Concentração dos produtos microbianos solúveis (SMP) e das substâncias poliméricas

Observa-se na Tabela 5.3 que a concentração de SMP não apresentou variação significativa (p ≥0,05) durante as estratégias E1, E2 e E3. Comumente, a aplicação de corrente elétrica em biorreatores leva a redução das concentrações de SMP (ZHANG et al., 2015), os quais são removidos por complexação com os íons de alumínio, aglomerando-se com os flocos na forma de EPS, fazendo com que haja um aumento na concentração deste (TAFTI et al., 2015). No entanto, tais resultados não foram observados no presente trabalho. Huang, Ong e Ng (2011), estudando a influência da idade do lodo na performance do BRM e na colmatação da membrana, reportaram uma maior concentração de SMP no reator, quando operado sem descarte de lodo. Os autores atribuíram tais resultados à baixa atividade metabólica dos microrganismos que, segundo eles, estavam em decaimento endógeno e, portanto, apresentavam menor taxa de absorção e degradação nutricional, resultando em maiores concentrações de SMP remanescente no reator e, consequentemente, maior colmatação da membrana.

Por outro lado, o pequeno aumento da concentração de SMP no licor misto (apesar de não significativo) pode ser consequência do aumento do SSV, uma vez que, com mais biomassa, maior quantidade de subproduto microbiano será excretado. Outra possível explicação é que a aplicação de corrente elétrica, que pode ter estimulado a produção de SMP ou pode ter levado à quebra das células bacterianas (IBEID; ELEKTOROWICZ e OLESZKIEWICZ, 2013). Resultados semelhantes foram observados por Zhang et al. (2015), quando aplicaram altas voltagens de corrente elétrica no biorreator.

Tabela 5.3 - Valores médios de concentração de SMP e EPS, e das relações SMPpr/SMPpo e EPSpr/EPSpo, durante as estratégias E1, E2 e E3.

SMP (mg L-1_{) SMPpr/SMPpo EPS (mg gSSV}-1_{) EPSpr/EPSpo} E1 16,79 ± 4,9 3,1 ± 1,1 60,79 ± 19,5 2,9 ± 0,79

E2 22,06 ± 3,5 1,6 ± 0,58 57,7 ± 11,3 3,1 ± 0, 61

SMPpr/SMPpo: relação entre a parcela de proteínas e a parcela de polissacarídeos dos produtos microbianos solúveis (SMP). EPSpr/EPSpo: relação entre a parcela de proteínas e a parcela de polissacarídeos das substâncias poliméricas extracelular (EPS).

A relação SMPpr/SMPpo, por sua vez, apresentou redução da E1 para a E2 e E3 (p £ 0,05), indicando que a proteína solúvel foi removida mais facilmente com a aplicação da corrente. Na Figura 5.21, verifica-se que a parcela de proteína do SMP foi reduzida na E2 e E3, enquanto que a concentração de polissacarídeo aumentou (p ≥0,05). Destaca-se que na E3, onde observou-se a maior velocidade de colmatação da membrana, o componente em maior abundância no SMP é o polissacarídeo, que segundo Shen et al. (2012) tem maior potencial de colmatação.

Figura 5.21 - Concentrações médias de SMP na forma de proteínas e polissacarídeos durante E1, E2 e E3.

No que se refere ao conteúdo de EPS, nota-se que houve uma redução progressiva da concentração com a aplicação da corrente elétrica, apresentando diferença estatística significativa apenas entre as médias das concentrações da E2 e E3. Hua et al. (2015) encontraram resultados similares, os quais adereçaram ao fenômeno de oxidação eletroquímica, que converteu os EPS em compostos mais biodegradáveis, mostrando que sob densidades de correntes apropriadas é possível reduzir significantemente o EPS do licor misto. Outra possível explicação para a remoção de EPS é a reação que ocorre entre os grupos hidroxilas dos polissacarídeos e o H2O2, gerado durante a aplicação de corrente elétrica, onde os grupos hidroxilas são oxidados em grupos carboxilas, aumentando sua biodegradabilidade (HUANG et al., 2015).

0

5

10

15

20

E1 E2 E3

SM

P

(m

g

L

-1

)

Proteína

Polissacarídeo

Em adicional, Dvořák et al. (2011) mencionam que a redução da concentração de EPS pode ser explicada pela redução da relação A/M, uma vez que quando há escassez de substrato, os microrganismos podem utilizar o EPS como fonte de carbono para seu metabolismo. Desta forma, acredita-se que a menor relação A/M e maior atividade microbiana observadas nas E2 e E3, também podem ter contribuído para a redução de EPS nessas estratégias. Li et al. (2008) também observaram tal comportamento do EPS com a redução da relação A/M.

No presente estudo, observou-se também que o valor médio da relação EPSpr/EPSpo aumentou significativamente (p £ 0,05) na E3. Arabi e Nakhla (2008) reportam que relação proteína/polissacarídeo de 4 e 8 apresenta um maior conteúdo de EPS hidrofóbico, maior fixação na superfície da membrana e, portanto, redução da filtrabilidade da mesma. De fato, o período em que o reator apresentou maior relação EPSpr/EPSpo e maior redução do EPS (E3) também foi o período onde se observou maior velocidade de colmatação da membrana.

Portanto, além dos fatores já mencionados anteriormente, a colmatação expressiva da membrana observada ao longo de todo o período operacional, principalmente na E3, pode também estar associada aos seguintes fatores: 1) maior concentração de SMP no licor misto e, 2) maior relação de EPSpr/EPSpo.

A Tabela 5.4 apresenta o coeficiente de Pearson para as correlações lineares entre a velocidade de colmatação e as propriedades do licor misto, juntamente com os respectivos valores de p.

Tabela 5.4 - Coeficiente de Pearson (r) para correlações lineares entre a velocidade de colmatação (VC) e as propriedades do licor misto.

SMP (mg L-1_{) SMPpr/SMPpo} EPS

(mg gSSV-1₎ EPSpr/EPSpo

VC (bar d-1₎ r 0,04 0,036 -0,737* 0,43

p 0,88 0,897 0,0017 0,1

* Correlação significativa com intervalo de confiança de 95%.

SMPpr/SMPpo: relação entre a parcela de proteínas e a parcela de polissacarídeos dos produtos microbianos solúveis (SMP). EPSpr/EPSpo: relação entre a parcela de proteínas e a parcela de polissacarídeos das substâncias poliméricas extracelular (EPS).

As análises estatísticas realizadas indicaram correlação da VC apenas com a concentração de EPS do licor misto. Por outro lado, observou-se correlação negativa entre a concentração de EPS e a VC. No entanto, nenhuma correlação significativa foi encontrada entre

a VC e a concentração de SMP e, tampouco, entre a VC e as relações de SMPpr/SMPpo e EPSpr/EPSpo. A correlação negativa entre a VC e a concentração de EPS sugere que quando menor a concentração de EPS, maior será a propensão à colmatação da membrana, o que pode ser atribuído ao processo de defloculação dos flocos que, segundo Lin et al. (2014), pode ser causado pela degradação/redução da concentração de EPS do licor misto.

6. CONCLUSÃO

A aplicação da corrente elétrica proporcionou uma melhora significativa na eficiência do biorreator no que se refere à remoção de matéria orgânica, nitrogênio amoniacal, cor verdadeira e, principalmente, fósforo do efluente, o que foi atribuído aos efeitos dos fenômenos eletroquímicos. Nas estratégias E2 e E3 (com aplicação de DC) foram alcançadas eficiências médias de remoção de 61% e 86% para N-amoniacal, respectivamente, 95% para DQO, acima de 98% para fósforo, e 97,6% para cor, enquanto que na E1 (sem aplicação de DC) foram alcançadas remoções de 87%, 6%, 51% e 87,6% para DQO, fósforo, N-amoniacal e cor, respectivamente.

Observou-se ainda que a taxa de crescimento e atividade da biomassa foram maiores nas estratégias com aplicação da corrente elétrica, o que pode ser consequência do fenômeno de eletroestimulação, mostrando que as densidades de corrente aplicadas além de não prejudicarem a comunidade microbiana ainda resultaram em melhora na remoção biológica de matéria orgânica e N-amoniacal. No entanto, destaca-se que nas estratégias E2 e E3 foram observadas maiores CNV, o que favorece o crescimento de nitrificantes e pode ter mascarado o real efeito da aplicação da corrente elétrica na remoção do nitrogênio amoniacal.

Com relação ao processo de colmatação da membrana, foram observadas elevadas velocidades de colmatação durante todo o período experimental, havendo uma redução dessa velocidade ao longo da E2 e voltando a aumentar com o início da E3. Tal comportamento foi adereçado, principalmente, à elevada densidade de empacotamento da membrana (833 m2_.m- 3_{). No entanto, outros fatores foram encontrados como sendo possíveis causas para o aumento} da colmatação, essencialmente durante a E3, sendo eles: (1) presença da bactéria Zooglea; (2) aumento da concentração de DQO no licor misto; (3) e a menor concentração de EPS, que pode ter causado uma defloculação no licor misto.

A aplicação da maior densidade de corrente (15 A.m-2_{), quando comparada a aplicação} da menor densidade de corrente (5 A.m-2_{), só se mostrou significativa para a remoção de} nitrogênio amoniacal, o que pode ter sido apenas consequência da maior CNV na E3, além de ter apresentado uma piora nas características do licor misto. Desta forma, considerando-se o custo benefício, a aplicação da densidade de corrente de 15 A.m-2 _{não se mostrou viável.}

Portanto, concluiu-se que a aplicação de corrente elétrica, em especial a de 5 A.m-2_{, se} mostra uma alternativa de grande potencial para o aprimoramento da qualidade de efluentes de sistemas BRM, sobretudo no que tange a remoção de matéria orgânica e fósforo de esgotos sanitários, além de ser mais atrativa do ponto de vista energético.

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No documento Mirelly Manica (páginas 91-118)