Tratamento de efluentes da suinocultura em reatores UASB: autoinoculação, uso de biochar e quantificação de enterobactérias resistentes a ampicilina

Abstract

Avaliou-se o desempenho de dois reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB) instalados em série, autoinoculados e posteriormente suplementados com biochar, para o tratamento de águas residuárias da suinocultura. Os reatores UASB, em série, foram construídos em escala de bancada, com volumes de 13,7 e 10,6 L, para o primeiro (R1) e segundo (R2), respectivamente. O sistema (R1 + R2) foi operado por 529 dias, divididos em quatro fases, com o aumento gradual das cargas orgânicas volumétrica (COV) e o uso de biochar adicionado ao afluente na última fase. Os tempos de detenção hidráulica (TDH) foram de 24,0 h no R1 e 18,7 h no R2. As COV médias aplicadas foram de 2, 8, 19 e 21 g DQOtotal (L d)-1 no R1, durante as fases 1, 2, 3 e 4 respectivamente. Nestas condições, o objetivo foi avaliar a produção de metano, a qualidade do efluente e a persistência de enterobactérias resistentes a ampicilina durante a partida e em condições de estabilidade. Verificaram-se variações de pH de 7,4 a 8,0 nos efluentes dos reatores UASB. Os valores das concentrações de ácidos voláteis totais variaram de 57 a 1140 mg L-1 no R1 e 44 a 470 mg L-1 no R2. Foram obtidas eficiências de remoção de DQOtotal em torno de 80% com o aumento da COV, nas fases 2 a 4. A produção de biogás foi observada no R1 a partir do 91º dia de operação do sistema, o percentual de metano variou de 70 até 79% e a produção volumétrica média aumentou significativamente de 0,21 para 0,66 e alcançou 1,01 e 1,08 L CH4 (L d)-1, durante as fases 1, 2, 3 e 4, respectivamente. Houve a detecção e quantificação de enterobactérias resistentes a ampicilina durante as quatro fases de operação do sistema. Nas fases 1 e 2, somente no lodo do R1 com contagem da ordem de 104 UFC mL-1 Na fase 3, com o aumento mais acentuado da COV, ocorreu a detecção nos efluentes do sistema, com concentração da ordem de 104 UFC mL-1. E na fase 4, com a manutenção de COV e a adição do biochar, permaneceram no afluente e efluentes; retornaram ao lodo do R1, mas com redução de 1 log 10 UFC mL-1 na contagem, e surgiram no lodo do R2 com contagem da ordem de 103 UFC mL-1. Portanto, os resultados indicam que a autoinoculação dos reatores UASB foi adequada, ocorrendo a partida num tempo relativamente curto, permitindo a obtenção de altas eficiências de remoção de DQOtotal, com aumento significativo da produção de metano acompanhando os acréscimos de COV até 20 g DQOtotal (L d)-1. O uso do biochar não melhorou significativamente o desempenho do sistema. O aumento do tempo de operação, da concentração de DQOtotal do afluente e, consequentemente, da COV provocaram, inicialmente, a acumulação de enterobactérias resistentes a ampicilina no lodo e, posteriormente, o seu arraste com os efluentes dos reatores, indicando a necessidade de medidas adicionais para o controle da disseminação de bactérias resistentes a antibióticos a partir de efluentes da suinocultura.

The performance of two anaerobic upflow reactors with sludge blanket (UASB) installed in series, autoinoculated and subsequently supplemented with biochar, for the treatment of wastewater from pig farming was evaluated. The UASB reactors, in series, were built on a bench scale, with volumes of 13.7 and 10.6 L, for the first (R1) and second (R2), respectively. The system (R1 + R2) was operated for 529 days, divided into four phases, with a gradual increase in volumetric organic loads (VOC) and the use of biochar added to the influent in the last phase. The hydraulic detention times (TDH) were 24.0 h in R1 and 18.7 h in R2. The average COV applied were 2, 8, 19 and 21 g CODtotal (L d)-1 in R1, during phases 1, 2, 3 and 4 respectively. Under these conditions, the objective was to evaluate methane production, effluent quality and the quantity of ampicillin-resistant enterobacteria during startup and in stable conditions. There were pH variations of 7.4 to 8.0 in the effluents from the UASB reactors. The values of total volatile acid concentrations were 57 to 1140 mg L-1 in R1 and 44 to 470 mg L-1 in R2. Total COD removal efficiencies of around 80% were obtained with the increase in VOC, in phases 2 to 4. Biogas production was observed in R1 from the 91st day of system operation, the percentage of methane varied from 70 to 79% and the volumetric production increased significantly from 0.21 to 0.66 and reached 1.01 and 1.08 L CH4 (L d)-1, during phases 1, 2, 3 and 4, respectively. Enterobacteriaceae resistant to ampicillin were detected and quantified during the four phases of the system’s operation. In phases 1 and 2, only in R1 sludge with a count of around 104 UFC mL-1 In phase 3, with the most pronounced increase in VOC, detection occurred in the system’s influent and effluents, with a concentration of around 104 CFU mL-1. And in phase 4, with the maintenance of VOC and the addition of biochar, they remained in the influent and effluents; they returned to the R1 sludge, but with a reduction of 1 log 10 CFU mL-1 in the count, and appeared in the R2 sludge with a count of the order of 103 CFU mL-1. Therefore, the results indicate that the autoinoculation of the UASB reactors was adequate, with startup taking place in a relatively short time, allowing high COD removal efficiencies to be obtained, with a significant increase in methane production accompanying the additions of VOC up to 20 g COD total ( Ld)-1. The use of biochar did not significantly improve system performance. The increase in operating time, total COD concentration of the influent and, consequently, VOC initially caused the accumulation of ampicillin-resistant enterobacteria in the sludge and, subsequently, their dragging with the reactor effluents, indicating the need for measures additional measures to control the spread of antibiotic-resistant bacteria from swine effluents.