Estudo da biomassa de reactores UASB tratando efluentes de lacticínios

Abstract

O metano produzido em sistemas de digestão anaeróbia (DA) é uma fonte de energia renovável, e a consolidação desta tecnologia na Europa oferece várias vantagens baseadas nos princípios de sustentabilidade ambientais. A indústria de lacticínios é uma das maiores fontes de efluentes industriais a nível europeu e a sua DA tem atraído bastante interesse devido à elevada carga orgânica que caracteriza estes efluentes. O tratamento de efluentes de lacticínios em reactores UASB com o modo de operação intermitente (fase de alimentação+fase de estabilização) foi demonstrado ser mais eficiente a converter a CQO do influente a metano comparativamente com o modo de operação contínuo típico. Nesta dissertação, pretendeu-se comparar o desempenho de reactores UASB tratando efluentes de lacticínios com o modo de operação intermitente (reactores A e B) e contínuo (reactor C) durante o arranque até uma carga orgânica volúmica (Bv) de 12 g CQO.L-1.dia-1, usando cargas iniciais diferentes das usadas em estudos anteriores. O desempenho dos reactores em estado estacionário durante cerca de dois anos a essa Bv (reactores A’, B’ e C’) foi caracterizado antes do arranque, bem como foi caracterizada a sua biomassa, tanto ao nível morfológico como molecular. Das cargas I (Bv de cerca de1 g CQO.L-1.dia-1) à VII (Bv de cerca de 12 g CQO.L-1.dia-1), o volume de metano produzido aumentou linearmente com o aumento de carga, em todos os reactores, com coeficientes de correlação entre 0,96-0,97. A eficiência de remoção média foi, de uma forma geral, ≥98%. A eficiência de metanização apresentou a mesma tendência que a produção de metano. Nos reactores intermitentes variou entre 69,7-88,3% (reactor A) e entre 56,8-85,8% (reactor B). No reactor C foi inferior e variou entre 36,4- 81,3%. O reactor A converteu mais CQO a metano do que o reactor C a todas as cargas investigadas (4-62% superior), e o reactor B nas cargas iniciais (13- 53% superior) e finais (9-21% superior). No estado estacionário, a fase de estabilização contribuiu mais do que na carga VII do arranque, para a eficiência de remoção e metanização globais, o que se traduziu, em eficiências de metanização cerca de 21 e 17% superiores às do contínuo. Tal como na carga VII, observou-se uma acumulação de AOV’s na fase de alimentação e desaparecimento na fase de estabilização, embora no estado estacionário, o AOV acumulado tenha sido o propionato. As razões apontadas foram a ocorrência preferencial da oxidação sintrófica do propionato na fase de estabilização em estado estacionário, que poderia estar inibida na fase de alimentação devido à degradação de AGCL’s nessa fase. A maior diversidade de clones dos géneros Methanobacterium e Syntrophomonas no reactor intermitente, bem como a presença de clones do género Syntrophus em ambos os reactores é discutida e são sugeridos estudos futuros para o melhor entendimento do processo.

ABSTRACT: Methane produced from anaerobic digestion (AD) systems is a source of a renewable form of energy and the settlement of this technology in Europe offers several advantages based on the principles of environmental sustainability. Dairy industry is a major source of industrial wastewater in Europe and the AD of these wastewaters is attractive from the view point of it’s high organic content. Dairy wastewater treatment using UASB reactors with an intermittent mode of operation (feeding phase with double load+stabilization phase) is more efficient in converting the removed COD to methane (methanization efficiency) as compared with the continuous conventional mode of operation. In this thesis, we compared dairy wastewater treatment using UASB reactors with an intermittent mode of operation (reactors A e B) and continuous (reactor C) during start-up to an organic loading rate (OLR) of 12 g CQO.L-1.day-1, with a different sludge than the one used previously and with different start-up OLR.The performance and biomass of UASB reactors treating dairy wastewater at stationary state, at an OLR of 12 g CQO.L-1.day-1 for almost 2 years, was characterized before start-up. Biomass was analysed for morphological and molecular traits. Methane production increased linearly from loading I (OLR close to 1 g CQO.L- 1.day-1) to loading VII (OLR close to 12 g CQO.L-1.day-1) in all reactors, with correlation coefficients of 0,96-0,97. Average removal efficiency was generally ≥98%. Methanization efficiency showed the same trend as the methane production. In reactor A varied between 69,7-88,3% and in reactor B between 56,8-85,8%. In reactor C was lower, and varied between 36,4-81,3%. Reactor A converted more COD to methane at all loadings, as compared with reactor C (4-62% higher), and reactor B at the initial (13-53% higher) and final loadings (9-21% higher). At stationary state, stabilization phase contributed more to the global removal and methanization efficiency than loading VII, at start-up, wich translated into methanization efficiencies 21 e 17% higher than the continuous mode of operation. Like in loading VII, VFA accumulation occurred during the feeding phase and VFA disapearence during the stabilization phase, although at stationary state the major VFA was propionate. The reasons pointed were preferential syntrophic propionate oxidation during stabilization phase, since it might be inhibited during feeding phase due to the AGCL degradation. Major diversity in clones from the genera Methanobacterim and Syntrophomonas in the intermittent UASB reactor, and the presence of clones from the genus Syntrophus in both reactors is discussed and suggested further studies for the better understandment of the process.