Tratamento de efluente com elevado teor de óleos e gorduras por digestão aeróbio.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Ambiental

Autores

Rezende de Jesus, A. (UNIVERSIDADE TIRADENTES) ; Rabelo, M. (UNIVERSIDADE TIRADENTES) ; Cabrera-padilla, R.Y. (UNIVERSIDADE TIRADENTES)

Resumo

Sabe-se que os efluentes provenientes das indústrias de alimentos apresentam um elevado teor de gorduras o que dificulta a biodegradabilidade por tratamentos convencionais. Neste contexto, o presente trabalho teve por objetivo realizar o tratamento de um efluente sintético contendo elevado teor de óleos e gorduras mediante digestão aeróbia utilizando um efluente previamente tratado por hidrólise enzimático. Com esse proposito foram operados dois reatores em batelada, um com efluente pré-tratado e outro com efluente simulado (controle) a 30°C e monitorados durante o período de operação quanto a pH, DQO e sólidos suspensos totais e voláteis. Ao final da digestão aeróbia o reator com efluente pré-tratado foi o mais eficiente com uma remoção de DQO de 90% comparado com o control (80%).

Palavras chaves

Efluente pré-tratado; Lodos ativados; Digestão aeróbio

Introdução

A adoção de um maior rigor nos padrões de descarte de águas residuárias tem motivado a realização de pesquisas, cujo objetivo é reduzir o impacto ambiental, especialmente em efluentes contendo elevados teores de óleos e gordura (O&G). As gorduras contidas nesses efluentes, além de representarem uma perda industrial importante, interferem negativamente nos Sistemas de Tratamento de Efluentes. Elevadas concentrações de lipídeos resultam na formação de lodos com diferentes características físicas e reduzida atividade hidrolítica devido à flotação dessa biomassa, aumento do tempo de retenção hidráulica desses efluentes nas lagoas de estabilização, redução da capacidade de aeradores e elevada demanda de produtos floculantes (Mendes et al., 2005). Nesse sentido, os sistemas biológicos empregados nas plantas de tratamento podem ser aeróbios ou anaeróbios. Nos sistemas aeróbios, a degradação biológica de substâncias orgânicas complexas se dá na presença de oxigênio livre. Nestes processos, parte da matéria orgânica é oxidada a produtos finais para produzir energia para os processos vitais, e outra parte é convertida em novas células. Na ausência de matéria orgânica, as células passam a metabolizar suas reservas internas para obter energia, transformando-se nos produtos finais CO2, H2O e outros (von Sperling, 1997). O tratamento de efluentes através de lodos ativados apresenta-se como boa alternativa para o problema. Esse tratamento baseia-se na degradação da matéria orgânica complexa por uma população heterogênea de microrganismos. As principais vantagens de se utilizar esse tipo de tratamento são os reduzidos requisitos de área, a boa redução da matéria orgânica, a resistência a choques de carga, a flexibilidade operacional e o baixo custo quando comparados com os métodos físico-químicos. Por outro lado, o lodo ativado exige maior consumo de energia elétrica, supervisão contínua, além de apresentar problemas com excesso de lodo (von Sperling, 1997). As elevadas concentrações de lipídios nos efluentes das indústrias de laticínios resultam na formação de uma camada de gordura nas lagoas de tratamento, que impede as transferências de oxigênio dos substratos e dos produtos, prejudicando assim o tratamento biológico aeróbio de degradação da matéria orgânica, podendo levar à morte dos microrganismos. Além disso, altas concentrações de lipídeos podem ocasionar um aumento da quantidade de microrganismos filamentosos, resultando na formação de lodos com diferentes características físicas (diminuição da densidade) e reduzidas atividades hidrolíticas. Este fenômeno pode interferir negativamente nos sistemas de tratamento de efluentes devido à flotação da biomassa, ao aumento do tempo de retenção hidráulica dos efluentes nas lagoas de estabilização, à redução da capacidade de aeradores e à alta demanda de produtos floculantes (Cammarota & Freire, 2006, Valladão et al., 2007). Estes problemas podem ser facilitados por meio de hidrólise enzimática de óleos e gorduras, antes do tratamento aeróbio ou anaeróbio. Para obter maior eficiência no tratamento de efluentes de laticínios através de lodos ativados, enzimas hidrolíticas podem ser utilizadas como catalisadores da biodegradação, atuando como complemento aos tratamentos convencionais. Estas enzimas possuem elevados níveis de atividade hidrolítica sobre ácidos graxos de cadeia média e longa presentes na gordura do leite, hidrolisando as gorduras em glicerol e ácidos graxos simples, facilitando a ação posterior dos microrganismos (Jung et al., 2002; Rosa et al., 2006). No entanto, a aplicação de enzimas comerciais inviabiliza o processo de tratamento, em função dos altos custos apresentados. Neste contexto, a presente pesquisa visou realizar o tratamento aeróbio do efluente simulado de indústria de laticínios, previamente tratado mediante hidrólise enzimática.

Material e métodos

Preparação do Efluente Simulado Preparou-se o efluente simulado com leite em pó desnatado (2,0 g/L), ácido nítrico (19 μL/L), ácido fosfórico (5,9 μL/L), hipoclorito de sódio (0,3 mL/L), lauril alquil sulfato (0,1575 g/L) e gordura. A gordura adicionada ao efluente foi na proporção necessária para se obter uma concentração em torno de 900 mg O&G/L. Foram determinados a demanda química de oxigênio (DQO) e os sólidos suspensos totais (SST) e voláteis (SSV) do efluente preparado. Preparação do efluente pré-tratado O efluente pré-tratado foi preparado mediante hidrólise enzimática com as condições estabelecidas em um estudo anterior (Araujo et al, 2015), para tal ao efluente simulado foi adicionado 7,5 % de extrato bruto (EB) contendo lipase Bacillus sp. preparado por fermentação submersa, a pH 6,0 e logo foi colocado no shaker a100rpm de agitação, temperatura de 40°C, por um período de 10 horas. O efluente pré-tratado foi caracterizado quanto a óleos e gorduras e DQO, SST eSSV Descrição do sistema Experimental O sistema experimental do tratamento aeróbio constou de dois reatores de capacidade de 1L operados em batelada. O sistema de aeração constituído por um aerador de aquário localizado no fundo dos reatores com alimentação de oxigênio a uma vazão média de 1,4 L/min que corresponde a uma concentração de oxigênio dissolvido de aproximadamente 2,6 mg/L. Um dos reatores foi alimentado com efluente sintético (reator controle - RC), o segundo reator foi alimentado com o efluente hidrolisado com o extrato bruto (RH). Os reatores foram preenchidos com 0,35 L de lodo aeróbio e 0,65 L de substrato, também foi adicionado nitrogênio e fósforo, em quantidade suficiente para manter a relação DQO:N:P em 300:5:1. Além disso, foi adicionado 1 ml/L de nutrientes composto por: solução de cloreto férrico (0,25 g FeCl3.6H2O/L), solução de cloreto de cálcio (27,5g CaCl2/L), solução de sulfato de magnésio (22,5 g MgSO4.7H2O /L) e solução tampão de fosfato (8,5 g KH2PO4; 21,75 g K2HPO4; 33,4 g Na2HPO4.7H2O; 1,7 g NH4Cl/L). O lodo ativado utilizado como inoculo foi coletado na Estação de Tratamento de Esgotos de Aracaju e caracterizado quanto ao teor de sólidos totais, fixos e voláteis. O lodo foi submetido à adaptação ao efluente simulado. O efluente foi diluído com esgoto doméstico bruto, sendo a proporção de esgoto na composição do meio gradualmente reduzida até se atingir 100% da alimentação somente com o efluente simulado. Todos os reatores foram operados com um tempo de retenção hidráulica (TRH) de 10 dias, sendo a cada 24 horas trocado 0,1 L de licor misto por novo substrato, e o pH ajustado para 7,0. Monitoramento dos reatores e determinações analíticas Os reatores foram monitorados diariamente quanto ao pH e a temperatura, sendo que duas vezes por semana foram tomadas amostras para a determinação da DQO, sólidos suspenso totais (SST) e sólidos suspenso voláteis (SSV). A DQO foi determinada pelo método colorimétrico padrão de refluxo fechado (APHA,1998).

Resultado e discussão

Periodo de operação dos reatores aeróbios Antes de ser operados os reatores, o efluente simulado com um teor de 900 mg/L de O&G foi pré-tratado por hidrólise enzimática conseguindo reduzir a 455 mg/L o total de O&G. Ambos os efluentes apresentabam uma DQO em torno de 4000 mg/L. De acordo com Nakamura et al. (2005), a capacidade de degradação do sistema de lodos ativados pode ser aumentada se o inóculo for adaptado. Sendo assim, foi realizada a adaptação da biomassa do lodo ativado como especificado na metodologia. Para tal os reatores controle (RC) e com efluente pré-tratado (RH) foram adaptados por um período de 20 dias. Apos o periodo de adaptação foi iniciado o periodo de operação do dois reatores, durante todo o periodo de digestão, ambos os reatores foram monitorados. Diariamente foi medido o pH do licor mixto e ajustado ao pH 7,0, observando-se que o pH para RC oscilou entre 5,6 e 7,8 e para o RH vario entre 5,5 e 6,9, mantendo-se durante a maior parte do tempo dentro da faixa otima (6,5 a 7,5) para atividades biologicas (Metcalf e Eddy, 2003). Para ambos os reatores foi determinado a DQO durante todo o periodo de operação, cujos resultados são mostrados na Figura 1. Pode-se observar que para o reator com pré-tratamento (RH) foi obtida uma maior eficiencia de remoção de DQO 94% comparado ao reator controle com 78% de remoção de DQO, verificando-se que o pré-tratamento favoreceu a boidegradação da matéria orgânica como foi observado por Rosa et al. (2006) tratando águas residuárias com elevado teor de óleos e gorduras, tambem com pré-tratamento enzimático, obtendo maior eficiencia de remoção de DQO que o controle. Na Figura 2(a e b) são mostrados os resultados dos sólidos suspensos totais (SST) e sólidos suspensos voláteis (SSV). Como pode ser observado na Figura 2a o reator RH teve a menor quantidade de SST no final do periodo de operação comparado com o RC. Enquanto que na Figura 2b para os SSV foi observado um comportamento semelhante aos SST. Tambem foi notado que o acúmulo de gordura no lodo do reator hidrolisado foi menor que no controle, indicando que, de fato, a etapa de pré-tratamento enzimático diminui o acúmulo de gordura presente no efluente.

Eficiência de remoção de DQO para o efluente pré- tratado (RH) e efluente sem pré-tratamento (RC)


Sólidos suspensos totais e sólidos suspensos voláteis (mg/L) para o efluente pré-tratado (RH) e efluente sem pré-tratamento (RC)

Conclusões

A partir dos resultados obtidos para o tratamento de efluente com elevado teor de óleos e gorduras percebeu-se a importância da etapa de pré-tratamento enzimático para manutenção da eficiência do sistema, bem como o período de adaptação da biomassa ao efluente simulado. Verificado pela maior eficiencia de remoção de DQO obtida para o efluente com pré-tratamento comparado com o efluente sem pré- tratamento ( controle). O acúmulo de gordura no lodo do biorreator Hidrolisado foi menor que no Controle, indicando que a etapa de pré-hidrólise diminui o acúmulo de gordura no lodo.

Agradecimentos

Referências

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