Metodologias avançadas para avaliação de biomassa metanogênica em reatores de baixa carga

Abstract

Os sistemas anaeróbios, amplamente utilizados para o tratamento de efluentes de alto conteúdo orgânico, têm encontrado cada vez mais aplicabilidade no tratamento de efluentes diluídos, como os esgotos domésticos. Reatores de alta taxa permitem que o tempo de retenção hidráulico seja desvinculado do tempo de retenção celular, atingindo-se elevadas taxas de remoção de matéria orgânica em poucas horas. Para a otimização destes sistemas de tratamento, é de fundamental importância a caracterização da biomassa bem como o acompanhamento da sua evolução. Sendo a metanogênese a etapa limitante do processo de degradação anaeróbio, principal atenção deve ser dada aos organismos responsáveis pela etapa final do processo de conversão de matéria orgânica a biogás. O parâmetro tradicionalmente utilizado para estimar a biomassa é a concentração de sólidos voláteis. Técnicas mais modernas, como os testes de atividade metanogênica específica, fornecem resultado mais precisos. Contudo, existe grande dificuldade em testar-se a biomassa presente em reatores que recebem efluentes de baixa carga orgânica. Com o objetivo de buscar-se técnicas alternativas, foram monitorados, durante um período de seis meses, três reatores de manto de lodos de fluxo ascendente, em escala de bancada, nos quais utilizou-se como inóculo o lodo coletado em reator anaeróbio de uma estação de tratamento de efluentes municipais. Cada reator recebeu substrato distinto: acetato; mistura de ácidos graxos voláteis; e sacarose em concentrações de DQO de aproximadamente 600 mg.L, simulando a concentração média encontrada em esgotos domésticos. Mensalmente, a biomassa foi analisada através da concentração de sólidos voláteis totais; atividade metanogênica específica para os substratos acetato, etanol, formiato e mistura de acetato e etanol; e reação em cadeia da polimerase para primers específicos a bactérias metanogênicas totais e acetoclásticas associados à técnica de determinação do número mais provável de organismos. A melhoria na eficiência de remoção de matéria orgânica obtida nos reatores foi acompanhada pelo aumento progressivo da atividade metanogênica específica . Os reatores A e M apresentaram, ao término do experimento, atividade em acetato de 7,39 e 8,97 iv respectivamente. O reator S, por sua vez, obteve maior atividade em etanol, de 9,55 indicando o desenvolvimento preferencial de outros grupos de organismos que não os acetoclásticos. A utilização da técnica da reação em cadeia da polimerase para identificação e quantificação de bactérias metanogênicas indicou a necessidade de estudos mais detalhados, principalmente no que se refere à construção dos primers.

Anaerobic systems, widely used in the treatment of organic concentrated eflluents, are increasingly being applied in the treatment of diluted effiuents, such as domestic wastewaters. High rate anaerobic reactors allow the hidraulic retention time , thus achieving in few hours, high rates of organic matter removal. ln order to optimize these treatment systems, the caracterization of the biomass and the monitoring of its evolution are of fundamental importance. Special attention must be given to the methanogenic organisms, since the methanogenesis is the limiting step of the anaerobic degradation process. The parameter traditionally used to estimate the biomass is the volatile solids concentration. Modem techniques, such as specific methanogenic activity tests, provide more accurate results. However, there are some difficulties in testing biomass developed in low organic load reactors. With the purpose of finding alternative methods, three labscale upflow anaerobic sludge blanket reactors, were monitored during six months. The inocullum carne from a full scale anaerobic reactor treating municipal wastewaters. Each reactor received different substract: acetate, volatile fatty acids and sucrose, with COD concentration of 600 simulating the mean concentration found in domestic wastewater. The biomass was analysed monthly through the total volatile solids concentration, the specific methanogenic activity for the substracts acetate, ethanol, formiate and a mixture of acetate and ethanol; and polinuclear chain reaction with primers developed to methanogenic bacteria and acetoclastic methanogens associated to the most probable number technique. The increase of the effiency of organic matter removal was accompained by a progressive increasing of the methanogenic specific activity. The A and M reactors showed by the end of the experiment, acetate activity of 7.39 and 8.97 respectively. The S reactor showed a higher activity in ethanol, 9.55 indicating main development of other microorganisms than acetoclastics. vi The use of polymerase chain reaction technique for the identification and quantification of methanogenic bacteria indicated the necessity of more detailed studies, mainly about the primers desing.