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Tipo do documento: Tese
Título: Solubilização de material carbonáceo e nutrientes de lodo aeróbio através do pré-tratamento químico
Autor: Sousa, Tales Abreu Tavares de
Primeiro orientador: Lopes, Wilton Silva
Primeiro membro da banca: Castilhos Junior, Armando Borges de
Segundo membro da banca: Athayde Junior, Gilson Barbosa
Terceiro membro da banca: Brito, André Luiz Fiquene de
Quarto membro da banca: Leite, Valderi Duarte
Quinto membro da banca: Ceballos, Beatriz Susana Ovruski de
Resumo: A solubilização química é uma tecnologia de tratamento de lodo, sem ação física, que reúne variadas técnicas que tem em comum a adição de uma espécie, orgânica ou inorgânica, capaz de degradar os agregados microbianos, estruturados e protegidos pelas substâncias poliméricas extracelulares (SPE), através da despolimerização. Essa ação implica diretamente no rompimento da estrutura polimérica provocando a lise celular. O que reduz a massa intraflocular e aumenta a fração dos produtos microbianos solubilizados no meio. Nesta pesquisa foram investigadas três diferentes estratégias de solubilização química: 1) ácida e alcalina, utilizando NaOH e HCl no ajustar o pH para 2, 10, 11 e 12 unidades, e neutralizado após o processo de solubilização; 2) enzimática, que consistiu na utilização de enzimas hidrolíticas, tais como protease e lipase; e 3) solubilização através de resina de troca catiônica do tipo Dowex® Marathon™ C na forma sódica (Na+ ), uma técnica que visa desestruturar as substâncias poliméricas alterando suas cargas elétricas, o que perturba a capacidade de atração e repulsão dos constituintes do meio. Para as três estratégias foram investigados seus efeitos no lodo, influência das concentrações das espécies químicas, pH, limitação da atividade, tempo de reação e a concentração dos sólidos. Cada técnica possui fatores bem particulares, como aumento da salinidade, suas propriedades puramente biológicas, a ruptura flocular por protonação e/ou desprotonação. Assim, o processo de despolimerização foi confirmado utilizando parâmetros físico-químicos como COD, DQO, fósforo, NTK, sólidos totais (ST), proteínas e carboidratos. A liberação dos produtos microbianos na fração solúvel também foi confirmada pelos testes biológicos que também obtiveram aumento significativo. Entre todos esses parâmetros adotados, os ensaios de DQO associados à respirometria, bem como as análises de proteínas e carboidratos são os que melhor viabilizam uma comparação entre os métodos. Porém, é importante constar que a investigação quanto as concentrações de ST (5 mg.L^-1, 10 mg.L^-1, 15 mg.L^-1, 20 mg.L^-1, 25 mg.L^-1 e 30 mg.L^-1) relativas às dosagens das espécies químicas possibilitaram uma conclusão inédita, remotamente discutido dentre os artigos na área, no entanto é importante que as indústrias de tratamento tenham conhecimento que podem aumentar as concentrações de sólidos mantendo as mesmas dosagens químicas. A eficiência da solubilização alcalina foi 456% para DQO filtrada (DQOf) e 858% para DQO utilizada (DQOu), enquanto que a enzimática foi 174% DQOf e 874% DQOu, e utilizando resina foi 63% DQOf e 134% DQOu. O aumento da fração solúvel recalcitrante foi registrado para todos, a espécie química orgânica apresentou superioridade no aumento da fração metabolizada nos testes biológicos. No entanto, o aumento da concentração de proteínas na fração solúvel proporcionou uma eficiência de 3991%, 75% e 236%, para a solubilização alcalina, enzimática e catiônica, respectivamente. No que concerne a carboidratos, a eficiência foi de 1716%, 90% e 283%, respectivamente para alcalino, enzimático e catiônico. Apesar de notável superioridade alcalina, a enzimática registrou menor fração recalcitrante remanescente, porém necessitou de ser combinado com outro tratamento para melhorar sua eficiência. A utilização da resina foi discreta, muito embora o aumento de sua concentração possibilita superioridade, porém seu elevado custo inviabiliza essa tecnologia.
Abstract: Chemical solubilization is a non-physical sludge treatment technology which combines several techniques that have in common the addition of an organic or inorganic species able to degrade the microbial aggregates, structured and protected by extracellular polymeric substances (EPS), through depolymerization. This action directly implies the polymeric structure disruption causing cell lysis. It reduces the inner floc mass and increases the fraction of microbial products solubilized. In this research three different strategies of chemical solubilization were investigated: 1) acid and alkaline, using NaOH and HCl the pH was adjusted to 2, 10, 11 and 12 units, and neutralized after the solubilization process; 2) enzymatic with hydrolytic enzymes such as protease and lipase; and 3) solubilization by Dowex® Marathon™ C cation exchange resin in sodium form (Na+), a technique aimed at de-structuring the polymeric substances by changing their electrical charges, it disturbs the attractiveness and repulsion of the flocs constituents. For the three strategies were investigated its effects on the sludge, influence of chemical species concentrations, pH, activity limitation, reaction time and total solids (TS) concentration. Each technique has very particular factors, such as increase in salinity, its purely biological properties, flocculation by protonation and/or deprotonation. Thus, the depolymerization process was confirmed using physico-chemical parameters such as dissolved organic carbon, COD, phosphorus, NTK, TS, proteins and carbohydrates. The microbial products release in the soluble fraction was also confirmed by biological tests with a significant increase of metabolized fraction. Among these parameters, the COD tests associated with respirometry, as well as the analyzes of proteins and carbohydrates, are the ones that best make possible a comparison between the methods. However, it is important to notice that the investigation of TS concentrations (5 mg.L^-1, 10 mg.L^-1, 15 mg.L^-1, 20 mg.L^-1, 25 mg.L^-1 e 30 mg.L^-1), relative to the chemical species dosages, enabled an unpublished conclusion, remotely discussed among the articles in the area, however it is important that the treatment plants are aware that they can increase the concentrations of solids while maintaining the same chemical dosages. The alkaline solubilization efficiency was 456% for filtered COD (DQOf) and 858% for COD used (DQOu), while the enzymatic was 174% DQOf and 874% DQOu, and using resin was 63% DQOf and 134% DQOu. The increase in the recalcitrant soluble fraction was registered for all, the organic chemical species presented superiority in the increase of the fraction metabolized in the biological tests. However, the increase in protein concentration in the soluble fraction gave an efficiency of 3991%, 75% and 236%, for alkaline, enzymatic and cationic solubilization, respectively. Regarding carbohydrates, the efficiency was 1716%, 90% and 283%, respectively for alkaline, enzymatic and cationic. Despite the remarkable alkaline superiority, the enzyme registered a smaller remaining recalcitrant fraction, but it needed to be combined with another treatment to improve its efficiency. The use of the resin was discrete, although the increase of its concentration allows superiority, but its high cost makes this technology unfeasible.
Palavras-chave: Lodo ativado
Tratamento de lodo
Solubilização enzimática
Digestão anaeróbia
Hidrólise química
Activated sludge
Enzymatic solubilization
Chemical hydrolysis
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Estadual da Paraíba
Sigla da instituição: UEPB
Departamento: Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa - PRPGP
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental - PPGCTA
Citação: SOUSA, Tales Abreu Tavares de. Solubilização de material carbonáceo e nutrientes de lodo aeróbio através do pré-tratamento químico. 2019. 169f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental - PPGCTA) - Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/3902
Data de defesa: 22-Fev-2019
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