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http://hdl.handle.net/1843/45101
Type: | Tese |
Title: | Tratamento anaeróbio de drenagem de mina : estratégias de operação em batelada utilizando os subprodutos glicerol bruto e trub como fontes de carbono |
Other Titles: | Anaerobic treatment of mine drainage : strategies for batch operation using by-products crude glycerol and trub as carbon sources |
Authors: | Bárbara Franco Vieira |
First Advisor: | Gustavo Ferreira Simões |
First Co-advisor: | Eduardo Coutinho de Paula |
metadata.dc.contributor.advisor-co2: | Renata Piacentini Rodriguez |
First Referee: | Marcos Von Sperling |
Second Referee: | Maria Clara Vieira Martins Starling |
Third Referee: | Marcelo Zaiat |
metadata.dc.contributor.referee4: | Marcia Helena Rissato Zamariolli Damianovic |
Abstract: | A drenagem de mina (DM) é um efluente rico em sulfato, metais e metaloides que pode comprometer a vida aquática nos corpos receptores. Esforços têm sido tomados na busca de tornar o tratamento biológico de DM mais sustentável, utilizando subprodutos industriais como fonte de carbono. Esta pesquisa utilizou DM real em reatores em bateladas sequenciais com tempo de detenção hidráulica de 168 h e atmosfera micro-aeróbia para avaliar a eficiência dos seguintes doadores de elétrons: trub, resíduo de cervejaria e glicerol bruto (GB), subproduto da produção de biodiesel. A avaliação foi realizada em conjunto com os doadores de elétrons etanol e glicerol puro (GP) como parâmetros positivos. Nesta etapa, foi aplicado um procedimento de adaptação no qual o inóculo foi exposto a concentrações gradativamente maiores de substrato em cada batelada até atingir a relação DQO/SO42- de 3 ao final de 4 meses. Concluiu-se que não houve diferença de eficiência na remoção de sulfato entre os 4 tipos de substratos (89,1-92,3%), mas houve acidificação nos efluentes do tratamento com GP, GB e trub (pH abaixo de 4,9), enquanto com etanol o pH foi de 6. As biomassas obtidas ao final desse procedimento com cada substrato foram comparadas por sequenciamento de alto rendimento entre si, com o inóculo em que foi adicionado apenas DM sem adição de fonte de carbono e com o inóculo inicial. Os resultados mostraram que no sistema em que foi aplicada apenas DM houve aumento na abundância relativa de bactérias redutoras de sulfato (BRS) e Archaeas, enquanto houve diminuição na abundância de bactérias oxidantes de enxofre (BOE). Houve diminuição na abundância de Archaeas com GP, GB e, principalmente, com trub. Com estes substratos os grupos BRS e BOE também foram desfavorecidos. Com etanol houve favorecimento das BRS, porém as BOE e Archaeas também foram favorecidas. Uma segunda etapa foi desenvolvida utilizando-se inóculo armazenado na presença de DM por 30 dias. Foi aplicado o fornecimento fracionado da fonte de carbono (FFFC), no qual a quantidade de substrato referente à relação DQO/SO42- de 3 foi dividida em porções iguais adicionadas a cada 24 h. O GB foi fracionado em 6 porções e o efluente obtido ao final de 144 h de batelada apresentou pH neutro (6,83), atingindo 94,15% de remoção de sulfato. A adição de trub em 6 porções foi insuficiente para evitar a acidificação do sistema (pH 4,26), interrompendo a remoção de sulfato em 39,65%. Quando a mesma quantidade de trub foi aplicada em menores porções ao longo de 7 dias, foi obtido um efluente final com pH de 7,01 e a remoção de sulfato foi de 88,49%. Foram testadas duas opções de pós-tratamento para destinação da DQO residual encontrada no efluente da etapa sulfetogênica. O potencial para geração de metano foi comprovado para os efluentes do tratamento com trub e com GB. O acúmulo de moléculas de valor agregado também foi averiguado, constatando-se potencial de produção, principalmente, dos ácidos acético, propiônico, isobutírico e butírico no sistema com trub, e de ácido fórmico, acético, propiônico e butírico no sistema com GB. Ambos os subprodutos avaliados se mostraram promissores para um co-tratamento com DM mediante o modo operacional com FFFC proposto nesta pesquisa, com possibilidade de obtenção de moléculas de valor agregado produzidas pelo sistema anaeróbio de degradação das fontes de carbono. |
Abstract: | Mine drainage (MD) is an effluent rich in sulfate, metals, and metalloids that can compromise aquatic life in the receiving water bodies. Efforts have been made to make the biological treatment of MD more sustainable, using industrial by-products as a carbon source. This research used real DM in reactors in sequential batches with hydraulic detention time of 168 h and micro-aerobic atmosphere to evaluate the efficiency of the following electron donors: trub, brewery residue, and crude glycerol (GB), a by-product of biodiesel production. The evaluation was performed with ethanol and pure glycerol (PG) as positive electron donors parameters. In this step, an adaptation procedure was applied in which the inoculum was exposed to gradually higher concentrations of the substrate in each batch until reaching the COD/SO42- ratio of 3 at the end of 4 months. It was concluded that there was no difference in the efficiency in the removal of sulfate between the 4 types of substrates (89.1-92.3%), but there was acidification in the effluents of the treatment with PG, CG and trub (below 4.9) while with ethanol the effluent pH was 6. The biomass obtained at the end of this procedure with each substrate was compared by high-throughput sequencing with each other, with the sludge where only MD was added without adding a carbon source and also with the inoculum initial. The results showed that in the system where only MD was applied there was an increase in the relative abundance of sulfate-reducing bacteria (SRB) and Archaeas, while there was a decrease in the abundance of sulfur oxidizing bacteria (SOB). There was a decrease in the abundance of Archaeas with PG, CG, and mainly with trub. With these substrates, the SRB and SOB groups were also disadvantaged. With ethanol SRB were favored, but SOB and Archaeas were also favored. A second stage was developed using an inoculum which was stored with MD for 30 days. The fractional supply of carbon source (FSCS) was applied, where the amount of substrate referring to the COD/SO42- ratio of 3 was divided into equal portions added every 24 h. The GB was divided into 6 portions and the effluent obtained after 144 h of batching showed a neutral pH (6.83), reaching 94.15% of sulfate removal. The addition of trub in 6 portions was insufficient to avoid acidification of the system (effluent pH 4.26), interrupting the removal of sulfate in 39.65%. When the same amount of trub was applied in smaller portions over 7 days, a final effluent with a pH of 7.01 was obtained and the removal of sulfate was 88.49%. Two post-treatment options for the the destination of the residual COD in the effluent of the sulfidogenic phase were tested. The potential for methane generation was proven for the effluents from treatment with trub and CG, being greater for the former. The accumulation of added-value molecules was also investigated. The potential to produce mainly acetic, propionic, isobutyric, and butyric acids was confirmed in the trub system, and formic, acetic, propionic, and butyric acids in the CG system. Both evaluated by-products showed promise for a co-treatment with MD through the operational mode with FSCS proposed in this research, with the possibility of obtaining added value molecules produced by the anaerobic system of degradation of carbon sources. |
Subject: | Engenharia sanitária Meio ambiente Minas - Drenagem Biorremediação Glicerina Sulfatos |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos |
Rights: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/45101 |
Issue Date: | 30-Oct-2020 |
Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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