EXPERIMENTAIS 191
5.6 ANÁLISES MICROBIOLÓGICAS DA BIOMASSA IMOBILIZADA 204
6 CONCLUSÕES E SUGESTÕES 207 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 211 APÊNDICES 219 APÊNDICE A 221 APÊNDICE B 229 APÊNDICE C 241 APÊNDICE D 251 APÊNDICE E 263 APÊNDICE F 275
APÊNDICE G 285
APÊNDICE H 297
APÊNDICE I 307
1 INTRODUÇÃO
O íon mais estável do enxofre, o sulfato (SO42-), pode surgir na natureza por meio de
várias fontes naturais como, por exemplo, em atividades vulcânicas, drenagem de rochas com minerais ricos em enxofre ou na água do mar. Fontes antropogênicas que afetam corpos de água naturais são resultantes de atividades industriais, como por exemplo, o processamento de celulose, de alimentos, de xenobióticos e a utilização de combustíveis fósseis.
Por ter uma reatividade e toxicidade baixa, o sulfato não representa uma ameaça direta aos ecossistemas aquáticos e não há restrições rígidas nos padrões de imissão. A Resolução n° 357 de 2005 do CONAMA limita, para águas doces de classe 1, a concentração de sulfato em 250 mgSO42-.L-1. Porém, muitas atividades industriais geram efluentes com concentrações
muito além deste valor limítrofe e podem desequilibrar ecossistemas aquáticos e levá-los ao colapso, comprometendo a capacidade de autodepuração. Um indício para má qualidade de um corpo de água pode ser, por exemplo, uma camada preta nos sedimentos, causado pela precipitação de sulfeto combinando com o ferro, formando pirita (FeS2).
A toxicidade do sulfato se dá devido aos efeitos inibidores do sulfeto de hidrogênio (H2S), o produto final do processo da redução de sulfato, aos microrganismos responsáveis
pela degradação de matéria orgânica e pela própria redução de sulfato. Em meios aquáticos, sob condições anaeróbias, o sulfato pode ser usado como aceptor de elétrons no processo da oxidação de matéria orgânica por um grupo especializado de bactérias, as bactérias redutoras de sulfato (BRS), produzindo, assim, íons de sulfeto. Uma das características do sulfeto é a sua capacidade de penetrar nas membranas celulares e se ligar aos componentes contendo ferro na célula, prejudicando o metabolismo do microrganismo. O H2S em altas concentrações
A competição entre arquéias metanogênicas e BRS pelo substrato (matéria orgânica) é um fator importante que influencia a capacidade de remoção de sulfato e de matéria orgânica, bem como na produção de biogás. Neste sentido, o sulfeto pode prejudicar os próprios sistemas de tratamento de esgoto e sua possível presença deve ser considerada no planejamento dos mesmos.
Nas últimas décadas, foram desenvolvidas várias tecnologias para tratar águas residuárias contaminadas por sulfato. No entanto, tratamentos convencionais como, por exemplo, a osmose reversa ou precipitação através de sulfeto de bário ou carbonato de bário, têm alto custo e produzem resíduo sólido químico. Com o avanço na tecnologia de tratamento anaeróbio de água residuária a partir dos anos 70, fruto das descobertas nas áreas de microbiologia e da evolução dos modelos matemáticos da cinética de processos microbiológicos, o tratamento em reatores anaeróbios se tornou uma alternativa economica e tecnicamente viável. Estes reatores foram inicialmente desenvolvidos visando a remoção anaeróbia de matéria orgânica, mas, ao fornecer condições favoráveis ao crescimento das BRS, estes sistemas podem ser facilmente adaptados para a remoção de sulfato.
Desde os anos 1980, foram feitos diversos trabalhos investigando a remoção de sulfato em reatores anaeróbios contínuos. Estes trabalhos visaram investigar o desempenho de reatores como, por exemplo, o reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB), o reator anaeróbio de leito expandido (EGSB) e o reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF). No entanto, há poucos estudos sobre reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais (AnSBR).
Neste contexto, este projeto visa investigar o comportamento do AnSBBR com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano no tratamento de água residuária sintética com diferentes concentrações de sulfato (373, 746 e 1493 mgSO42-.L-1) e baixa concentração
(batelada / batelada alimentada), com agitação mecânica e utilizando um “draft-tube”. O emprego de um suporte para imobilização da biomassa em reatores anaeróbios operados em bateladas seqüenciais melhora a retenção de sólidos e possibilita a eliminação da sedimentação, uma das fases de operação do AnSBBR.
Existem diversos estudos sobre fatores que afetam o rendimento do AnSBR na remoção de sulfato para atingir um melhor controle do processo. Pesquisas tem enfocado a competição entre BRS e arquéias metanogênicas, o meio de suporte utilizado para a imobilização da biomassa, no tipo de substrato utilizado na alimentação do reator, a razão entre substrato e sulfato (DQO/[SO42-]) e os parâmetros físico-químicos (pH, temperatura,
potencial redox). Entretanto, estudos sobre a estratégia de alimentação, uma das principais características operacionais do sistema, ainda são escassos na literatura.
A operação em batelada alimentada minimiza a relação inicial de substrato/microrganismos, diminuindo qualquer efeito tóxico ou de inibição cinética por excesso de substrato que a água residuária possa impactar no biorreator. A possibilidade de operar com tempos de enchimento mais longos em relação ao tempo total de cada ciclo significa, na prática, a diminuição dos volumes dos tanques de equalização, obrigatório em situações onde não há garantia de carregamento nas ocasiões previstas em projeto. A flexibilidade operacional com a opção de adotar diferentes tempos de enchimento do reator também é motivação para o estudo da batelada e batelada alimentada.
Como objetivo geral, o trabalho investigou o desempenho do tratamento de uma água residuária sintética contendo sulfato por um reator anaeróbio operado em bateladas e bateladas alimentadas seqüenciais, com agitação mecânica e utilizando um “draft-tube”, contendo biomassa imobilizada em espuma de poliuretano, sob os aspectos de remoção da matéria orgânica e de sulfato.
Assim, foram estabelecidos, os seguintes objetivos específicos:
(i) Avaliar os resultados de operação quanto à estabilidade e à eficiência de remoção
de matéria orgânica e de sulfato, realizando-se ensaios (tempo de ciclo de 8 h) nos modos de operação em batelada (tempo de enchimento de 10 min) e batelada alimentada seqüenciais (tempos de enchimento de 3 h e 6 h).
(ii) Avaliar a influência da relação DQO/[SO42-] na alimentação do biorreator sobre a
estabilidade e a eficiência de remoção de matéria orgânica e de sulfato, realizando-se ensaios com três níveis de valores relativos ao requerimento teórico estequiométrico (relação DQO/[SO42-] acima, igual e abaixo da estequiométrica).