cryptosporidium parvum Oocysts in wastes produced after high- turbidity water treatment

Este trabalho teve como objetivo avaliar diversos métodos de detecção e recuperação de cistos de Giardia spp. e de oocistos de Cryptosporidium parvum em resíduos gerados no tratamento de águas de abastecimento com turbidez elevada tendo como padrão o Método 1623.1 da USEPA (2012 ). Para tanto, ensaios utilizando aparelho Jarteste (coagulação, floculação, decantação e filtração ) foram realizados utilizando o coagulante cloreto de polialumínio - PAC. Em todos os métodos avaliados foi utilizada a técnica de purificação por separação imunomagnética - IMS. A adaptação do método floculação em carbonato de cálcio FCCa elaborado por Vesey et al. (1993) e adaptado por Feng et al. (2011), repercutiu nos melhores resultados para a amostra de resíduo sedimentado, com recuperações de 68 ± 17 % para oocisto de C. parvum e de 42 ± 7 % para cisto de Giardia spp. Entretanto, as recuperações para a amostra de água de lavagem dos filtros - ALF foram inferiores à 1 %, não sendo possível determinar um método adequado. A presença dos patógenos indica que o reuso da ALF em ETA convencionais ou o descarte em mananciais sem um tratamento prévio, pode representar problemas de contaminação. A adaptação dos métodos de Boni de Oliveira (2012) e Keegan et al. (2008), também repercutiram em porcentagens de recuperação expressivas para a amostra de resíduo sedimentado, sendo de: 41 ± 35 % para oocisto de C. parvum e 11 ± 70 % para cisto de Giardia spp., e 38 ± 26 % para oocisto de C. parvum e 26 ± 13 % para cisto de Giardia spp., respectivamente. A análise estatística não resultou em diferença significativa entre estes dois métodos, entretanto, as elevadas recuperações indicam que estes métodos podem ser melhor avaliados em pesquisas futuras.This dissertation addresses the evaluation of several methods for the detection of Giardia spp. cysts and Cryptosporidium parvum oocysts in wastes produced after a high-turbidity water treatment, according to Method 1623.1 from USEPA (2012). Coagulant polyaluminium chloride - PACl was used in jar test experiments (coagulation/flocculation, sedimentation and filtration ). The Immunomagnetic Separation - IMS technique was applied to all methods. The calcium carbonate flocculation (CCF) method, developed by Vesey et al. (1993) and adapted by Feng et al. (2011 ), was applied to sludge samples in this research and was the best method tested, with 68% ± 17 % and 42 % ± 7,00 % recoveries for C. parvum oocysts and Giardia spp. cysts, respectively. On the other hand, the percentage recovery of (oo)cysts for filter backwash water samples was lower than 1 % and no suitable method could be detected. The presence of pathogens represents contamination risks for water sources and the reuse of filter backwash water may be a problem to conventional water treatment plants. The application of Boni de Oliveira (2012) and Keegan et al. (2008) methods, adjusted to this study, also resulted in significant percentage recoveries for the sludge samples, with 41 ± 35 % for C. parvum oocyst and 11 ± 70% for cyst Giardia spp., and 38 ± 26% for oocyst C. parvum and 26 ± 13% for cyst Giardia spp., respectively. The statistical analysis showed no significant differences between the two methods, however, such high recoveries indicate they should be better evaluated in future research

Partial nitritation and anammox processes in anaerobic effluents from domestic sewage for warm regions

O processo de nitritação parcial (PN) e oxidação anaeróbia de amônia (Anammox), PNA, em comparação ao processo convencional de nitrificação-desnitrificação, reduz o consumo energético demandado pela aeração, não requer adição de carbono orgânico (CO) na desnitrificação e diminui a produção de lodo, com potencial para melhorar o balanço de massa e energia das estações de tratamento de esgoto (ETEs). O processo PNA é considerado uma tecnologia consolidada para tratar águas residuárias com elevada concentração de nitrogênio, mas sua viabilidade no tratamento de esgoto doméstico ainda representa um desafio. Entretanto, em países de clima tropical e subtropical, como o Brasil, o uso de reatores UASB em ETEs é uma realidade, gerando efluentes anaeróbios com temperatura mesofílica e baixa relação CO/N, aumentando a possibilidade de sucesso de reatores PNA em ETEs. Desta forma, a presente pesquisa teve como principal objetivo investigar o desempenho do processo PNA para remover nitrogênio de esgotos domésticos pré-tratados anaerobiamente em países de clima quente. Inicialmente, três reatores (R1, R2 e R3) foram alimentados com efluente sintético sem matéria orgânica (MO). Para conduzir o processo anammox, R1 e R2 foram alimentados com proporção de nitrito/amônia (N-NO2-/N-NH4+) de 1,32. A biomassa granular anammox, enriquecida no reator R1 por 685 dias (232mgN.L-1 e 37°C), apresentava alta eficiência de remoção de nitrogênio (ERN = 89,3 ± 3,5%) quando foi parcialmente transferida para realizar o start up do R2, submetido às reduções graduais de nitrogênio (232 para 50mgN.L-1) e da temperatura (37 para 25°C). O R2, submetido à mesma carga a nitrogenada volumétrica aplicada (NLRA) entre 1,0 a 1,4kgN.m-3.d-1, apresentou alta ERN (87,3 ± 4,7%) em 65 dias de operação. R1 e R2 apresentaram alta abundância relativa de Candidatus Brocadia entre 18,9 e 33,4% e entre 18,9 e 29,4%, respectivamente. No R3, utilizando inóculo de R2, nitrito deixou de ser adicionado para ser produzido por meio da aeração intermitente automatizada (AIA) sem controle de oxigênio dissolvido (OD), condição necessária para o processo PNA. Contudo, devido ao baixo desempenho de bactérias nitritantes, não foi observado o estabelecimento do processo PNA. A adição de nitrito fez com que a ERN atingisse 65%, indício para a presença ativa de biomassa anammox no R3. Utilizando-se de biomassa granular PNA de escala plena, um reator do tipo RBS (R4) foi continuamente operado com AIA (on:off = 15min : 15min), com controle de OD entre 0,01 e 0,20mgO2.L-1, temperatura de 25°C, baixa concentração de amônia (25 mgNNH4+ .L-1) e inicialmente sem MO. Apesar do R4 ter sido operado com AIA e baixa concentração de OD, observou-se acúmulo de nitrato e a ERN diminuiu gradativamente de 88,1% para 25,1%. Com a adição de MO complexa (100 mgO2.L-1), para simular efluentes de reatores UASB, observaram-se elevadas ERN (93,9 ± 2,2%), eficiência de remoção de MO (80,5 ± 7,7%) e efluente com concentração de nitrogênio inferior a 2,0mgN.L-1. Nessa configuração, a atividade anammox específica de 86,5 ± 8,1mgN.gSSV-1.d-1 permaneceu estável durante 170 dias de operação do R4. Os resultados obtidos realçam o potencial de aplicação do processo PNA para efluentes de esgoto doméstico pré-tratados anaerobiamente em países de clima quente.The partial nitritation (PN) and anaerobic ammonia oxidation (Anammox) process, PNA, compared to the conventional nitrification-denitrification (ND) process, decreases the energy consumption required for aeration, does not require organic carbon (OC) addition for denitrification, and decreases sludge production, with the potential to improve the mass and energy balance of sewage treatment plants (STPs). The PNA process is considered a mature technology for treating wastewater with high nitrogen concentration, but its feasibility in domestic sewage treatment still poses a challenge. Nevertheless, in tropical and subtropical countries like Brazil, the use of UASB reactors is a reality, producing anaerobic effluents with low OC/N ratio, augmenting the potential to implement PNA reactors in STP. Therefore, the general aim of this research was to investigate the performance of PNA process for nitrogen removal of anaerobically pretreated domestic sewage in warm countries. Initially, three reactors (R1, R2 and R3) were fed with synthetic effluent without organic matter (OM). To carry out the anammox process, R1 and R2 were fed with a nitrite/ammonia (NO2--N/NH4+-N) ratio of 1.32. The anammox granular biomass, enriched in R1 for 685 days (232mgN.L-1 and 37°C), showed a high nitrogen removal efficiency (NRE = 89.3 ± 3.5%) when it was partially transferred to start-up the R2 for adaptation with gradual reductions in nitrogen concentration (232 to 5mgN.L-1) and temperature (37 to 25°C). In the R2, receiving the same nitrogen loading rate of R1, i.e., between 1.0 and 1.4kgN.m-3.d-1, achieved a high NRE of 87.3 ± 4.7% in 65 days of operation. R1 and R2 exhibited a high relative abundance of Candidatus Brocadia ranging from 18.9 to 33.4% and 18.9 to 29.4%, respectively. In the R3, which was inoculated with biomass from R2, the nitrite addition was discontinued, and automated intermittent aeration (AIA) without controlling the dissolved oxygen (DO) was implemented to observe the PNA process. However, due to the low performance of nitrifying bacteria, the establishment of the PNA process was not observed. The nitrite addition resulted in an NRE of 65%, indicating the presence of active anammox biomass in R3. Utilizing PNA biomass from a full-scale reactor, an SBR-type reactor (R4) was continuously operated with AIA (on:off = 15min : 15min), DO control between 0.01 and 0.20mgO2.L-1, temperature of 25°C, low nitrogen concentration (25mgN-NH4+.L-1) and initially without OM. Although the R4 was operated with AIA and DO control, nitrate accumulation was observed, and the NRE gradually decreased from 88.1% to 25.1%. With the addition of complex OM (100 mgO2.L-1), to simulate UASB reactor effluents treating domestic sewage, high NRE (93.9 ± 2.2%) and OM removal efficiency (80.5 ± 7.7%) were observed, resulting in an effluent with a low nitrogen concentration of 2.0mgN.L-1. In this configuration, the specific anammox activity of 86.5 ± 8.1mgN.gVSS-1.d-1 was kept stable during the 170 days of R4 operation. The results highlight the potential application of the PNA process for anaerobically pretreated domestic sewage effluents in warm countries