Avaliação de diferentes diluições para aplicação do processo Anammox na remoção de N-amoniacal de efluente da indústria de fertilizantes
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Miriam Cristina Santos Amaral Moravia
Márcia Helena Rissato Zamariolli Damianovic
Márcia Helena Rissato Zamariolli Damianovic
Resumo
A oxidação anaeróbia de amônio (anammox) é um dos processos biológicos mais
promissores para o tratamento de efluentes ricos em amônio, uma vez que as
bactérias com atividade Anammox oxidam o íon amônio diretamente a nitrogênio
gasoso, usando o nitrito como aceptor final de elétrons. Dessa forma, o oxigênio não
é requerido, proporcionando menor consumo energético e dispensa de fontes
externas de carbono. Nesse sentido, os testes com efluentes domésticos e industriais
são encorajados na literatura. Contudo, o desenvolvimento de pesquisas e a sua
aplicação ao tratamento de efluente da indústria de fertilizantes nitrogenados, assim
como a avaliação das melhores condições operacionais dos reatores com atividade
anammox não tem sido o alvo principal dos estudos. Esta pesquisa avaliou, em escala
laboratorial, o desempenho do processo anammox em reator em batelada sequencial
(RBS) por 403 dias, aplicado ao efluente de uma indústria de fertilizantes
nitrogenados, contendo, aproximadamente 10.000mgNH4
+
/L, testando diferentes
diluições e cargas de nitrogênio aplicada. Nesta pesquisa, a diluição do fertilizante
nitrogenado em efluente anaeróbio doméstico foi realizada como estratégia, para não
inibir o processo, sendo avaliadas 3 diferentes condições: Fase 1 - diluição 1:100,
Fase 2 - diluição 1:50, Fase 3 - diluição 1:16,7 de efluente de fertilizante em efluente
anaeróbio doméstico, respectivamente, com suplementação de nitrito ao reator. Além
dos parâmetros físico-químicos, a comunidade microbiana foi avaliada usando as
técnicas de qPCR em tempo real e o sequenciamento massivo do amplicon 16S rRNA.
As Fases 1 e 2 apresentaram consumo simultâneo de nitrogênio amoniacal e nitrito,
por 101 dias, com elevada eficiência média de remoção de nitrogênio amoniacal
(80,69% - Fase 1) (98,06% - Fase 2) e nitrito (85,50% - Fase 1) (99,41% - Fase 2),
com cargas de nitrogênio aplicadas de até 42,75 g.m³d-1
. Remoção de DQO,
subsidiada pelo consórcio microbiano com bactérias desnitrificantes heterotróficas,
sem prejuízo para a atividade anammox, também foi observada. Na Fase 3 o processo
anammox foi inibido sem indícios de recuperação do desempenho durante o período
avaliado. Nas fases 1 e 2 a abundância das bactérias anammox foi de 3,12x108 e 4,49
x10
8 cópias/ g de lodo do gene RNAr 16S de anammox, respectivamente. Já no SNG
o gênero Ca. Brocadia foi identificado em baixa abundância relativa (0,15%), na fase
1. Esta pesquisa revelou a potencialidade do uso do processo anammox para
efluentes da indústria de fertilizantes nitrogenados em altas diluições (1:100 e 1:50).
A pesquisa também mostrou que a aplicação do processo anammox sob condições
diretas de uso foi inviável para menores diluições (1:16,7). O pré-tratamento deste
efluente, visando a degradação das altas cargas dos compostos nitrogenados e de
outras substâncias com efeito inibitório ao processo, deve ser avaliado como
alternativa conjugada ao processo anammox.
Abstract
Anaerobic Ammonium Oxidation (Anammox) is one of the most promising biological
processes for the treatment of ammonium-rich effluents, as Anammox-active bacteria
oxidize ammonium ions directly to nitrogen gas, using nitrite as the final electron
acceptor. In this way, oxygen is not required, leading to lower energy consumption and
eliminating the need for external carbon sources. In this context, testing with domestic
and industrial effluents is encouraged in the literature. However, the development of
research and its application to the treatment of effluent from nitrogen fertilizer
industries, as well as the evaluation of the best operational conditions for reactors with
Anammox activity, have not been the main focus of studies. This research evaluated,
on a laboratory scale, the performance of the Anammox process in a Sequencing
Batch Reactor (SBR) for 403 days, applied to effluent from a nitrogen fertilizer industry,
containing approximately 10,000 mgNH4
+
.L-1
, testing different dilutions and nitrogen
loading. In this study, dilution of nitrogen fertilizer in domestic anaerobic effluent was
used as a strategy to prevent process inhibition, with three different conditions being
evaluated: Phase 1 - 1:100 dilution, Phase 2 - 1:50 dilution, Phase 3 - 1:16.7 dilution
of fertilizer effluent in domestic anaerobic effluent, respectively, with nitrite
supplementation to the reactor. In addition to the physicochemical parameters, the
microbial community was evaluated using qPCR techniques in real-time and 16S rRNA
amplicon massive sequencing. Phases 1 and 2 showed simultaneous consumption of
ammonium nitrogen and nitrite for 101 days, with high average nitrogen removal
efficiency (80.69% - Phase 1) (98.06% - Phase 2) and nitrite removal (85.50% - Phase
1) (99.41% - Phase 2), with nitrogen loads of up to 42.75 g.m³.d-1
. COD removal,
supported by the microbial consortium with heterotrophic denitrifying bacteria, without
compromising Anammox activity, was also observed. In Phase 3, the Anammox
process was inhibited with no signs of performance recovery during the assessed
period. In Phases 1 and 2, the abundance of Anammox bacteria was 3.12 x 10⁸ and
4.49 x 10⁸ copies/g of sludge of the 16S rRNA gene of Anammox, respectively. In the
SNG, the genus Ca. Brocadia was identified at low relative abundance (0.15%) in
Phase 1. This study revealed the potential of using the Anammox process for effluents
from the nitrogen fertilizer industry at high dilutions (1:100 and 1:50). The study also
showed that applying the Anammox process under direct use conditions was
unfeasible for lower dilutions (1:16.7). Pre-treatment of this effluent, aiming at the
degradation of high loads of nitrogen compounds and other substances with inhibitory
effects on the process, should be considered as an alternative combined with the
Anammox process
Assunto
Engenharia sanitária, Saneamento, Tratamento de efluentes industriais, Oxidação, Amônio
Palavras-chave
Anammox, Nitrogênio amoniacal, Efluente da indústria de fertilizante, Bactérias desnitrificantes, Ca. Brocadia, RBS
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