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Mestrado - Emeline Melchiors

por dirppg-ct publicado 19/11/2019 09h18, última modificação 19/11/2019 09h18
Avaliação do desenvolvimento de biofilme em meio suporte esponjoso em reator biológico de leito móvel (MBBR) no tratamento de efluente de indústria de celulose
Quando
06/12/2019
de 09h00 até 12h00
(America/Sao_Paulo / UTC-200)
Onde
Sede Ecoville: Miniauditório EB-102
Participantes
Profa. Claudia Regina Xavier, Dra. Orientadora - UTFPR
Banca Examinadora:
Profa. Claudia Regina Xavier, Dra. Presidente - UTFPR
Prof. Flávio Bentes Freire, Dr. - UTFPR
Profa. Gladys Vidal, Dra. - UDEC
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Resumo: O Brasil é o segundo maior produtor de celulose do mundo, tornando o setor de árvores plantadas de grande importância para a economia nacional. Porém essas indústrias ocupam o sexto lugar em termos de poluição ambiental, sendo responsáveis por descartar efluentes com alto potencial poluidor se não tratados adequadamente. A maioria das indústrias utilizam tratamentos biológicos. O reator biológico de leito móvel (MBBR) vem ganhando popularidade devido sua estabilidade, tamanho compacto, eficiência na remoção de matéria orgânica, além da baixa produção de lodo. Esse sistema permite o crescimento de biomassa aderida (biofilme) em suportes que, com auxílio da aeração, movimentam-se por todo volume do reator. Nesse estudo foi avaliado o desempenho do meio suporte esponjoso Aquaporousgel (APG), desenvolvido pela empresa japonesa Nisshinbo Chemical Inc., adicionado em MBBR empregado no tratamento de efluente de indústria de celulose. O conjunto MBBR-APG foi construído em escala de bancada com volume útil de 1 L e operado por 240 dias com cargas orgânicas volumétricas (COV) de 0,6 e 1,2 kgDQO m-3 d-1, resultando em tempos de detenção hidráulica (TDH) variando de 1,0 a 2,7 dias. A eficiência do tratamento foi determinada pela remoção de demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), carbono orgânico total (COT), cor, turbidez, compostos fenólicos totais (CFT), compostos específicos derivados de lignina e também foi avaliada a matriz de excitação e emissão de fluorescência (MEEF). O desenvolvimento do biofilme foi avaliado com a quantificação dos sólidos aderidos, obtenção de imagens em microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análises microbiológicas. O MBBR-APG apresentou melhor desempenho na COV 1,2 kgDQO m-3 d-1, com remoções médias de matéria orgânica de 62,7, 48,4 e 55,7% para DBO5, DQO e COT, respectivamente. Mas o tratamento biológico gerou incrementos de outros compostos fluorogênicos. Discute-se a hipótese desse fenômeno ser resultante da ação de microrganismos anaeróbios presentes em microzonas anóxicas formadas no interior do meio suporte esponjoso devido à dificuldade na difusão de oxigênio. As análises em MEV indicaram que o material esponjoso estudado apresenta estrutura funcional superior às tradicionais esponjas de poliuretano, sendo possível observar o desenvolvimento de uma matriz de biofilme composta por resíduos remanescentes do efluente, substâncias poliméricas extracelulares (EPS) e a presença de fungos e bactérias. As análises microbiológicas confirmaram a presença de fungos do gênero Aspergillus e Trichoderma e bactérias Bacillus sp., Serratia sp. e Lysibacillus sp. O trabalho apresentou importantes contribuições sobre o uso de meios suportes esponjosos, biotransformação de compostos em tratamentos biológicos de efluentes de celulose e o desenvolvimento da matriz de biofilme nesses sistemas.

Palavras-chave: Meio suporte esponjoso. Biofilme. Microbiologia. Fluorescência. Microscopia eletrônica de varredura MEV.

 

Biofilm development at a sponge carrier in a moving bed biofilm reactor (MBBR) treating pulp and paper mill effluent

Abstract: Brazil is the second largest pulp producer in the world and, therefore, the tree sector is of great importance to the national economy. However, these industries are in the sixth place in terms of environmental pollution, being responsible for disposing of effluents with high polluting potential if not properly treated. Most pulp mill industries use biological treatments. The moving bed biofilm reactor (MBBR) has been gaining popularity due to its stability, compact size, removal efficiencies and low sludge production. This system allows the growth of attached biomass (biofilm) in supports. The supports, also called carriers, move throughout the reactor volume with the aid of aeration. This study evaluated the performance of the Aquaporousgel (APG), a functional sponge developed by the Japanese company Nisshinbo Chemical Inc., used in a MBBR to treat pulp mill effluent. A MBBR system in laboratory scale with utile volume of 1 L was filled by this innovating sponge carrier to treat effluent from a pulp industry. The MBBR-APG operated continuously for 240 d with organic load rate (OLR) of 0.6 and 1.2 kgDQO m-3 d-1, resulting in hydraulic retention times (HRT) ranging from 1.0 to 2.7 days. The treatment efficiency was determined by removal of chemical oxygen demand (COD), biochemical oxygen demand (BOD5), total organic carbon (TOC), color, turbidity, total phenolic compounds, lignin derivatives, and fluorescence excitation-emission matrix. Biofilm development was evaluated by quantifying adhered solids, scanning electron microscopy (SEM), and microbiological analyses. The MBBR-APG presented better performance at OLR of 1.2 kgDQO m-3 d-1, achieving average organic matter removals of 62.7, 48.4 and 55.7% for BOD5, COD and TOC, respectively. Despite that, the biological treatment generated increments of other fluorogenic compounds. The hypothesis of this phenomenon is the result of the action of anaerobic microorganisms present in anoxic microzones formed in the inner of the sponge carrier due to the difficulty in oxygen diffusion. The SEM analysis indicated that the APG sponge has a functional structure better than the traditional polyurethane sponges. It is possible to observe the development of a biofilm matrix composed extracellular polymeric substances (EPS) and the presence of fungi and bacteria. Microbiological analyses confirmed the presence of fungi genus Aspergillus and Trichoderma, and bacterial genus Bacillus sp., Serratia sp. and Lysibacillus sp. This study presented important contributions on the use of sponge carrier, compounds biotransformation in biological treatments of pulp effluents, and the development of biofilm matrix in these systems.

Keywords: Sponge carrier. Biofilm. Microbiology. Fluorescence. Scanning electron microscopy SEM.

 

Lista de Publicações

MELCHIORS, E.; XAVIER, C. R. Influências do processo de polpação em efluentes de indústrias de celulose e papel. 11º SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE QUALIDADE AMBIENTAL, Porto Alegre, 2018. Anais eletrônicos… Porto Alegre: ABES, 2018.

 

MELCHIORS, E.; XAVIER, C. R.; PEITZ, C.; CAMARGO, K.; VALENDOLF, J.; DUARTE, J. Comportamento de compostos específicos de efluente de celulose em tratamento biológico MBBR. II SIMPÓSIO DE GRADUAÇÃO E PÓS-GRADUAÇÃO DO DAQBI, SIMDAQBI, Curitiba, 2019. Anais eletrônicos. Curitiba: UTFPR, 2019.