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Title: Caracterização de produtos microbianos solúveis (SMPs) em reatores aeróbio e anaeróbio de bancada em diferentes condições operacionais.
Authors: Mesquita, Patrícia da Luz
metadata.dc.contributor.advisor: Aquino, Sergio Francisco de
Keywords: Saneamento ambiental
Anaeróbio
Condições operacionais
Produtos microbianos solúveis
Reatores aeróbios
Issue Date: 2009
Publisher: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. PROÁGUA, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: MESQUITA, P. da L. Caracterização de produtos microbianos solúveis (SMPs) em reatores aeróbio e anaeróbio de bancada em diferentes condições operacionais. 2009. 146 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2009.
Abstract: O tratamento biológico é caracterizado pela utilização de bactérias, aeróbias e/ou anaeróbias, para a degradação da matéria orgânica poluente. A análise da demanda química de oxigênio (DQO) é frequentemente utilizada para quantificar a matéria orgânica nos efluentes e medir a eficiência do tratamento biológico. A DQO efluente de reatores biológicos é compreendida não apenas por compostos afluentes que não foram degradados, mas também por compostos produzidos pelos microrganismos durante o tratamento, denominados na literatura internacional de SMPs (Soluble Microbial Products). Acreditase que a minimização da DQO residual de sistemas biológicos operados na ausência de estresse e alimentados com esgoto tipicamente biodegradável pode estar diretamente relacionada à minimização da produção de SMPs e, muito embora a importância dos SMPs já tenha sido reconhecida, a revisão da literatura mostra que poucas pesquisas tentaram identificar sua estrutura química bem como relacionar sua produção a parâmetros de operação dos reatores. Portanto, o principal objetivo desta pesquisa foi caracterizar, do ponto de vista quantitativo e qualitativo, os compostos microbianos presentes na fração centrifugada do efluente de reatores aeróbio e anaeróbio de mistura completa operados em escala de bancada e alimentados com glicose e acetato. Conforme esperado, a produção de SMPs no reator aeróbio foi superior à do anaeróbio (a produção normalizada em relação à DQO afluente para as diferentes condições operacionais – SMP/So - variou de 2 a 68% no reator aeróbio e de 9 a 27% no reator anaeróbio). No reator anaeróbio, a carga orgânica aplicada não apresentou interferência significativa na conversão da DQO afluente a SMPs sugerindo que os SMPs acumulados podem ter origem principal no decaimento da biomassa ao invés da utilização do substrato. Já no reator aeróbio parece ter ocorrido o contrário. Considerando o tipo de substrato, a utilização de acetato contribuiu para uma maior produção normalizada de SMPs em ambos os reatores, comparativamente à glicose (no reator aeróbio, SMP/So de 41,9% para o acetato versus 14,1% para a glicose; no reator anaeróbio, 21,9% e 16,6% para o uso de acetato e de glicose, respectivamente). Já a temperatura parece não ter interferido significativamente na relação SMP/So no reator anaeróbio (18,1% a 15oC e 18,3% a 25oC). Por outro lado, no reator aeróbio, a produção normalizada de SMPs foi superior à temperatura de 15oC (33,8% contra 18,7% a 25oC). No reator aeróbio, a DQO relacionada ao teor de proteínas representou de 5 a 34% da DQO residual e o teor de carboidratos (também em termos de DQO) não ultrapassou 16%; já para o reator anaeróbio, o teor de proteínas atingiu seu máximo em 17% da DQO residual, o que confirma que a maior parte da DQO residual não foi proveniente de proteínas e carboidratos. Em relação aos resultados de espectrometria de massas, os SMPs produzidos em cada fase operacional não pareceram provenientes de lise celular ou de EPS. A ocorrência predominante de SMPs de baixas massas molares indicou produtos associados à utilização do substrato ou provenientes da degradação e/ou hidrólise de SMPs de alta massa molar.
metadata.dc.description.abstracten: Biological wastewater treatment is characterized by aerobic and/or anaerobic bacteria that degrade pollutant organic matter and parameters such as chemical oxygen demand (COD) are usually used to assess these treatments efficiency. Biological reactors effluent COD is comprised not only of influent compounds that have not been degraded, but also of some compounds produced by microorganisms during treatment, known as SMPs (Soluble Microbial Products) in the literature. It is believed that the decrease of effluent COD in non-stressed conditions biological systems fed with typically biodegradable sewage can be straightly connected to minimizing SMP production and, even though SMP importance had already been recognized, literature review shows that only few researches were dedicated to identifying their chemical structure, as well as to relating their production to reactors operational parameters. Therefore, the main goal of this research was to characterize, through quantitative and qualitative approaches, the microbial products present in the supernatant of aerobic and anaerobic bench scale CSTR fed with glucose and acetate. As expected, SMP production in the aerobic CSTR was higher than in the anaerobic one (normalized production of SMP concerning influent COD in different operational conditions – SMP/So – varied from 2 to 68% in the aerobic reactor and from 9 to 27% in the anaerobic reactor). In the anaerobic CSTR, the organic load did not seem to have interfered to the conversion from influent COD to SMP (SMP/So ratio), what suggests that accumulated SMP can have come mainly from biomass decay, rather than from substrate use. However, in the aerobic CSTR the opposite seems to have happened. Concerning substrate kind, acetate use contributed to a higher normalized production of SMP in both reactors, compared to glucose (in the aerobic reactor, SMP/So was 41,9% for acetate versus 14,1% for glucose; in the anaerobic reactor, 21,9% and 16,6% for acetate and glucose, respectively). Temperature did not seem to have significantly interfered to SMP/So rate in the anaerobic reactor (18,1% at 15oC and 18,3% at 25oC). On the other hand, in the aerobic CSTR, normalized SMP production was higher at 15oC (33,8% against 18,7% at 25oC). In the aerobic reactor, COD related to protein amount represented 5 to 34% of effluent COD and carbohydrates COD was not higher than 16%; in the anaerobic CSTR, protein amount achieved its maximum at 17% of effluent COD, what confirms that the majority of effluent COD had not come from proteins and carbohydrates. As far as mass spectrometry results are concerned, SMP produced by each operational phase did not seem to have come from cell lysis or EPS. The predominance of low molecular weight SMP indicated products related to substrate use or to degrading/ hydrolysis of high molecular weight SMP.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/2302
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