Tratamento anaeróbio e aeróbio de águas residuárias da bovinocultura leiteira em reatores de alta taxa

Abstract

Os dejetos da bovinocultura leiteira em confinamento são um desafio para os produtores, devido ao seu alto conteúdo orgânico. O tratamento desse resíduo pode gerar subprodutos benéficos ambientalmente e financeiramente. Entretanto, a heterogeneidade do dejeto pode ser um obstáculo para o seu aproveitamento e destinação adequada. Neste trabalho, avaliou-se o desempenho do tratamento de águas residuárias da bovinocultura leiteira, em reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) seguido de filtro anaeróbio e o pós-tratamento aeróbio em reator operado em batelada sequencial (RBS) e filtro biológico percolador seguido de decantador (FBP), operados com altas cargas orgânicas volumétricas (COV) e diferentes tempos de detenção hidráulica (TDH). Os valores de TDH aplicados no reator UASB (R1) foram 60, 48, 36, 36, 30 e 30 h (fases 1 a 6). As COV aplicadas no R1 variaram de 4,8 a 12,6 g de DQO total (L d) -1 . Análises quantitativas de PCR em tempo real e sequenciamento de nova geração MiSeq (Illumina) foram realizadas para a identificação da comunidade microbiana. Os valores de pH permaneceram próximos a neutralidade, a alcalinidade foi crescente e os ácidos voláteis foram decrescentes do afluente para os efluentes dos reatores anaeróbios durante as fases 1 a 6, resultados que indicaram estabilidade do sistema de tratamento. Com o pós-tratamento no RBS, as eficiências médias de remoção de DQO e NK foram de 94 e 80% e no FBP, com taxas de aplicação superficial de 2,11 e 2,53 m 3 (m2 d)-1 , as eficiências médias de remoção de P-total e coliformes aumentaram para 81 e 99,94%, respectivamente. Os macro e micronutrientes disponíveis no efluente do RBS e FBP podem ser investigados para futura utilização na fertirrigação. A máxima produção volumétrica de metano observada no R1 foi de 0,27 m3 CH4 (m3 reator d)-1 , com TDH de 36 h e com eficiências de remoção de DQO de até 95%. Proteobacteria, Baceroidota e Firmicutes como os filos mais abundantes no R1 e R2 respectivamente. Em menor proporção, foram encontrados os filos Bacteroidetes, Cloacimonetes, Spirochaetes, Chloroflexi, Aminicenantes e Candidates hydrogenedentes. O gênero Acinetobacter foi o mais expressivo dentro do filo Proteobacteria e pode estar relacionado com a alta remoção de fósforo no reator UASB. As análises quantitativas de PCR em tempo real demonstraram equilíbrio e sintrofia da comunidade microbiana durante a digestão anaeróbia e retratou a ocorrência da metanogênese pelas vias hidrogenotrófica e acetotróficas.

The waste from dairy cattle in confinement is a challenge for producers, due to its high organic content. The treatment of this waste can generate beneficial environmental and financial by-products. However, the heterogeneity of the manure can be an obstacle to its use and proper disposal. In this work, the performance of wastewater treatment from dairy cattle was evaluated in an anaerobic sludge blanket reactor (UASB) followed by an anaerobic filter and the aerobic posttreatment in a sequential batch reactor (SBR) and trickling filter followed by a decanter (TF), operated with high Organic Loading Rate (OLR) and different hydraulic detention times (HRT). The HTR values applied to the UASB reactor (R1) were 60, 48, 36, 36, 30 and 30 h (phases 1 to 6). The OLR applied in R1 ranged from 4.8 to 12.6 g of total COD (L d) -1. Quantitative analyzes of real-time PCR and nextgeneration sequencing MiSeq (Illumina) were performed to identify the microbial community. The pH values remained close to neutrality, the alkalinity was increasing and the volatile acids were decreasing from the influent to the effluents of the anaerobic reactors during phases 1 to 6, results that indicated stability of the treatment system. With post-treatment in SBR, the average efficiencies of COD and NK removal were 94 and 80% and in TF, with surface application rates of 2.11 and 2.53 m3 (m2 d)-1 , the efficiencies mean total-P and coliform removal increased to 81 and 99.94%, respectively. The macro and micronutrients available in the effluent from SBR and TF can be investigated for future use in fertigation. The maximum volumetric production of methane observed in R1 was 0.27 m3 CH4 (m3 reactor d)-1 , with a HRT of 36 h and COD removal efficiencies of up to 95%. Proteobacteria, Baceroidota and Firmicutes as the most abundant phyla in R1 and R2 respectively. To a lesser extent, the phyla Bacteroidetes, Cloacimonetes, Spirochaetes, Chloroflexi, Aminicenantes and Candidates hydrogenedentes were found. The genus Acinetobacter was the most expressive within the phylum Proteobacteria and may be related to the high phosphorus removal in the UASB reactor. Quantitative analysis of real-time PCR demonstrated balance and syntrophy of the microbial community during anaerobic digestion and portrayed the occurrence of methanogenesis by the hydrogenotrophic and acetotrophic pathways.