Biodegradação anaeróbia de efluentes de lacticínios em reactores SBR

Abstract

O principal objectivo deste trabalho experimental foi avaliar o comportamento de reactores anaeróbios descontínuos sequenciais (SBR) no tratamento de efluentes complexos produzidos na indústria de lacticínios. O trabalho baseou-se no estudo do efeito de vários parâmetros: tipo de inóculo (adaptado e não adaptado ao substrato complexo em causa); temperatura de operação (37ºC e 55ºC); e tempo de retenção hidráulico (TRH de 25d e 10d). Estes efeitos foram analisados em reactores operados em condições intermitentes de alimentação, na perspectiva de se evitar a acumulação de gordura e de outros materiais complexos no manto de lama, e de se melhorar a transformação do CQO removido em metano (CH4). Os reactores SBR foram operados com um ciclo total de 24 horas, em que o tempo de sedimentação foi de 2 horas. Foram operados cinco reactores SBR anaeróbios, com controlo de pH: dois na gama mesofílica e com TRH=25d, sendo um inoculado com biomassa adaptada e outro com não adaptada; dois na gama termofílica e também com TRH=25d, sendo um inoculado com biomassa adaptada e outro não adaptada; e um quinto reactor mesofílico inoculado com biomassa adaptada, mas com um TRH=10d. Durante a operação dos SBR verificou-se que a temperatura influencia muito o comportamento dos reactores, principalmente no que diz respeito à qualidade do efluente tratado. Quer para o inóculo adaptado quer para o não adaptado, verifica-se uma deterioração muito grande da qualidade do efluente tratado quando se opera na gama termofílica, independentemente da carga orgânica aplicada. O aumento de temperatura de 37ºC para 55ºC provoca também uma menor conversão do CQO removido a CH4. Em condições estacionárias, todos os reactores mesofílicos apresentaram remoções de CQO superiores a 97%, enquanto nos reactores termofílicos esta percentagem baixou até 93% para a biomassa adaptada e 79% para a biomassa não adaptada. Na gama mesofílica, a operação de reactores inoculados com biomassa adaptada produz um efluente tratado de melhor qualidade (CQOf inferior), embora com conversões a CH4 apenas ligeiramente superiores. Estas diferenças tornam-se bastante significativas nas cargas mais elevadas. Na gama termofílica, para as cargas mais baixas, o reactor inoculado com biomassa adaptada apresenta claramente um melhor desempenho na remoção de CQO. No entanto, para as cargas mais elevadas os desempenhos são muito similares, apesar do reactor inoculado com biomassa adaptada apresentar uma maior conversão de CQO a CH4.Nos reactores mesofílicos, o teor de CH4 no biogás estabiliza à volta dos 60% para todas as cargas aplicadas, enquanto nos reactores termofílicos se verificam oscilações entre os 37% e os 71%, consoante a carga aplicada, a que correspondem períodos de acumulação de ácidos orgânicos voláteis (AOV). Na operação termofílica, a biomassa apresenta um maior decaimento, tanto a que proveio de um inóculo adaptado como a de um inóculo não adaptado. Os ensaios realizados indicaram ainda que a diminuição do TRH de 25 para 10 dias não provocou alterações significativas na percentagem de remoção de CQO, mas levou a uma menor produção de biogás e a uma menor conversão do CQO removido a CH4. Globalmente pode-se assim concluir que os reactores SBR anaeróbios a trabalhar na gama mesofílica e com inóculo adaptado apresentaram um efluente com uma melhor qualidade e uma conversão superior de CQO a metano.

The main objective of this work was to evaluate the performance of anaerobic sequencing batch reactors (SBR) treating complex wastewaters, such as dairy effluents. This work was based on the study of the effects of several parameters: type of inoculum (adapted and not adapted to the complex substrates under study); process temperature (37ºC and 55ºC); and hydraulic retention time (HRT of 25d and 10d). These effects were studied using reactors operated in an intermittent feeding mode, in order to avoid the accumulation of fat and others complex materials in the sludge blanket, and improve the transformation of COD removed into methane (CH4). The SBR reactors were operated with a total cycle of 24 hours, with two hours for sedimentation. Five anaerobic SBR reactors were operated, with pH control: two under mesophilic conditions and an HRT=25d, one inoculated with adapted and another with not adapted biomass; two under thermophilic conditions and an HRT=25d, one inoculated with adapted and another with not adapted biomass; and a fifth mesophilic reactor inoculated with adapted biomass, but with an HRT=10d. During the operation of the SBR reactors, it was found that the temperature greatly influences reactor behavior, especially with regard to the quality of treated effluent. Either with adapted or not adapted biomass, there has been a great damage to effluent quality when the reactors are operated at thermophilic conditions, independently of the applied organic load. The increase in temperature from 37 ºC to 55 °C also causes a lower conversion of COD removed to CH4. In stationary conditions, all mesophilic reactors showed COD removals higher than 97%, whereas in the thermophilic reactors that percentage dropped to 93% for adapted biomass and to 79% for non-adapted biomass. At mesophilic range, the operation of reactors inoculated with adapted biomass produces a better quality of treated effluent (lower CQOf), though obtaining a CH4 conversion only slightly higher. These differences become quite significant at higher loads. In the thermophilic range, and for the lower loads, the reactor inoculated with adapted biomass clearly presents a better performance in COD removal. However, for higher loads the performances are very similar, although the reactor inoculated with adapted biomass presents a greater conversion of COD to CH4.In the mesophilic reactors, the concentration of CH4 in the biogas stabilizes at around 60% for all applied loads, whereas in the thermophilic reactors oscillations occur between 37% and 71%, depending on the applied load, corresponding to periods of high volatile fatty acids (VFA) accumulation. In thermophilic operation, biomass has a higher decay rate, either for adapted or non-adapted inoculum. The experimental tests indicated that the decrease in HRT from 25 to 10 days led to a lower biogas production and a lower conversion of COD removed to CH4, but not significant changes in the percentage of COD removal. In general, we can then conclude that anaerobic SBR reactors working at mesophilic range and using adapted inoculum showed an effluent with a better quality and a higher COD conversion to methane.