Journal of Academic Tourism Studies
2,882 0,961 Varyans Açıklama Oranı 66,761 12,884
Os ensaios de biodegradabilidade de tratamento anaeróbio da FORSD foram realizados de acordo com recomendações propostas por Aquino et al. (2007) e Angelidaki et al. (2009). O lodo utilizado como inoculo nos testes de AME dos resíduos orgânicos tem origem de um reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) de uma estação de tratamento de águas residuárias industriais de cervejaria localizada no município de Pacatuba - CE, inserido na Região Metropolitana de Fortaleza. O lodo empregado apresentava característica granular.
A seleção pelo lodo acima foi definida a partir de pesquisa realizada por Lima (2015), que analisou a atividade metanogênica específica de distintos lodos anaeróbios oriundos de diferentes tecnologias de tratamento, compreendendo lodos de tanque séptico, lodo UASB de ETE para efluentes sanitários, lodo UASB de ETE industrial de uma cervejaria e lixiviado proveniente do Aterro Sanitário Metropolitano Oeste de Caucaia (ASMOC). Lima (2015) concluiu que o inóculo que possuiu o melhor resultado de AME foi o advindo da cervejaria, registrando um valor de AME bastante elevado de 0,80 gDQO/gSTV.d. Fenômeno este que pode ser atribuído a adaptação do consórcio microbiano de lodos anaeróbios indústrias de cervejeiras a degradação de sacarídeos, presentes em elevadas concentrações nos efluentes desse tipo de indústria, logo, apresentando condições favoráveis a predominância de rotas metabólicas responsáveis pela conversão da glicose em metano (CARNEIRO, 2012; LIMA, 2015).
Na Tabela 7 está disposto a caracterização física e química do lodo utilizado neste estudo e os resultados de AME dos lodos citados por Lima (2015).
Tabela 7 - Caracterização física e química do lodo UASB de cervejaria e os resultados de AME dos lodos pesquisados por Lima (2015).
Variáveis Resultados I II Média DP pH 7,4 7,4 - - TU (%) 94,6 94,5 94,5 0,1 PEL (g/L) 946 985 965 27 ST (mg/L) 51040 54580 52810 2503 STV (mg/L) 28920 31120 30020 1556 AT. (mg/L) 683 661 671,7 15 AGV (mg/L) 124 114 119 7 NTK (mg/L) 1053 1169 1111 81 PT (mg/L) 513 479 496 24 DQO (mg/L) 22860 19460 21160 2404 AME (gDQO/gSTV.d)
Lodo de tanque séptico 0,5318
Lodo UASB – ETE sanitária 0,1566
Lodo UASB – ETE industrial 0,8050
Lixiviado 0,0039
Fonte: Lima (2015).
Nos testes de biodegradabilidade foram utilizados frascos de 250 mL conforme indicado na Figura 16, previamente calibrados. O volume de headspace adotado foi de 30%, equivalente a 75,0 mL. Cada condição do ensaio foi analisada em triplicata para garantir uma boa reprodutibilidade e tratamento estatístico dos dados.
Fonte: Angelidaki et al. (2009) e Autor, 2015, respectivamente.
Os ensaios de biodegradabilidade foram executados em duas fases:
a) Fase I: analisou-se as condições ambientais/operacionais ótimas de produção de biogás considerando aspectos de mistura e suplementação de alcalinidade no meio de reação. Na dosagem de alcalinidade no meio de reação empregou-se como insumo químico o bicarbonato de sódio (NaHCO3);
b) Fase II: a partir da resposta da Fase I com a melhor condição de mistura e alcalinidade, avaliou-se o efeito dos pré-tratamentos térmicos e ultrassônicos na potencialização da geração de biogás, com tempos de exposição do substrato variados. No tratamento térmico a amostra de RSOrg foi submetida a uma temperatura de 121ºC e pressão de 1,0 Kgf/cm², utilizando um autoclave vertical do Fabricante MARCONI com limite de pressão máxima de 1,5 Kgf/cm². No tratamento ultrassônico a FORSD foi exposta as ondas ultrassônicas a uma freqüência de 40kHz em um aparelho de Fabricante Ultracleaner, Modelo 1600A. No Quadro 4 segue as variações das condições ótimas e dos tipos de pré-tratamentos aplicados na avaliação do cenário com maior potencial de produção de biogás a partir da biodigestão anaeróbia.
Quadro 4 – Definição das condições ambientais/operacionais ótimas e dos tipos de pré-tratamentos empregados.
Fonte: Autor, 2015.
A quantificação do biogás gerado no interior dos frascos foi mensurada por método manométrico, com a utilização de um indicador universal microprocessado acoplado a um transmissor de pressão de um medidor universal da marca WARME (vide Figura 17), uma vez que foram mantidos constantes a temperatura e o volume de headspace, contudo o acréscimo de pressão medido no interior do recipiente correspondia ao volume de biogás produzido. O volume de biogás foi obtido pela conversão da pressão medida a partir da equação geral dos gases (Equação 2):
�1 � �1
1 � =
�2 � �2
2 Equação 2
Fase Condição Variável
I
Mistura Com agitação de 150 rpm Sem agitação Alcalinidade do meio de reação
(Sob agitação)
Natural (Alc Nat)
Adição de 1 g/L de NaHCO3 (Alc 1g/L)
Adição 3 g/L de NaHCO3 (Alc 3g/L)
Adição 5g/L de NaHCO3 (Alc 5g/L)
II
Pré-tratamento térmico (Sob agitação + 1 g/L de NaHCO3)
30 minutos (Term30) 90 minutos (Term90) Pré-tratamento ultrassônico
(Sob agitação + 1 g/L de NaHCO3)
30 minutos (US30) 90 minutos (US90)
Figura do indicador + transmissor
Fonte: Autor, 2015.
O biogás dos ensaios foi caracterizado e quantificado por análise de cromatografia gasosa, utilizando um cromatógrafo GC 17A, marca Shimadzu, acoplado a um detector de condutividade térmica (TCD). No Quadro 5 é especificado as condições da técnica de cromatografia gasosa aplicada na análise do biogás conforme metodologia desenvolvida e validada por Carneiro (2012).
Quadro 5 - Condições de análise do biogás no GC-TCD.
Parâmetros GC-TCD
Modo de injeção Splitless
Volume de injeção (mL) 1
Temperatura do injetor (°C) 40
Gás de arraste He
Fluxo na coluna (mL/min) 0,7
Temperatura do forno (°C)a 50
Temperatura do detector (°C) 200
Tempo de corrida (min) 5
Fonte: CARNEIRO, 2012.
Nota: a Programação de temperatura isotérmica.
A metodologia dos ensaios de biodegradabilidade seguiu os seguintes procedimentos: a) Caracterizar inicialmente a FORSD e o lodo mediante variáveis físicas e químicas
conforme metodologias descritas nos Quadros 3 e 6, respectivamente;
b) separar e identificar os frascos de reação de volume de 250mL. Realizar este procedimento em triplicata;
c) diluir o inóculo para atingir uma concentração inicial de 3,0 g STV/L (valor situado na faixa de concentração recomendada para testes de AME sob agitação); d) preparar a suspensão de RSORg para atingir uma concentração inicial de DQO
próxima de 1,5 g/L, de modo a atender uma relação A/M 0,5 que se mostrou como
Figura 17 - (a) Indicador universal microprocessado e (b) transmissor universal de pressão utilizados na medição do biogás gerado nos frascos de reação.
a
condição ótima conforme estudo realizado por Lima (2015) avaliando a AME do lodo em questão em relações de A/M de 0,5 e 1,0;
e) adicionar os volumes determinados das soluções de lodo e substrato nos frascos de reação devidamente identificados, destaca-se que o volume da mistura (lodo + substrato + água) deverá ocupar 70% da capacidade do frasco (175,0 mL), já que 30% se constitui do headspace;
f) completar com água destilada para alcançar o volume da mistura de 175,0 mL. Embora seja recomendado adicionar solução contendo macronutrientes e micronutrientes para evitar limitações do crescimento microbiano pela indisponibilidade ou carência de nutrientes, no ensaio optou-se apenas pelo acréscimo de água visto que a mistura do RSOrg com o lodo poderia proporcionar os requisitos nutricionais em quantidades suficientes;
g) ajustar o pH da solução basal numa faixa entre 6,5 e 7,5;
h) separar uma alíquota do meio de reação para caracterização física e química durante a etapa inicial do ensaio conforme parâmetros apontados no Quadro 6;
Quadro 6 - Metodologia analítica empregada na caracterização física e química do lodo e do meio de reação.
Parâmetro Método Referência
pH Potenciométrico
APHA et al. (2005) Alcalinidade total – AT. (mg
CaCO3/L)
Titulação potenciométrica: titulação de neutralização com H2SO4
Ácidos Graxos Voláteis –
AGV (mg Hác./L) KAPP KAPP (1984) apud Ribas, Moraes e Foresti (2007)
TU (%) Gravimétrico: evaporação e Secagem a 103
– 105°C
APHA et al. (2005) Sólidos totais (mg/L)
Sólidos totais fixos – STF
(mg/L) Gravimétrico: ignição a 500 – 550ºC
Sólidos totais voláteis – STV (mg/L)
DQO (mg O2/L)
Espectrofotométrico: digestão por refluxação fechada. Oxidação da matéria orgânica com K2Cr2O7 em meio
ácido (em tubos com tampas de baquelite rosqueadas) com aquecimento a 150°C em bloco digestor
PT (mg P-PO43-/L)
Espectrofotométrico de Absorção Molecular (Método do Ácido Ascórbico): digestão com (NH4)2S2O8 a 121°C
em autoclave, durante 30 minutos a uma pressão entre 98 e 137 kP
NTK (mg N-NH3/L) Titulométrico: digestão seguida de destilação em Micro-Kjeldahl e titulação de neutralização com H 2SO4
i) lacrar devidamente os frascos de reação, evitando a fuga do biogás durante o teste; j) remover o O2 no interior do frasco, purgando-o com um gás inerte, neste caso a
purga foi feita com N2 grau FID por 1 minuto. Certificar-se de que a pressão no interior do frasco seja igual à atmosférica (1 atm);
k) incubar os frascos a 35ºC, sob agitação a 150 rpm. Para incubação foi utilizado um shaker orbital, de fabricante Marconi e modelo MA-420 (Figura 18);
Fonte: Autor, 2015.
l) monitorar a produção de metano diariamente por um período suficiente para cessar ou estabilizar a produção de biogás;
m) após cessar a produção de biogás, coletar amostras para realizar as análises físicas e químicas do meio de reação, em final de teste, através dos parâmetros citados no Quadro 6;
O valor de AME pode ser calculado através da Equação 3:
=
� � 4 × � × � �1000
Equação 3
Em quê:
AME = Atividade metanogênica específica (gDQO-CH4/gSTV.d)
V CH4 = volume de metano produzido durante todo o experimento (mL); FC = fator de conversão estequiométrico (390 mL de CH4/g DQOrem); STV = teor de sólidos totais voláteis do inóculo (g/L).