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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2012.tde-30082012-111908
Documento
Autor
Nome completo
Dagoberto Yukio Okada
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2012
Orientador
Banca examinadora
Silva, Maria Bernadete Amancio Varesche (Presidente)
Aquino, Sérgio Francisco de
Foresti, Eugenio
Sakamoto, Isabel Kimiko
Santos, Adriana Lopes dos
Título em português
Degradação de surfactante aniônico em reator UASB com água residuária de lavanderia
Palavras-chave em português
DGGE
FISH
LAS
pirosequenciamento
RNAr 16S
TDH
Resumo em português
Alquilbenzeno linear sulfonado (LAS) é um surfactante presente em água residuária de lavanderia. Em virtude da complexidade de sua degradação, o presente estudo envolveu a análise de alguns fatores, destacando-se: diversidade de co-substratos; tempo de detenção hidráulico (TDH); e concentração de co-substratos. Avaliou-se a degradação de LAS com diferentes co-substratos (metanol, etanol e extrato de levedura) em reator UASB, em TDH de 24 h e 14±2 mg/L de LAS. A influência de TDH e concentração de co-substratos foram analisadas em sete reatores UASB, com 12±3 mg/L de LAS; TDH de 6, 35 e 80 h, e diferentes concentrações de co-substratos (etanol, metanol e extrato de levedura), expressada pela carga orgânica específica (COE), entre 0,03 e 0,18 gDQO/gSTV.d. Ao final, avaliou-se a degradação de LAS em água residuária de lavanderia diluída, nessa mesma configuração de reator com TDH de 35 h e 10±5 mg/L de LAS. Em todos os ensaios foi utilizado inóculo granulado proveniente de reator UASB empregado no tratamento de água residuária de abatedouro de aves, mantendo-se intacta a forma granulada. No ensaio variando co-substratos, observou-se maior remoção de LAS (50%) na presença de co-substrato complexo (extrato de levedura) que na presença de metanol e etanol (29-41%). Diferença pouco significativa entre as comunidades do domínio Archaea e Bacteria (cerca de 60 e 40%, respectivamente) foi observada na presença de diferentes co-substratos, mediante análise de hibridação fluorescente in situ (fluorescent in situ hybridization FISH). Verificou-se maior influência da concentração de co-substratos na degradação de LAS, seguida pelo TDH. Aplicando a menor COE (0,03 gDQO/gSTV.d), obteve-se alta degradação de LAS (76%), enquanto nos reatores variando TDH foram observadas eficiências de 18% (6 h), 37-53% (35 h) e 55% (80 h). Nos reatores variando TDH e concentração de co-substratos, observou-se significativa remoção de LAS no separador de fases (20-53%; na manta de lodo observou-se 13-43%), relacionada à baixa concentração de co-substratos e condição anaeróbia facultativa nessa região. Por meio da técnica de PCR-DGGE (polymerase chain reaction denaturing gradient gel electrophoresis) nas amostras do ensaio variando TDH e concentração de co-substratos, verificou-se maior coeficiente de similaridade na manta de lodo (Archaea: 70-90%; Bacteria: 69-83%), devido à estrutura de grânulo do inóculo utilizado. Verificou-se alta degradação de LAS (82%) no reator com água de lavanderia, atribuída à diversidade de co-substratos (12 ácidos orgânicos voláteis detectados) e à concentração baixa desses co-substratos (COE: 0,03 gDQO/gSTV.d). Mediante análise de pirosequenciamento da região do RNAr 16S de amostras do ensaio com água residuária de lavanderia foram encontrados 147 gêneros, dos quais 32 foram relacionados com a degradação de LAS (gêneros capazes de degradar compostos aromáticos, dessulfonação, e -oxidação). Observou-se significativa abundância relativa (>1%) dos seguintes gêneros relacionados com a degradação de LAS: Comamonas, Dechloromonas, Desulfovibrio, Gemmatimonas, Holophoga, Parvibaculum, Pseudomonas, Rhodanobacter, Sporomusa, Synergistes e Zoogloea. No separador de fases do reator com água de lavanderia, a alta remoção de LAS (90%) e a abundância relativa dos gêneros aeróbios (23%) e anaeróbios (6%) relacionados com a degradação de LAS corroboraram a relação entre remoção de LAS e condição anaeróbia facultativa
Título em inglês
Degradation of anionic surfactant in UASB reactor with laundry wastewater
Palavras-chave em inglês
16S RNAr
DGGE
FISH
HRT
LAS
pyrosequencing
Resumo em inglês
Linear alkylbenzene sulfonate (LAS) is a surfactant present in laundry wastewater. Due to the complexity of its degradation, the present study involved the analysis of some features, highlighting: co-substrates diversity; hydraulic retention time (HRT); and co-substrates concentration. The LAS degradation with different co-substrates (methanol, ethanol and yeast extract) was evaluated in UASB reactor, at HRT of 24 h and LAS 14±2 mg/L. The influence of HRT and concentration of co-substrates was analyzed in seven UASB reactors, with LAS 12±3 mg/L; the HRT was 6, 35 and 80 h, and different concentration of co-substrates (methanol, ethanol and yeast extract), as specific organic load rate (SOLR) between 0.03 and 0.18 gCOD/gTVS.d. At the end, the LAS degradation was performed in UASB reactor fed with diluted laundry wastewater, at HRT of 35 h and LAS 10±5 mg/L. In all assays was used a granular inoculum from a UASB reactor employed in treatment of wastewater from poultry slaughterhouse, maintaining the granular form. In the assay varying the co-substrates, it was observed greater LAS removal (50%) in the presence of complex co-substrate (yeast extract) than in the presence of methanol and ethanol (removal: 29-41%). Insignificant difference between the communities from Archaea and Bacteria domain (about 60 and 40%, respectively) was observed in the presence of different co-substrates, according to the fluorescent in situ hybridization (FISH) analysis. It was verified greater influence of cosubstrates concentration than the HRT in the LAS degradation. At the lowest SOLR (0.03 gCOD/gTVS.d), high LAS degradation (76%) was obtained while in the reactors varying the HRT were observed efficiencies of 18% (6 h), 37-53% (35 h) and 55% (80 h). In the reactors varying the HRT and concentration of co-substrates, a significant LAS removal rate (20-53%; in the sludge blanket the rate was 13-43%) was observed in the phase separator, related to the low concentration of co-substrates and the anaerobic facultative condition in this region. By the PCR-DGGE (polymerase chain reaction denaturing gradient gel electrophoresis) technique of samples from the assay varying the HRT and concentration of co-substrates, it was verified great similarity coefficient in the sludge blanket (Archaea: 70-90%; Bacteria: 69- 83%) due to the granule structure of the inoculum used. High LAS degradation (82%) was verified in the reactor with laundry wastewater, which was attributed to the diversity of cosubstrates (12 organic volatile acids detected) and the low concentration of co-substrates (SOLR: 0.03 gCOD/gTVS.d). By pyrosequencing analysis of 16S RNAr genes in the samples from assay with laundry wastewater, it was found 147 genus, which 32 were related to the LAS degradation (genus able to degrade aromatic compounds, desulfonation, and - oxidation). A significant relative abundance (>1%) was observed in the following genus related to the degradation of LAS: Comamonas, Dechloromonas, Desulfovibrio, Gemmatimonas, Holophoga, Parvibaculum, Pseudomonas, Rhodanobacter, Sporomusa, Synergistes and Zoogloea. In the phases separator of the reactor with laundry wastewater, the high LAS removal (90%) and the relative abundance of genus aerobic (23%) and anaerobic (6%) related to the degradation of LAS corroborated the relation between LAS removal and the anaerobic facultative condition
 
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Data de Publicação
2013-03-14
 
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  • Okada, D.Y., et al. Influence of co-substrates in the anaerobic degradation of an anionic surfactant. Brazilian Journal of Chemical Engineering , 2013, vol. 30, p. 499-506.
  • Okada, D.Y., et al. Optimization of linear alkylbenzene sulfonate (LAS) degradation in UASB reactors by varying bioavailability of LAS, hydraulic retention time and specific organic load rate. Bioresource Technology, 2013, vol. 128, p. 125-133.
  • OKADA, DAGOBERTO Y., et al. Influence of volatile fatty acid concentration stability on anaerobic degradation of linear alkylbenzene sulfonate [doi:10.1016/j.jenvman.2013.05.011]. Journal of Environmental Management [online], 2013, vol. 128, p. 169-172.
  • Esteves, A. dos S., Okada, D Y, e Varesche, M. B. Remoção física e biológica de alquilbenzeno linear sulfonado (LAS) em reator UASB. In 18o. Simpósio Internacional de Iniciação Científica, São Paulo - SP, 2010. 18o. Simpósio Internacional de Iniciação Científica., 2010. Resumo.
  • Okada, D Y, et al. Characterization of the microbial community from two UASB reactors treating laundry wastewater using 454 pyrosequencing. In 13 World Congress on Anaerobic Digestion - Recovering (bio) Resources for the World, Santiago de Compostela, 2013. Proceedings of 13th World Congress on Anaerobic Digestion., 2013.
  • Okada, D Y, et al. Effects of biomass concentration and hydraulic retention time in anaerobic degradation of LAS. In X Latin American Workshop and Symposium on Anaerobic Digestion, Ouro Preto - MG, 2011. X DAAL., 2011.
  • Okada, D Y, et al. Influence of specific surfactant load rate in anaerobic degradation of linear alkylbenzene sulphonate. In Water & Industry, Valladolid, 2011. The Scientific Committee of the IWA Specialist Conference Water & Industry 2011., 2011.
  • Okada, Dagoberto Yukio, et al. Anionic surfactant degradation in UASB and EGSB reactors. In X Latin American Workshop and Symposium on Anaerobic Digestion, Ouro Preto - MG, 2011. X DAAL., 2011.
  • Okada, Dagoberto Yukio, et al. Influence of anaerobic process stability and diversity of co-substrates in degradation of linear alkylbenzene sulphonate. In 12th World Congress on Anaerobic Digestion, Guadalajara, Jalisco, 2010. 12th World Congress on Anaerobic Digestion., 2010.
  • Esteves, A. dos S., et al. Avaliação da eficiencia do reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) na degradação de alquilbenzeno linear sulfonado. In 8a. Jornada Científica e Tecnológica UFSCar, São Carlos, 2009. 8a. Jornada Científica e Tecnológica UFSCar., 2009. Resumo.
  • Esteves, A. dos S., et al. Avaliação da eficiência do reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) na degradação de alquilbenzeno linear sulfonado. In XVII Congresso de Iniciação Científica - 8a. Jornada Científica e Tecnológica da UFSCar, São Carlos - SP, 2009. 8a. Jornada Científica e Tecnológica da UFSCar., 2009. Resumo.
  • Okada, D Y, et al. Degradação de alquilbenzeno linear sulfonado em reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente. In AUGM Ambiente 2009, São Carlos, 2009. VI Congresso de Meio Ambiente da AUGM., 2009.
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