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Extração de biomassa aderida ao meio-suporte de um reator de leito móvel com biofilme: agitação mecânica e ultrassom

Publicado em 31/03/2021 às 10:45:16

Resumo

A quantificação de biomassa fixa em reatores de leito móvel com biofilme (MBBRs) é essencial para avaliação e controle do desempenho deles. Entretanto, observa-se que tal quantificação é realizada empregando-se diversas técnicas, o que dificulta comparações entre resultados. No presente trabalho, foram testadas duas das principais técnicas (agitação mecânica e ultrassom) utilizadas para extração de biomassa aderida aos meios-suporte (mídias) de um MBBR sem utilização de agentes químicos. Os desenhos experimentais foram realizados utilizando-se planejamento fatorial completo, e, para tal, foram selecionadas duas variáveis independentes: tempo (T) de exposição de 15 a 60 min; e volume de água destilada utilizado para extração (V) de 100 a 400 mL. O ultrassom mostrou-se superior à agitação mecânica quanto à eficiência no percentual extraído de sólidos suspensos totais (%SST), e embora nenhuma das variáveis (T ou V) tenha contribuído significativamente nas faixas testadas, com base na superfície de respostas, foi conduzido um novo experimento, ampliando a faixa de T de 5 a 90 min. A variável T contribuiu significativamente para o %SST, e o melhor resultado foi obtido com T = 90 min. Recomenda-se o uso de ultrassom, volume de mais fácil manuseio (250 mL) e T = 90 min. Ensaios adicionais são recomendados, tendo em vista a padronização do método.

Introdução

A tecnologia do reator de leito móvel com biofilme (moving bed biofilm reactor — MBBR) foi desenvolvida na década de 1980 na Noruega, com o objetivo de aumentar a eficiência do tratamento de efluentes em plantas convencionais sem que fosse necessário ampliá-las, aumentando-se a densidade populacional microbiana em reatores convencionais por meio da utilização de meios-suporte (mídias), sobre os quais se desenvolve o biofilme (RUSTEN et al., 2006; ANDREOTTOLA et al., 2000; ØDEGAARD, 2006). Dessa forma, os MBBRs podem ser classificados como sistemas do tipo híbrido, uma vez que a biomassa formada por microrganismos está presente tanto na forma suspensa quanto na forma fixa — biofilme (JORDÃO; PESSÔA, 2014) —, podendo ser utilizados tanto para processos aeróbios quanto para processos anóxicos ou anaeróbios (BARWAL; CHAUDHARY, 2014).

Além de fornecer maior área superficial para desenvolvimento de microrganismos, é necessário também que as mídias estejam em constante movimento, o que favorece o contato entre os compostos presentes no meio líquido e o biofilme (ØDEGAARD, 2006). Nos reatores aerados o movimento é promovido pelas bolhas de ar (Figura 1A), e nos reatores anóxicos e anaeróbios, por agitadores mecânicos (Figura 1B).

Uma das principais variáveis para se avaliar o desempenho desse tipo de sistema é o teor de biomassa aderida às mídias. Portanto, sua quantificação é fundamental para o controle do processo. Tal quantificação é realizada por meio da extração do biofilme das mídias que, em seguida, é submetido às análises da série de sólidos por métodos gravimétricos, conforme American Public Health Association, American Water Works Association e Water Environment Federation (APHA, AWWA e WEF, 2017). Várias formas de extração estão disponíveis na literatura, tais como agitação (FERRAI; GUGLIELMI; ANDREOTTOLA, 2010; DI BIASE et al., 2018), ultrassom (NOGUEIRA, 2013; WANG; WEN; QIAN, 2005; OLIVEIRA, 2008), raspagem manual (MAHENDRAN; LISHMAN; LISS, 2012; ZHANG et al., 2013a; ZHANG et al., 2013b; WANG et al., 2018), lavagem (OLIVEIRA, 2008) e agentes químicos (OLIVEIRA, 2008; LEVSTEK; PLAZL, 2009; SHORE et al., 2012; FALÅS et al., 2013; CAO, 2014; BASSIN et al., 2016; ABTAHI et al., 2018; OOI et al., 2018). Porém, não existe ainda na literatura uma metodologia padrão recomendada para a extração da biomassa das mídias, bem como não existe padronização sobre o tamanho do poro das membranas usadas nas análises de sólidos suspensos, o que pode levar a diferentes conclusões sobre o teor de biomassa nesse tipo de reator.

(…)

Autores: Alexandre Silveira Amaro da Silva; Renata Aguiar de Castro; Sheila Barbosa Martins; Rodrigo Derossi Alvim; André Luís de Sá Salomão e Marcia Marques.

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