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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2022.tde-27042022-162945
Documento
Autor
Nome completo
Eduardo Lordelo Volpato
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2022
Orientador
Banca examinadora
Silva, Maria Bernadete Amancio Varesche (Presidente)
Motteran, Fabricio
Pires, Lorena de Oliveira
Título em português
Remoção de nonilfenol etoxilado em reator anaeróbio de leito granular expandido em codigestão de esgoto doméstico e glicerol
Palavras-chave em português
Methanosaeta
Synergistaceae
codigestão de glicerol
reator EGSB
remoção anaeróbia de compostos fenólicos
surfactantes não-iônicos
Resumo em português
Surfactantes são compostos orgânicos tóxicos, com propriedades de quebra da tensão superficial da água, fazem parte de diversos produtos de higiene pessoal e limpeza. O Nonilfenol etoxilado (NFEO) é um surfactante não-iônico, utilizado principalmente para síntese de produtos de limpeza, tintas e pesticidas. Seus impactos no ambiente e à saúde, estão ligadas aos subprodutos formados durante sua degradação, sendo a desregulação endócrina o principal impacto. Reator EGSB (reator anaeróbio de leito granular expandido) foi aplicado para a remoção deste surfactante. A digestão anaeróbia pode ser favorecida com utilização de cossubstratos, processo esse conhecido como codigestão. O glicerol é um resíduo da produção de biodiesel e pode ser utilizado como cossubstrato na digestão anaeróbia. Desta forma, o objetivo desta pesquisa foi avaliar a remoção de NFEO em reator EGSB em codigestão de esgoto doméstico e glicerol. Para tanto, foi usado reator EGSB com volume útil de 62,0 L, vazão de operação de 1,55 L h-1 e TDH de 40 ± 5h. O reator foi inoculado com lodo proveniente de reator UASB usado no tratamento de água residuária de abatedouro de aves (Pereiras, SP) e operado em condição mesofílica. Foi avaliada a influência do aumento de carga de glicerol na remoção do NFEO. Além das análises físico-químicas rotineiras de monitoramento, como matéria orgânica, sólidos suspensos totais e sólidos suspensos voláteis, pH, alcalinidade, biogás, ácidos orgânicos, LAS e NFEO, também foi caracterizada a comunidade microbiana (Domínios Archaea e Bacteria) do reator em diferentes fases de operação, utilizando as técnicas de biologia molecular (Sequenciamento do gene RNAr 16S). A operação do reator foi dividida em seis fases: Fase I - alimentação com esgoto doméstico (ED) e substrato sintético (SS); Fase II - alimentação com ED, SS e 5 mg L-1 de NFEO; Fase III - alimentação com ED, SS e 10 mg L-1 de NFEO; Fase IV - alimentação com ED, SS e 20 mg L-1 de NFEO; Fase V - alimentação com ED, SS, 20 mg L-1 de NFEO e 0,5 g L-1 de glicerol; Fase VI - alimentação com ED, SS, 20 mg L-1 de NFEO e 1,4 g L-1 de glicerol. A maior remoção de matéria orgânica (M.O.) e NFEO ocorreram nas Fases V e VI, com glicerol. A remoção de M.O. foi de 94,4% e 96,6% para as Fases V e VI respectivamente, para 1.259,6 ± 50 e 2.952,5 ± 50 mg DQO L-1 afluente; sendo aumento significativo em relação as fases anteriores de ~92% para 684,7 ± 89,5 a 752,1 ± 61,1 mg DQO L-1 afluente. A remoção de NFEO foi maior a partir da adição de glicerol, sendo de 92,2% e 94,0% para as Fases V e VI, respectivamente para concentração efluente de 1,78 ± 0,14 e 1,33 ± 0,06 mg NFEO L-1. A maior produção de metano também foi observada nas Fases V e VI respectivamente de 432 ± 3,4 mL h-1 e 793 ± 7,9 mL h-1 para 5,2 ± 0,06 e 1,4 ± 0,06 mg L-1 de glicerol, respectivamente. A remoção do glicerol observada foi >99%, nas fases comadição de glicerol. Durante todas as fases de operação observou-se pH entre 7,7 a 7,9. Diminuição da alcalinidade foi observada com o aumento do NFEO de 559,2 ± 73,8 mg de CaCO3 L-1 (Fase I) para 464,1 ± 22,7 mg de CaCO3 L-1 (Fase IV) e, com a adição de glicerol, aumentou de 464,1 ± 22,7 mg de CaCO3 L-1 (Fase IV) para 582 ± 30,4 mg de CaCO3 L-1 (Fase VI). As maiores concentrações de ácidos voláteis totais foram observadas nas Fases V e VI (49,2 ± 8,6 e 59,1 ± 7,95 mg de Hac L-1, respectivamente). Os gêneros mais abundantes identificados na Fase V foram Anaeromusa-Anaeroarcus, Lactivibrio e Synergistaceae, para o Domínio Bacteria, e Methanosaeta, Methanospirillum e Methanobacterium, para o Domínio Archaea. O uso do glicerol em codigestão com esgoto doméstico é alternativa para promover a remoção de NFEO e M.O., além de potencializar a produção de metano em reator EGSB.
Título em inglês
Removal of ethoxylated nonylphenol in an anaerobic expanded granular bed reactor in domestic sewage and glycerol co-digestion
Palavras-chave em inglês
Methanosaeta
Synergistaceae
anaerobic removal of phenolic compounds
EGSB reactor
glycerol codigestion
non-ionic surfactants
Resumo em inglês
Surfactants are toxic organic compounds, with water surface tension breaking properties, they are part of several personal hygiene and cleaning products. Nonylphenol ethoxylated (NPEO) is a non-ionic surfactant, mainly used for the synthesis of cleaning products, paints and pesticides. Its impacts on the environment and health are linked to the by-products formed during its degradation, with endocrine disruption being the main impact. EGSB reactor (anaerobic expanded granular bed reactor) was applied for the removal of this surfactant. Anaerobic digestion can be favored with the use of co-substrates, a process known as co-digestion. Glycerol is a residue from biodiesel production and can be used as a co-substrate in anaerobic digestion. Thus, the objective of this research was to evaluate the removal of NPEO in EGSB reactor in co-digestion of domestic sewage and glycerol. For this purpose, an EGSB reactor with a useful volume of 62.0 L, an operating flow of 1.55 L h-1 and a HRT of 40 ± 5h was used. The reactor was inoculated with sludge from a UASB reactor used in the treatment of wastewater from a poultry slaughterhouse (Pereiras, SP) and operated in a mesophilic condition. The influence of increased glycerol load on NPEO removal was evaluated. In addition to the routine physical-chemical analysis of monitoring, such as organic matter, total suspended solids and volatile suspended solids, pH, alkalinity, biogas, organic acids, LAS and NPEO, the microbial community (Archaea and Bacteria Domains) of the reactors in different phases of operation, using molecular biology techniques (16S rRNA gene sequencing). The reactor operation was divided into six operating phases: Phase I - feeding with domestic sewage (ED) and synthetic substrate (SS); Phase II - feeding with ED, SS and 5 mg L-1 of NPEO; Phase III - feeding with ED, SS and 10 mg L-1 of NPEO; Phase IV - feeding with ED, SS and 20 mg L-1 of NPEO; Phase V - feeding with ED, SS, 20 mg L-1 of NPEO and 0.5 g L-1 of glycerol; Phase VI - feeding with ED, SS, 20 mg L-1 of NPEO and 1.4 g L-1 of glycerol. The greatest removals of organic matter (M.O.) and NPEO occurred in Phases V and VI, with glycerol. Removal of M.O. it was 94.4% and 96.6% for Phases V and VI respectively, for 1,259.6 ± 50 and 2,952.5 ± 50 mg COD L-1 ; with a significant increase in relation to the previous phases from ~92% to 684.7 ± 89.5 to 752.1 ± 61.1 mg COD L-1. The removal of NPEO was greater from the addition of glycerol, 92.2% and 94.0% for Phases V and VI, respectively for effluent concentration of 1.78 ± 0.14 and 1.33 ± 0, respectively. 06 mg NPEO L-1. The highest methane production was also observed in Phases V and VI, respectively, 432 ± 3.4 mL h-1 and 793 ± 7.9 mL h-1 for glycerol concentrations of 5.2 ± 0.06 and 1.4 ± 0.06 mg L-1, respectively. In the phases with the addition of glycerol, >99% removal was observed. The pH remained stable during all phases of operation (7.7 to 7.9). Alkalinity decreased with increasing NPEO from 559.2 ± 73.8 mg of CaCO3 L-1 (Phase I) to 464.1 ± 22.7 mg of CaCO3 L-1 (Phase IV) and, with the addition of glycerol increased from 464.1 ± 22.7 mg of CaCO3 L-1 (Phase IV) to 582 ± 30.4 mg of CaCO3 L-1 (Phase VI). The highest concentrations of total volatile acids were in Phases V and VI (49.2 ± 8.6 and 59.1 ± 7.95 mg of Hac L-1, respectively). The most abundant genera of organisms identified in Phase V were Anaeromusa-Anaeroarcus, Lactivibrio and Synergistaceae, for the Bacteria Domain, and Methanosaeta, Methanospirillum and Methanobacterium, for the Archaea Domain. The use of glycerol in co-digestion with domestic sewage is an alternative to promote the removal of NPEO and M.O., in addition to increase the production of methane in an EGSB reactor.
 
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Data de Publicação
2022-05-03
 
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