Biodigestão anaeróbia mesofílica da água residuária de laticínio em sistema conjugado de reator hidrolítico seguido de reator metanogênico

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Alves, Alex Marquiti
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Penicillium citrinum; anaerobic digestion; biodigestão anaeróbia; células íntegras; enzymatic hydrolysis; hidrólise enzimática; whole cells
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-05072023-163638/

Os efeitos da aplicação do pré-tratamento biológico da água residuária (AR) de laticínio com células íntegras do fungo filamentoso Penicillium citrinum, em reatores contínuos de fase ácida, foram investigados objetivando-se a redução do tempo de tratamento anaeróbio convencional, melhora da qualidade efluente e aumento da produção de biogás, em reator contínuo de leito fixo (AnSTBR). Os reatores hidrolíticos (RH) inoculados com diferentes concentrações de células íntegras, associados a diferentes concentrações enzimáticas (7500 e 22500 U), foram operados à temperatura de 37°C e TDH de 12 horas. Os efluentes do processo hidrolítico serviram de substrato para o reator metanogênico. Durante a fase ácida de operação (pré-tratamento), foram alcançadas remoções de DQO inferiores a 20% e bioconversões médias superiores a 90% para gliceróis e carboidratos totais, enquanto que valores médios inferiores a 40% foram obtidos para proteínas totais. Além da presença do fungo Penicillium citrinum como microrganismo inicialmente inoculado nos RHs e por meio da caracterização metagenômica, dada pela amplificação e sequenciamento do gene rRNA 16S, pode-se atribuir a predominância de Streptococcus, microrganismo de maior abundância relativa encontrado na AR bruta, à fase de conversão inicial de lactose em ácido lático, enquanto que a predominância de Clostridium esteve relacionada à fase de produção de ácidos graxos, com maiores abundâncias relativas nos RHs. Na avaliação dos efeitos do pré-tratamento biológico para remoção de DQO e produção de biogás no reator AnSTBR, inoculado com lodo anaeróbio, operado sob temperatura de 37°C, carga orgânica volumétrica (COV) de 6,0-7,0 kgDQO/(m³.dia) e 0,3 gNaHCO3/gDQO, os resultados mostraram redução do tempo total requerido de tratamento de 42 horas (única etapa) para 32 horas, quando o reator hidrolítico (TDH de 12 horas) precedeu o reator metanogênico (TDH de 20 horas). Foi observada a produção estável do biogás, com concentração de metano próximo a 75%, em todas as fases de operação do reator AnSTBR alimentado com AR pré-tratada. O pré-tratamento biológico da AR de laticínio, em RH com 7500 U, mostrou aumento no rendimento de metano calculado de 290 para 338-355 mL CH4/gDQO removida, produção volumétrica de metano de 4900 para 11200-11950 mL e produção volumétrica diária de metano de 1500 para 1810 mL CH4/(L.dia). A alimentação do reator AnSTBR com AR pré-tratada induziu ao aumento da produção de metano pela via hidrogenotrófica, além de provocar mudanças significativas na diversidade bacteriana encontrada, com destaque para Lentimicrobium, com abundância relativa de 16,55%, seguido de Blvii28 wastewater-sludge (10,75%) e Pelotomaculum (10,46%). Para o domínio fungi, ao final da operação do reator AnSTBR com AR pré-tratada, foi identificado a predominância de Penicillium, anteriormente não encontrado pelo sequenciamento do gene ITS1 e ITS2. Tais efeitos evidenciam o potencial do pré-tratamento da AR com células íntegras do fungo filamentoso Penicillium citrinum, associando-a aos benefícios biodigestão anaeróbia, como unidade principal do tratamento de efluentes.