Interações autotróficas e heterotróficas para remoção simultânea de nitrogênio, carbono e enxofre: avaliação da comunidade microbiana e aplicação tecnológica em reator de leito estruturado em único estágio

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Giordani, Alessandra
• 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: Aeração intermitente; Autotrophic and heterotrophic interactions; Carbono (Remoção); Denitrification; Desnitrificação; Enxofre (Remoção); Intermittent aeration; Nitrificação; Nitrification; Nitrogen and sulfur; Nitrogênio (Remoção); SBRR; Simultaneous removal of carbon
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3147/tde-26032026-073918/

O descarte inadequado de águas residuárias contaminadas com compostos de carbono, amônia e sulfato, como diversos efluentes industriais, pode acarretar danos ao meio ambiente e à saúde pública. O tratamento destes poluentes é complexo, e compreender os mecanismos e interações biológicas que envolvem a remoção simultânea destes três poluentes em altas concentrações de nitrogênio é imprescindível para avanços tecnológicos na área. Portanto, este projeto visa estudar a viabilidade do processo de remoção simultânea de carbono, nitrogênio e enxofre em água residuária sintética, empregando uma configuração inovadora de reator de leito estruturado. Para isto, em um primeiro momento (ETAPA 1), avaliou-se a influência do acetato como fonte de carbono externo em diferentes proporções estequiométricas na desnitrificação mixotrófica em ensaios em batelada contendo tiossulfato e nitrito. Uma relação nitrito/tiossulfato de 2,67 foi empregada e, variaram-se as bateladas em condições sem adição de acetato até uma relação nitrito/acetato de 10,28, para uma concentração de nitrito em torno de 500 mg.L-1. Já na ETAPA 2, operou-se um reator de leito estruturado com recirculação em zonas (SBRZR), em único estágio, com 3 zonas (anaeróbia/anóxica/aeróbio) utilizando água residuária sintética com alteração da concentração de nitrogênio amoniacal de 150 para 250 mg.L-1 (Fases 1 e 2, respectivamente), adição de sulfato (Fase 3), aeração contínua para intermitente (Fase 4), ciclo de aeração e vazões de aeração (Fase 5) e relação carbono/nitrogênio (Fase 6). A ETAPA 1, contendo tiossulfato em proporção estequiométrica ao nitrito dosado, demonstrou que as variações nas proporções de acetato empregadas modificaram as vias preferenciais de desnitrificação: o acetato em proporções acima da estequiométrica favoreceu a via de desnitrificação heterotrófica, enquanto que, para proporções inferiores à estequiométrica, a desnitrificação mixotrófica foi mais atuante. Apesar do efeito tóxico do nitrito nas concentrações estudadas, todos os reatores foram capazes de se adaptar e remover nitrito com eficiências variando de 73% a 99%. Na ETAPA 2, a utilização da aeração intermitente, ciclo de aeração de 2,5 horas não aerado e 0,5 horas aerado, vazão de aeração de 9 L.min-1 e relação DQO/nitrogênio de 4 (Fase 6) permitiu atingir a máxima eficiência média de nitrificação de 67% e remoção de nitrogênio total de 62%. O reator foi capaz de remover uma alta carga de nitrogênio amoniacal em todas as fases estudadas, 32,4 mgN.L.-1d-1 (Fase 1), 25,4 mgN.L.-1d-1 (Fase 2), 21,7 mgN.L.-1d-1 (Fase 3) 33,7 mgN.L.-1d-1 (Fase 4), 59,9 mgN.L.-1d-1 (Fase 5) e 55,0 mgN.L.-1d-1 (Fase 6). O uso da aeração intermitente (Fases 4 a 6) favoreceu a nitrificação e desnitrificação simultâneas e promoveu melhorias na performance do sistema. A zona 1 foi capaz de remover simultaneamente os compostos de carbono, nitrogênio e enxofre e, foi responsável pela maior parcela da remoção de nitrogênio total observada no sistema. As bactérias nitrificantes predominaram nas zonas 2 e 3, enquanto as desnitrificantes estiveram mais abundantes na zona 1. A alta concentração de amônia livre, decorrente da elevação de pH na zona 1, limitou a nitrificação nas zonas 2 e 3 e, consequentemente a performance global do sistema. Interações sintróficas entre nitrificantes, desnitrificantes, anammox e bactérias redutoras de sulfato evidenciaram a complexidade da comunidade microbiana atuante no reator. Os resultados obtidos trazem diversos avanços na área e demonstram o potencial desta configuração de reator para o tratamento de águas residuárias.