SANEAMENTO RURAL: PESQUISA DE OPINIÃO E PROPOSIÇÃO DE TECNOLOGIAS PARA TRATAMENTO DE ESGOTO DOMÉSTICO E ANIMAL EM UMA PROPRIEDADE RURAL

O Saneamento Básico no Brasil é um direito de todos, entretanto, nem toda a população tem acesso à água potável, coleta e tratamento adequado do esgoto sanitário, coleta e manejo de resíduos sólidos e infraestrutura de drenagem pluvial. No ambiente rural, a precariedade desses serviços é ainda mais evidente. Neste contexto, os sistemas descentralizados de tratamento de esgoto sanitário apresentam-se como alternativas viáveis para fomentar a melhoria do saneamento rural no Brasil. Nesse contexto, um dos objetivos deste trabalho foi realizar uma pesquisa de opinião com proprietários rurais do município de Luz – MG para mapear as condições de saneamento básico rural. Adicionalmente, foram dimensionados biodigestores e fossa séptica seguida de fossa verde para tratamento de efluentes animal e doméstico, respectivamente, de uma fazenda do município, atrelando o dimensionamento ao estudo da viabilidade energética dessas alternativas de tratamento. Na pesquisa de opinião, observou-se a necessidade de conscientização dos proprietários rurais acerca da implementação tratamento de esgoto adequado, da potabilidade da água consumida e do descarte correto dos resíduos sólidos. Para o estudo de caso da fazenda, três biodigestores (68 m³ cada) foram dimensionados para o tratamento do rejeito animal, com produção de 866,41 m³ de biogás/mês. Já para o tratamento do esgoto doméstico, dimensionou-se fossa séptica (volume útil de 1,4 m³) seguida de fossa verde (9,2 m³). Desta forma, a conscientização da população associada à apresentação de alternativas tecnológicas de saneamento é uma forma efetiva de melhorar o índice brasileiro de saneamento na área rural

Surfactant removal from commercial laundry wastewater in co-digestion with domestic sewage using a pilot scale anaerobic reactor

O Alquilbenzeno Linear Sulfonado (LAS) é um surfactante aniônico considerado prioridade de risco ambiental entre os contaminantes emergentes atuais. Estudos anteriores reportaram a degradação anaeróbia de LAS por co-digestão da água residuária de lavanderia comercial e co-substratos sintéticos (extrato de levedura e etanol), em reatores em escala de bancada. Todavia, na literatura ainda são limitados os estudos envolvendo co-substratos economicamente viáveis, como o esgoto doméstico. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência de remoção do LAS, de água residuária de lavanderia comercial em co-digestão com esgoto doméstico. O reator de leito granular expandido (EGSB) escala piloto de 62,0 L foi operado em condição mesofílica, em TDH de 40 h, por 480 dias. O reator foi inoculado com 12,0 L de lodo proveniente de reator UASB usado no tratamento de água residuária de abatedouro de aves. Na primeira etapa, de adaptação, com duração de 60 dias, o reator foi alimentado apenas com esgoto doméstico. Em seguida, o reator foi alimentado com água residuária de lavanderia comercial diluída em esgoto doméstico para obtenção de concentrações de LAS afluente de 5 ± 4; 19 ± 10 e 36 ± 19 mg L-1, nas etapas II, III e IV, respectivamente. Nestas etapas o reator foi monitorado por 60, 270 e 90 dias. Verificou-se diminuição da eficiência de remoção de matéria orgânica de 73 ± 23 % na etapa de adaptação, para 61 ± 25%, 50 ± 15% e 44 ± 15%, respectivamente, para as etapas II, III e IV. Assim como, verificou-se diminuição da eficiência de remoção do LAS de 73 ± 31% para 55 ± 29% e 32 ± 17% nas três últimas etapas. Verificou-se aumento significativo de sulfeto da etapa II para a etapa III e IV, respectivamente de 8 ± 2 mg L-1 para 29 ± 12 mg L-1 e 31 ± 5 mg L-1, respectivamente. Foi realizada a caracterização taxonômica da biomassa do leito do lodo do reator EGSB ao final de cada etapa experimental, sendo identificadas bactérias semelhantes a Bellinea (domínio Bacteria) e Methanosaeta (domínio Archaea), as quais foram as de maior abundância relativa ao longo de toda operação. A tecnologia empregada para remoção do surfactante foi adequada para concentrações afluente de até 20 mgLAS L-1. Aclimatação da biomassa microbiana foi observada, após longo período e exposição aos compostos recalcitrantes da água residuária de lavanderia.Classified as an emergent contaminant, Alkylbenzene Linear Sulfonate (LAS) is an anionic surfactant of high priority given its environmental risk. Previous studies reported LAS anaerobic degradation from laundry wastewater in co-digestion with synthetic substrates (such as methanol, ethanol and yeast extract). However, studies with more economic viable substrates as domestic sewage still lacking. This study assessed LAS removal from laundry wastewater diluted in domestic sewage, using an Expanded Bed Granular Sludge (EGSB) pilot scale reactor. The reactor was kept in mesophilic temperature, with 62,0 L total volume and it was operated with a hydraulic retention time (HRT) of 40 h. The inoculum was 12,0 L of sludge from an UASB used on a poultry slaughterhouse wastewater treatment plant. On the first stage, of adaptation, the reactor was fed only with domestic sewage for 60 days. Then, commercial laundry wastewater was diluted in domestic sewage to obtain LAS affluent concentrations of 5 ± 4; 19 ± 10 and 36 ± 19 mg L-1, on stages II, III and IV, respectively. These stages lasted for 60, 270 and 90 days. The increase of commercial laundry wastewater proportion on fed resulted in lower organic matter removal efficiencies. These parameter decreased from 73 ± 23% on adaptation, to 61 ± 25%, 50 ± 15% and 39 ± 23% on following stages. As well as LAS removal efficiencies that dropped from 73 ± 31% to 55 ± 29% and 44 ± 15 % on three last stages. Sulphide production enhanced from stage II (8 ± 2 mg L-1) to stage III (29 ± 12 mg L-1) and remained 31 ± 5 mg L-1 on stage IV. Taxonomic characterization of granular sludge biomass in the end of each stage was performed and genders similar to Bellinea (Bacteria domain) and Methanosaeta (Archae domain) were the ones with higher relative abundance in all stages. The technology applied was suitable for anaerobic surfactant removal with LAS affluent concentration of 20 mg L-1. Acclimation of microbial biomass was observed after long exposure of microbial community to recalcitrant compounds from laundry wastewater

Evaluation of the influence of iron and nickel nanoparticles on the fermentative production of hydrogen in batch and continuous reactors

Neste estudo as propriedades químicas de nanomateriais, incluindo sua maior área superficial e atividade reacional, foram utilizadas na suplementação de metais em reatores em batelada e contínuos (Reatores Anaeróbios de Leito Fluidificado – RALF operados em TDH de 3 h), e desta forma, a comparação entre reatores com nanopartículas (NPs) de ferro e níquel e reatores controle sem a adição das NPs foi realizada para avaliar sua influência em três configurações de processo fermentativo: (1) Nos reatores batelada alimentados com meio RCM e inoculados com a cultura pura C. butyricum foi aplicado planejamento experimental estatístico (Plackett-Burman e Delineamento Composto Central Rotacional). Sob tais condições, a adição de NPs de ferro (30 mg Fe0 L -1) e níquel (20 mg Ni0 L -1) foi favorável para otimização da produção de H2. Todavia, a adição de NPs de níquel acima de 50 mg L-1 foi desfavorável para a produção de H2. Além disso, a rota de produção de ácido valérico (ácido de alto valor agregado no mercado) foi favorecida em detrimento a de ácido acético e butírico quando NPs foram adicionadas ao meio. No reator em batelada com NPs foi observada maior quantidade e menor expressão da enzima hidrogenase quando comparado ao reator controle; (2) Nos reatores contínuos alimentados com glicose e inoculados por autofermentação e bioaumentação com C. butyricum, a imobilização de metais no material suporte (argila expandida) e consequente maior disponibilidade de ferro e níquel no meio reacional favoreceu a maior produção de Ácidos Orgânicos Voláteis (AOVs), quando comparado ao reator controle. Além disso, a adição de NPs influenciou nas rotas metabólicas, com maior concentração de ácidos acético e butírico no RALF - NP e ácido lático no RALF - Controle. Maior abundância relativa (48,8%) de bactérias semelhantes a Lactobacillus foi observada no biofilme do RALF-NP. (3) Nos reatores contínuos alimentados com vinhaça e inoculados com lodo anaeróbio bioaumentado com C. butyricum, a composição de H2 no biogás foi significativamente maior no RALF - NP quando comparado ao RALF - Controle. A diminuição da concentração de ácido lático no processo fermentativo da vinhaça foi observada em ambos os reatores e em todas as etapas operacionais. Durante a etapa II (4 gcarb L -1), as NPs metálicas favoreceram genes relacionados às primeiras etapas da digestão da vinhaça, com maiores percentuais das enzimas beta-glucosidase, glucoquinase e piruvato-ferredoxina oxidoredutase que se relacionam com maior abundância relativa de Bacteroides e Prevotella. No entanto, quando alimentado com vinhaça (7 gcarb L -1) (etapa III), L- e D-lactato desidrogenase, 3-hidroxibutiril-CoA desidrogenase, acetato quinase, piruvato quinase e flavoproteína fumarato redutase foram as enzimas favorecidas na presença de NPs. Estas enzimas estão relacionadas às etapas finais da remoção de compostos orgânicos da vinhaça. Além disso, sob tais condições foi observada maior abundância relativa de Lactobacillus (11,4%) e Secundilactobacillus (7,5%).In this study, chemical properties of nanomaterials, including their large surface area and reaction activity, were used for metals supplementation in batch and continuous reactors (Anaerobic Fluidized Bed Reactors - AFBR operated in 3 h HRT). The comparison between reactors with iron and nickel nanoparticles (NPs) and control reactors without the addition of NPs was performed to evaluate their influence on three configuration of the fermentation process: (1) In batch reactors fed with RCM medium and inoculated with pure culture C .butyricum statistical design of experiments was applied (Plackett-Burman and Rotational Central Composite Design). Under such conditions, the addition of NPs of iron (30 mg Fe0 L-1) and nickel (20 mg Ni0 L-1) optimized the production of H2. However, the addition of nickel NPs above 50 mg L-1 reduced the production of H2. Furthermore, the production route of valeric acid (a high value-added acid in the market) was favored over acetic and butyric acid when NPs were added to the medium. In the batch reactor with NPs, a greater amount and lower expression of the hydrogenase enzyme was observed when compared to the control reactor; (2) In continuous reactors fed with glucose and inoculated with natural fermentation and C. butyricum bioaugmentation, the immobilization of metals in the support material (expanded clay) and its consequent greater availability favored the higher production of Volatile Fatty Acids (VFAs), when compared to the control reactor. Furthermore, the addition of NPs influenced the metabolic pathways, with a higher concentration of acetic and butyric acids in AFBR - NP and lactic acid in AFBR - Control. Higher relative abundance (48.8%) of Lactobacillus was observed in AFBRNP biofilm. (3) In continuous reactors fed with vinasse and inoculated with anaerobic sludge bioaugmented with C. butyricum, the composition of H2 in biogas was significantly higher in AFBR - NP when compared to AFBR - Control. The decrease in lactic acid concentration during vinasse fermentation process was observed in both reactors and in all operational stages. During stage II (4 gcarb L-1), metallic NPs favored genes related to the first stages of vinasse digestion, with higher percentages of betaglucosidase, glucokinase and pyruvate-ferredoxin oxidoreductase enzymes that were related to greater relative abundance of Bacteroides and Prevotella. However, when fed with vinasse (7 gcarb L-1, stage III), L- and D-lactate dehydrogenase, 3-hydroxybutyrylCoA dehydrogenase, acetate kinase, pyruvate kinase and flavoprotein fumarate reductase were the favored enzymes in the presence of NPs. These enzymes are related to the final stages of removal of organic compounds from vinasse and greater relative abundance of Lactobacillus (11.4%) and Secundilactobacillus (7.5%)