O objetivo deste trabalho foi avaliar a interferência da sulfetogênese sobre a produção de metano em reator anaeróbio de leito fixo ordenado tratando água residuária orgânica contendo sulfato. A escolha dessa configuração de reator foi devida à possibilidade de manutenção de uma área transversal de escoamento na zona reacional, o que minimiza diversos problemas oriundos da colmatação do leito por acúmulo de polímeros extracelulares e sólidos suspensos nos interstícios do material suporte. Foram utilizados dois sistemas em paralelo com as mesmas características operacionais e alimentados com água residuária sintética simulando alguns componentes da fração solúvel da vinhaça, e matéria orgânica constituída por uma mistura de sacarose, etanol e fenol. Um dos reatores recebeu adição de sulfato apenas como fonte de enxofre requerido pela digestão anaeróbia e o outro recebeu dosagem de sulfato para relações DQO/Sulfato de 3 a 5. O estudo se estendeu por 7 fases operacionais distintas. A concentração afluente de matéria orgânica variou de 800 para 1000, 2000 e 4000 mg.L-1. O tempo de detenção hidráulica (TDH) foi de 24 h. Na última fase operacional (com carga orgânica aplicada de 4 g.L-1.dia-1) as eficiências de remoção de matéria orgânica chegaram a cerca de 97% no reator metanogênico e de 96% no reator sulfetogênico. Este último também obteve eficiências de remoção de sulfato da ordem de 97% nessa fase (com relação DQO/Sulfato de 3 e concentração afluente de sulfato de 1300 mg.L-1), chegando ao máximo de 99% de remoção em alguns dias de operação. No sistema sulfetogênico a relação DQO/Sulfato que proporcionou maiores eficiências de remoção combinada de matéria orgânica e sulfato, com maior geração de alcalinidade, foi de 3 gDQO/gSO42-. Os reatores metanogênico e sulfetogênico apresentaram rendimentos de metano próximos ao longo do tempo, tendo o sistema sulfetogênico apresentado rendimento de metano superior ao alcançado pelo sistema metanogênico em alguns dias da operação. Na última fase os rendimentos médios de metano obtidos foram, nas CNTP, da ordem de 320 mLCH4/gDQOremovida no reator sulfetogênico, e da ordem de 315 mLCH4/gDQOremovida no reator metanogênico. Esses resultados não indicaram inibição significativa da atividade metanogênica sob as condições impostas no sistema sulfetogênico, viabilizando a recuperação de energia pelo aproveitamento do metano. / The aim of this study was to evaluate the interference of sulphidogenesis on methane production in structured bed anaerobic reactor treating organic wastewater containing sulphate. Choosing this setting reactor was due to the possibility of maintaining a crosssectional area of flow in the reaction zone, which minimizes several problems caused by the clogging of the bed by accumulation of extracellular polymers and suspended solid in the interstices of support material. Two parallel systems were used with the same operational features and fed with synthetic wastewater simulating some compounds of the soluble fraction of vinasse, and organic matter constituted by a mixture of sucrose, ethanol and phenol. One reactor received sulphate just as a source of sulfur required for anaerobic digestion and another one received sulphate dosage for COD/Sulphate ratios from 3 to 5. Seven distinct operational phases were tested. The influent concentration of organic matter ranged from 800 to 1000, 2000 and 4000 mg.L-1. The hydraulic retention time (HRT) was 24 h. In the last step (with organic loading rate of 4 g.L-1.day-1) the efficiencies of organic matter removal were around 97% in the methanogenic reactor and 96% in sulfidogenic reactor. The last one also achieved efficiencies of sulphate removal close to 97% in this phase (COD/Sulphate ratio of 3 and influent sulphate concentration of 1300 mg.L-1), reaching a maximum removal of 99% in some operational days. The COD/Sulphate ratio in sulfidogenic system that showed higher efficiencies of combined removal of organic matter and sulphate, with higher generation of alkalinity, was 3 gCOD/gSO42-. The methanogenic and sulfidogenic reactors showed similar values of methane yield, having the sulfidogenic system presented higher methane yield than achieved by methanogenic system at some operational days. In the last phase the average yields of methane obtained, at NTP, were around 320 mLCH4/gCODremoved in the sulfidogenic reactor, and around 315 mLCH4/gCODremoved in the methanogenic reactor. These results indicated no significant inhibition of methanogenic activity under the conditions imposed in sulfidogenic system, enabling energy recovery by use of produced methane.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a interferência da sulfetogênese sobre a produção de metano em reator anaeróbio de leito fixo ordenado tratando água residuária orgânica contendo sulfato. A escolha dessa configuração de reator foi devida à possibilidade de manutenção de uma área transversal de escoamento na zona reacional, o que minimiza diversos problemas oriundos da colmatação do leito por acúmulo de polímeros extracelulares e sólidos suspensos nos interstícios do material suporte. Foram utilizados dois sistemas em paralelo com as mesmas características operacionais e alimentados com água residuária sintética simulando alguns componentes da fração solúvel da vinhaça, e matéria orgânica constituída por uma mistura de sacarose, etanol e fenol. Um dos reatores recebeu adição de sulfato apenas como fonte de enxofre requerido pela digestão anaeróbia e o outro recebeu dosagem de sulfato para relações DQO/Sulfato de 3 a 5. O estudo se estendeu por 7 fases operacionais distintas. A concentração afluente de matéria orgânica variou de 800 para 1000, 2000 e 4000 mg.L-1. O tempo de detenção hidráulica (TDH) foi de 24 h. Na última fase operacional (com carga orgânica aplicada de 4 g.L-1.dia-1) as eficiências de remoção de matéria orgânica chegaram a cerca de 97% no reator metanogênico e de 96% no reator sulfetogênico. Este último também obteve eficiências de remoção de sulfato da ordem de 97% nessa fase (com relação DQO/Sulfato de 3 e concentração afluente de sulfato de 1300 mg.L-1), chegando ao máximo de 99% de remoção em alguns dias de operação. No sistema sulfetogênico a relação DQO/Sulfato que proporcionou maiores eficiências de remoção combinada de matéria orgânica e sulfato, com maior geração de alcalinidade, foi de 3 gDQO/gSO42-. Os reatores metanogênico e sulfetogênico apresentaram rendimentos de metano próximos ao longo do tempo, tendo o sistema sulfetogênico apresentado rendimento de metano superior ao alcançado pelo sistema metanogênico em alguns dias da operação. Na última fase os rendimentos médios de metano obtidos foram, nas CNTP, da ordem de 320 mLCH4/gDQOremovida no reator sulfetogênico, e da ordem de 315 mLCH4/gDQOremovida no reator metanogênico. Esses resultados não indicaram inibição significativa da atividade metanogênica sob as condições impostas no sistema sulfetogênico, viabilizando a recuperação de energia pelo aproveitamento do metano. / The aim of this study was to evaluate the interference of sulphidogenesis on methane production in structured bed anaerobic reactor treating organic wastewater containing sulphate. Choosing this setting reactor was due to the possibility of maintaining a crosssectional area of flow in the reaction zone, which minimizes several problems caused by the clogging of the bed by accumulation of extracellular polymers and suspended solid in the interstices of support material. Two parallel systems were used with the same operational features and fed with synthetic wastewater simulating some compounds of the soluble fraction of vinasse, and organic matter constituted by a mixture of sucrose, ethanol and phenol. One reactor received sulphate just as a source of sulfur required for anaerobic digestion and another one received sulphate dosage for COD/Sulphate ratios from 3 to 5. Seven distinct operational phases were tested. The influent concentration of organic matter ranged from 800 to 1000, 2000 and 4000 mg.L-1. The hydraulic retention time (HRT) was 24 h. In the last step (with organic loading rate of 4 g.L-1.day-1) the efficiencies of organic matter removal were around 97% in the methanogenic reactor and 96% in sulfidogenic reactor. The last one also achieved efficiencies of sulphate removal close to 97% in this phase (COD/Sulphate ratio of 3 and influent sulphate concentration of 1300 mg.L-1), reaching a maximum removal of 99% in some operational days. The COD/Sulphate ratio in sulfidogenic system that showed higher efficiencies of combined removal of organic matter and sulphate, with higher generation of alkalinity, was 3 gCOD/gSO42-. The methanogenic and sulfidogenic reactors showed similar values of methane yield, having the sulfidogenic system presented higher methane yield than achieved by methanogenic system at some operational days. In the last phase the average yields of methane obtained, at NTP, were around 320 mLCH4/gCODremoved in the sulfidogenic reactor, and around 315 mLCH4/gCODremoved in the methanogenic reactor. These results indicated no significant inhibition of methanogenic activity under the conditions imposed in sulfidogenic system, enabling energy recovery by use of produced methane.

Avaliou-se o emprego de sistema biológico de tratamento em reator anaeróbio de leito estruturado em fluxo ascendente (RAnLE) para remoção do corante Direct Black 22 (DB22) e íons sulfato (65 e 200 mg.L-1, respectivamente), principais constituintes de efluente têxtil de indústrias de jeans da região de Caruaru, PE. Etanol foi utilizado como doador de elétrons na concentração de 1000 mg.DQO.L-1. As médias de remoção de DQO, sulfato e corante foram respectivamente 80,28 ± 6,62%, 78,66 ± 4,04% e 68 ± 5%. Cerca de 3% do sulfeto produzido foi identificado em solução, 10% esteve presente na forma gasosa e aproximadamente 87% precipitou em forma de cristais metálicos inorgânicos ou em enxofre elementar por exposição ao ar atmosférico ou por ação redutora do corante DB22, contribuindo para remoção de cor na transformação do corante em aminas aromáticas. Os ácidos graxos presentes no efluente tratado totalizaram 121 ± 34 mg.L-1, com predominância de ácido acético (95 ± 17 mg.L-1), sem prejuízo da capacidade tamponante do sistema, que apresentou aumento na alcalinidade pela ocorrência da sulfetogênese e pela característica básica das aminas aromáticas, produzidas por meio da quebra da ligação azo do corante, revelando absorção em diferentes comprimentos de onda na região do ultravioleta, denotando a produção de diferentes estruturas aromáticas. O efluente têxtil simulado foi mais tóxico do que seu correspondente tratado para ambas as situações (crônico e agudo) nos testes de toxicidade com Ceriodaphnia dúbia (crônica) e Daphnia magna (aguda), atestando o potencial dos reatores anaeróbios na destoxificação do corante azo Direct Black 22 para as espécies abordadas. Os testes de citotoxicidade in vitro empregando células McCoy (linhagem contínua de fibroblastos) em exposição ao efluente têxtil sintético tratado no RAnLE apresentaram um comportamento dose-dependente. O efluente diluído 3 vezes inibiu 50% das células. Por outro lado, não foi possível verificar um comportamento dose-dependente considerando as diferentes concentrações de DB22. Entretanto, houve diferença estatística significativa na viabilidade celular para as concentrações de DB22 de 0,016, 0,065, 0,2 e 0,26 mg.mL-1. Os resultados demonstram a necessidade do uso de diferentes testes de toxicidade a vários organismos, de forma a complementar os resultados obtidos pelos testes convencionais. Eletromicrografias da biomassa revelaram a presença de arqueias metanogênicas, demonstrando a capacidade de coexistência de comunidades sulfetogênicas e metanogênicas, dado o valor observado de DQO/sulfato de 5. O sequenciamento metagenômico em apontou grande abundância relativa de bactérias redutoras de sulfato (BRS), superior a 50%. Os bioensaios em batelada com o lodo de fundo e o lodo em suspensão do RAnLE apontaram que a biomassa aderida foi mais apta a suportar a carga tóxica proveniente do corante e das aminas aromáticas. A estrutura do RAnLE permitiu o estabelecimento de biomassa aderida e biomassa suspensa, concorrendo ambas para melhor desempenho do sistema. / The present work assessed the employment of an anaerobic up-flow fixed-structured bed (AUFFSB) reactor, which aimed to remove the main constituents of a simulated textile effluent with azo dye Direct Black 22 (DB22) and sulphate ions (65 and 200 mg.L-1, respectively), main constituents in residual waters generated by denim industry in Caruaru, PE. Ethanol was employed as electron donor (1000 mg.COD.L-1). Medium removals for COD, sulphate and dye concentration were respectively 80.28 ± 6.62%, 78.66 ± 4.04% and 68 ± 5%. Circa 3% of produced sulphide was identified in the effluent, 10% in gaseous state and approximately 87% precipitated either as metallic inorganic crystals, as elemental sulphur due to exposition to atmosphere, or due to the azo bound reduction of DB22, which contributed to colour removal in the generation of aromatic amines from the azo dye. The volatile fatty acids totalized 121 ± 34 mg.L-1 while acetic acid was the predominant one (95 ± 17 mg.L-1). Nevertheless, such concentrations did not impair the buffering capacity of the system, which had increased alkalinity due to the occurrence of sulphidogenesis and of the alkaline characteristic of the aromatic amines, which were produced from azo bound cleavage, revealing absorption in different wavelengths in the UV zone, inferring that different aromatic structures were formed. As for the toxicity, the simulated textile effluent was more toxic before treatment than after treatment for both bioessays employing Ceriodaphnia dubia and Daphnia magna, (chronic and acute toxicity), attesting the potential of anaerobic reactors to detoxify azo dye DB22. The in vitro cytotoxicity tests using McCoy cells (fibroblasts of a continuous lineage) exposed to simulated textile effluent treated on the anaerobic bioreactor presented a dose-dependent behaviour. The effluent diluted 3 times showed inhibition to 50% of the cells. On the other hand, it was not possible to verify a dose-dependent behaviour considering the different concentrations of DB22. However, there was significant statistical difference on cell viability for DB22 concentrations of 0.016, 0.065, 0.2 and 0.26 mg.mL-1. The results pointed to the need of diverse toxicity tests to various organisms in order to complement the results obtained by conventional used ones. Micrographs revealed the presence of methanogenic archeas, denoting the possibility of coexistence between sulphidogenic and methanogenic communities, considering the observed COD/sulphate ration of 5. Metadata obtained from metagenomic sequencing revealed high relative abundance of sulphate-reducing bacteria (SRB), which was superior to 50%. Batch bioessays showed that biomass in supporting material is more capable of enduring the toxic load from DB22 and aromatic amines. The AUFFSB structure enabled that suspended biomass developed along with fixed biomass, thus both collaborated for a better system performance.

Avaliou-se o emprego de sistema biológico de tratamento em reator anaeróbio de leito estruturado em fluxo ascendente (RAnLE) para remoção do corante Direct Black 22 (DB22) e íons sulfato (65 e 200 mg.L-1, respectivamente), principais constituintes de efluente têxtil de indústrias de jeans da região de Caruaru, PE. Etanol foi utilizado como doador de elétrons na concentração de 1000 mg.DQO.L-1. As médias de remoção de DQO, sulfato e corante foram respectivamente 80,28 ± 6,62%, 78,66 ± 4,04% e 68 ± 5%. Cerca de 3% do sulfeto produzido foi identificado em solução, 10% esteve presente na forma gasosa e aproximadamente 87% precipitou em forma de cristais metálicos inorgânicos ou em enxofre elementar por exposição ao ar atmosférico ou por ação redutora do corante DB22, contribuindo para remoção de cor na transformação do corante em aminas aromáticas. Os ácidos graxos presentes no efluente tratado totalizaram 121 ± 34 mg.L-1, com predominância de ácido acético (95 ± 17 mg.L-1), sem prejuízo da capacidade tamponante do sistema, que apresentou aumento na alcalinidade pela ocorrência da sulfetogênese e pela característica básica das aminas aromáticas, produzidas por meio da quebra da ligação azo do corante, revelando absorção em diferentes comprimentos de onda na região do ultravioleta, denotando a produção de diferentes estruturas aromáticas. O efluente têxtil simulado foi mais tóxico do que seu correspondente tratado para ambas as situações (crônico e agudo) nos testes de toxicidade com Ceriodaphnia dúbia (crônica) e Daphnia magna (aguda), atestando o potencial dos reatores anaeróbios na destoxificação do corante azo Direct Black 22 para as espécies abordadas. Os testes de citotoxicidade in vitro empregando células McCoy (linhagem contínua de fibroblastos) em exposição ao efluente têxtil sintético tratado no RAnLE apresentaram um comportamento dose-dependente. O efluente diluído 3 vezes inibiu 50% das células. Por outro lado, não foi possível verificar um comportamento dose-dependente considerando as diferentes concentrações de DB22. Entretanto, houve diferença estatística significativa na viabilidade celular para as concentrações de DB22 de 0,016, 0,065, 0,2 e 0,26 mg.mL-1. Os resultados demonstram a necessidade do uso de diferentes testes de toxicidade a vários organismos, de forma a complementar os resultados obtidos pelos testes convencionais. Eletromicrografias da biomassa revelaram a presença de arqueias metanogênicas, demonstrando a capacidade de coexistência de comunidades sulfetogênicas e metanogênicas, dado o valor observado de DQO/sulfato de 5. O sequenciamento metagenômico em apontou grande abundância relativa de bactérias redutoras de sulfato (BRS), superior a 50%. Os bioensaios em batelada com o lodo de fundo e o lodo em suspensão do RAnLE apontaram que a biomassa aderida foi mais apta a suportar a carga tóxica proveniente do corante e das aminas aromáticas. A estrutura do RAnLE permitiu o estabelecimento de biomassa aderida e biomassa suspensa, concorrendo ambas para melhor desempenho do sistema. / The present work assessed the employment of an anaerobic up-flow fixed-structured bed (AUFFSB) reactor, which aimed to remove the main constituents of a simulated textile effluent with azo dye Direct Black 22 (DB22) and sulphate ions (65 and 200 mg.L-1, respectively), main constituents in residual waters generated by denim industry in Caruaru, PE. Ethanol was employed as electron donor (1000 mg.COD.L-1). Medium removals for COD, sulphate and dye concentration were respectively 80.28 ± 6.62%, 78.66 ± 4.04% and 68 ± 5%. Circa 3% of produced sulphide was identified in the effluent, 10% in gaseous state and approximately 87% precipitated either as metallic inorganic crystals, as elemental sulphur due to exposition to atmosphere, or due to the azo bound reduction of DB22, which contributed to colour removal in the generation of aromatic amines from the azo dye. The volatile fatty acids totalized 121 ± 34 mg.L-1 while acetic acid was the predominant one (95 ± 17 mg.L-1). Nevertheless, such concentrations did not impair the buffering capacity of the system, which had increased alkalinity due to the occurrence of sulphidogenesis and of the alkaline characteristic of the aromatic amines, which were produced from azo bound cleavage, revealing absorption in different wavelengths in the UV zone, inferring that different aromatic structures were formed. As for the toxicity, the simulated textile effluent was more toxic before treatment than after treatment for both bioessays employing Ceriodaphnia dubia and Daphnia magna, (chronic and acute toxicity), attesting the potential of anaerobic reactors to detoxify azo dye DB22. The in vitro cytotoxicity tests using McCoy cells (fibroblasts of a continuous lineage) exposed to simulated textile effluent treated on the anaerobic bioreactor presented a dose-dependent behaviour. The effluent diluted 3 times showed inhibition to 50% of the cells. On the other hand, it was not possible to verify a dose-dependent behaviour considering the different concentrations of DB22. However, there was significant statistical difference on cell viability for DB22 concentrations of 0.016, 0.065, 0.2 and 0.26 mg.mL-1. The results pointed to the need of diverse toxicity tests to various organisms in order to complement the results obtained by conventional used ones. Micrographs revealed the presence of methanogenic archeas, denoting the possibility of coexistence between sulphidogenic and methanogenic communities, considering the observed COD/sulphate ration of 5. Metadata obtained from metagenomic sequencing revealed high relative abundance of sulphate-reducing bacteria (SRB), which was superior to 50%. Batch bioessays showed that biomass in supporting material is more capable of enduring the toxic load from DB22 and aromatic amines. The AUFFSB structure enabled that suspended biomass developed along with fixed biomass, thus both collaborated for a better system performance.