Tratamento anaeróbio termofílico de efluentes ricos em ácidos gordos de cadeia longa

Abstract

A aplicação de sistemas anaeróbios termofílicos ao tratamento de efluentes ricos em lípidos e ácidos gordos de cadeia longa (AGCL) tem sido pouco explorada. A dificuldade de obtenção de inóculos termofílicos pode ser uma razão para este facto. Diminuição do tempo de retenção hidráulico, higienização das lamas e aplicação de elevadas cargas orgânicas são vantagens dos sistemas termofílicos. O presente trabalho teve como principal objetivo estudar a adaptação de biomassa anaeróbia mesofílica a condições termofílicas, para posterior tratamento de efluentes ricos em AGCL. A adaptação da biomassa mesofílica foi efetuada em reator contínuo alimentado com leite magro à carga orgânica de 1 kg CQO m-3 dia-1. Após arranque a 37ºC, a temperatura de operação foi aumentada gradualmente 5ºC por semana até se atingir a temperatura de 55ºC. Após a estabilização do reator testou-se o tratamento de um efluente sintético composto por uma mistura de leite magro e oleato de sódio (numa proporção de 50:50% da CQO). Foram realizados dois ciclos (contínuo/”batch”), utilizando-se uma carga orgânica aplicada de 10 e 20 kg CQO m-3 dia-1. O desempenho do reator foi monitorizado durante 284 dias em termos de carência química de oxigénio (CQO) à entrada e à saída do sistema; ácidos gordos voláteis (AGV), sólidos e pH na corrente de saída; produção de metano e temperatura no interior do reator. Após introdução de oleato na alimentação, recolheram-se pontualmente amostras para análise de AGCL. Durante o período de adaptação às condições termofílicas recolheram-se amostras de biomassa em três momentos distintos (t0 = 0, t1 = 78 e t2 = 171 dias), que foram caracterizadas em termos de atividade metanogénica específica (AME) em acetato e H2/CO2, toxicidade do oleato na atividade metanogénica acetoclástica e capacidade de biodegradação do oleato. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que é necessário um período de tempo relativamente longo (123 dias) para adaptação da biomassa mesofílica a condições termofílicas. Este tempo parece estar associado a uma adaptação da comunidade de microrganismos acetoclásticos, uma vez que houve diminuição e posterior recuperação da AME em acetato ao longo do tempo. A alimentação do reator com cargas elevadas de oleato levou à acumulação de AGV no sistema e consequente diminuição na produção de metano.

Anaerobic thermophilic treatment of wastewaters rich in lipids or long chain fatty acids (LCFA) is not fully exploited, which may be related with the difficulty to obtain a thermophilic inoculum. Decrease in hydraulic retention time, sludge hygienisation and application of high organic loads are advantages of thermophilic systems. In this study mesofilic anaerobic sludge was acclimatized to high temperature (55ºC). Subsequently, a synthetic LCFA-rich effluent was treated alternating feeding and batch degradation phases, in order to optimize methane production. Mesophilic biomass adaptation was performed in continuous bioreactor fed with skimmed milk at an organic load rate (OLR) of 1 kg COD m-3 day-1. After startup at 37ºC, the temperature was increased 5ºC per week until 55ºC. Treatment of a synthetic effluent, composed by a mixture of skimmed milk and sodium oleate (50:50% COD), was tested after stabilization of the system. Two cycles (continuous/batch) were performed applying an OLR of 10 and 20 kg COD m-3 day-1. Reactor performance was monitored through 284 days of operation in terms of chemical oxygen demand (COD) at the inlet and exit of the system; volatile fatty acids (VFA), pH and solids in the effluent; methane production and temperature inside the reactor. Samples of the reactor were collected periodically for LCFA analysis. During the period of thermophilic adaptation biomass samples were collected at three different times (t0 = 0, t1 = 78 and t2 = 171 days) and characterized in terms of specific methanogenic activity (SMA) in acetate and H2/CO2, toxicity of oleate towards acetoclastic methanogens and oleate biodegradability. The results of this study show that a relatively long time is necessary for mesophilic biomass adaptation to thermofilic conditions, in total 123 days. This period appears to be associated with adaptation of acetoclastic microorganisms, since there was a decrease and subsequent recovery of SMA in acetate over time. The reactor feeding with high oleate loads caused VFA accumulation in the system and a consequent decrease in methane production.