Avaliação da produção de biogás por biomassa anaeróbia utilizando microplásticos como substrato

Abstract

O presente trabalho investigou o impacto da crescente contaminação por microplásticos (MPs) nos processos biológicos de Estações de Tratamento de Efluentes (ETEs), focando na digestão anaeróbia. Diante da lacuna científica sobre a interação dessas partículas com microrganismos anaeróbios, o estudo avaliou o efeito da adição cumulativa de uma mistura de MPs (PET, PVC e PE) em reatores de bancada operados em batelada. O experimento foi dividido em quatro fases sequenciais: uma Controle (sem MPs) e três com concentrações crescentes de MPs, monitorando-se a produção de biogás, a remoção de DQO e os parâmetros de estabilidade (pH, alcalinidade, ácidos voláteis). Os resultados revelaram um efeito dual e dose-dependente: a menor concentração de MPs provocou um forte estímulo na produção de biogás (+87,2%), enquanto concentrações mais altas atenuaram progressivamente este efeito. Paradoxalmente, a fase de maior produção de biogás coincidiu com a menor eficiência na remoção de DQO (queda de 44,2% para 24,0%), sugerindo que os MPs atuaram como "carreadores", otimizando a conversão de substrato simples em biogás, mas prejudicando a remoção da matéria orgânica total. O sistema manteve-se físico-quimicamente estável durante todo o processo, validando que os efeitos observados foram uma consequência direta da presença dos MPs. Conclui-se que o lodo anaeróbio atua como um sumidouro para essas partículas (retenção >70%), e que a interação dos MPs com a biomassa é complexa, envolvendo um balanço entre um estímulo físico (efeito carreador) em baixas doses e uma potencial inibição química (lixiviação de aditivos) em doses mais elevadas.

This study investigated the impact of increasing microplastic (MP) contamination on biological processes in wastewater treatment plants (WWTPs), focusing on anaerobic digestion. Given the scientific gap regarding the interaction of these particles with anaerobic microorganisms, the study evaluated the effect of the cumulative addition of a mixture of MPs (PET, PVC, and PE) in batch-operated bench reactors. The experiment was divided into four sequential phases: a Control (without MPs) and three with increasing concentrations of MPs, monitoring biogas production, COD removal, and stability parameters (pH, alkalinity, volatile acids). The results revealed a dual and dose-dependent effect: the lowest concentration of MPs caused a strong stimulus in biogas production (+87.2%), while higher concentrations progressively attenuated this effect. Paradoxically, the phase of highest biogas production coincided with the lowest efficiency in COD removal (drop from 44.2% to 24.0%), suggesting that MPs acted as “carriers,” optimizing the conversion of simple substrate into biogas but impairing the removal of total organic matter. The system remained physically and chemically stable throughout the process, confirming that the observed effects were a direct consequence of the presence of MPs. It can be concluded that anaerobic sludge acts as a sink for these particles (retention >70%), and that the interaction of PMs with biomass is complex, involving a balance between a physical stimulus (carrier effect) at low doses and potential chemical inhibition (leaching of additives) at higher doses.

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