Made available in DSpace on 2014-06-12T17:37:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5799_1.pdf: 6941165 bytes, checksum: 9e15318a1da77c36a3db470291d46a88 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A disposição de resíduos sólidos em aterros sanitários necessita de tecnologias que minimizem os impactos ambientais gerados nessas unidades. A infiltração de águas e as emissões de biogás em aterros sanitários têm como um dos principais elementos de controle a camada de cobertura final. O objetivo dessa pesquisa foi avaliar a infiltração de água e as emissões de CH4 em três diferentes camadas de cobertura, instaladas em uma célula experimental de aterro de resíduos sólidos, e analisar a influência da configuração construtiva, das características dos materiais e das variações climáticas nesses processos, e no potencial de oxidação CH4. A metodologia compreendeu ensaios de laboratório para caracterização dos materiais, investigação em campo, com medição de infiltração, temperatura e umidade em profundidade das camadas de cobertura e medição de emissão de biogás na superfície da célula. A estimativa de eficiência de oxidação de CH4 foi feita com base na variação da relação CO2/CH4 em perfil. Os resultados da pesquisa permitiram concluir que o comportamento em relação ao fluxo de líquidos e gases em cada camada de cobertura está diretamente relacionado às características construtivas e as variações climáticas, devido à influência dessas variáveis nas condições de saturação do solo. As camadas do tipo metanotrófica e barreira capilar apresentaram maior taxa de infiltração do que a camada convencional, e com relação às emissões de CH4, essas camadas apresentaram emissões seis vezes inferiores às da camada convencional. A camada metanotrófica apresentou uma eficiência de oxidação de CH4 três vezes superior à camada convencional e duas vezes superior à barreira capilar. O teor de matéria orgânica, pH, temperatura do solo e o conteúdo volumétrico de ar foram os parâmetros que mais se relacionaram com as maiores eficiências de oxidação CH4. A vegetação se mostrou um fator decisivo para proteção da camada de cobertura, retendo umidade, aumentando a eficiência de oxidação e reduzindo a emissão de CH4

Submitted by Israel Vieira Neto (israel.vieiraneto@ufpe.br) on 2015-03-05T17:54:33Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Leila Barros Araújo.pdf: 2405626 bytes, checksum: a448c1457dc45f59cc3518f2e48fedd4 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-05T17:54:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Leila Barros Araújo.pdf: 2405626 bytes, checksum: a448c1457dc45f59cc3518f2e48fedd4 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-07-29 / Os aterros sanitários são grandes emissores de gás metano, por isso, devem possuir sistemas capazes de diminuir as emissões através do aproveitamento, queima e/ou drenagem do metano. Neste sentido, as camadas de cobertura contribuem para reduzir as emissões fugitivas que escapam por elas. Assim, são realizados estudos para encontrar camadas alternativas com o uso de compostos orgânicos, que através das bactérias metanotróficas, podem oxidar o metano, aumentando a eficiência da camada, como realizado nessa pesquisa. O presente trabalho objetivou analisar a eficiência da oxidação do metano, através da amostragem dos gases em diferentes pontos de uma coluna experimental, simulando a camada de cobertura utilizada em uma célula experimental de um aterro sanitário. A coluna foi confeccionada com segmentos de tubo plástico rígido com diâmetro interno de 15 cm e altura total de 75 cm. A coluna foi preenchida com 30 cm de solo compactado sobreposta com 30 cm de mistura de 50% de solo mais 50% de composto orgânico e instrumentada com sensores para medir temperatura, condutividade elétrica e umidade, com os dados armazenados em datalogger. O fluxo de gás metano injetado foi de 0,5 NL/h controlado por rotâmetros e feita leitura dos gases com o detector portátil de gases. Após os ensaios, foi verificado que a mistura de solo+composto utilizada mostrou-se adequada para a oxidação, mas não se pode concluir que todo o gás metano foi oxidado, e sim que há uma tendência de oxidação na camada, onde a coluna reteve, em média, 60% do gás metano injetado.

O principal objetivo deste trabalho foi a avaliação de estratégias que viabilizassem o uso do metano como doador de elétrons para desnitrificação em ambiente anóxico, visando à aplicação de tecnologia para pós-tratamento de efluente de reatores de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) aplicado no tratamento de esgoto sanitário. O trabalho foi dividido em cinco etapas, sendo que em todas elas o metano foi fornecido como única fonte de carbono orgânico. Na Etapa 1, foram comparados dois inóculos, em reatores em batelada sequenciais (SBR) com biomassa imobilizada. Como inóculo, foi utilizada mistura de sedimento marinho e sedimento de mangue (SED-SBR) ou lodo de reator UASB (LAn-SBR). Na Etapa 2, foram avaliadas estratégias de enriquecimento da comunidade metanotrófica desnitrificante. Para tanto, foram operados dois SBRs: um com biomassa imobilizada (Imob-SBR) e outro com biomassa suspensa (Susp-SBR). Na Etapa 3, foi operado reator contínuo de leito fixo e estruturado e fluxo ascendente (Up-FSBR). Nas etapas 1 e 3, o metano suportou a ocorrência da desnitrificação e da manutenção celular. O consumo das formas nitrogenadas na Etapa 2 foi muito baixo e não foi possível concluir qual a melhor estratégia para enriquecimento da biomassa. Na Etapa 4, a biomassa retirada do Up-FSBR ao final da operação foi submetida a testes de endogenia. Foram operadas bateladas simples e, em cada uma, foi dosada apenas uma das formas nitrogenadas em condições com metano e sem metano. Os resultados mostraram que a redução das formas nitrogenadas é um processo paralelo à oxidação de metano. Na Etapa 5, foi avaliado o consumo de metano e de nitrato em SBR com biomassa suspensa em condições microaeradas e anóxicas. Foi observado que tanto a oxidação do metano quanto a redução do nitrato ocorrem em maior intensidade quando expostos a condições de microaerofilia. A análise dos resultados obtidos permite concluir que os organismos responsáveis pela redução de nitrato (MD) estabeleceram uma relação sintrófica com as bactérias oxidadoras de metano (MM). Observou-se que, quando as bactérias oxidadoras de metano foram estimuladas, a desnitrificação ocorreu em maior intensidade. / This work aimed to develop the methane (CH4) application as electron donor to denitrification under anoxic conditions for post-treatment of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) effluent, applied in sewage treatment systems. The study was conducted in five stages, in which methane was provided as the sole organic carbon source. In Stage 1, methanotrophic denitrification was assessed in Sequencing Batch Reactors (SBR) inoculated with a blend of marine and mangrove sediments (SED-SBR) or anaerobic sludge (LAn-SBR). For both inocula. In Stage 2, strategies for the enrichment of methanotrophic-denitrifying community were evaluated. Two SBRs were operated: in one of them, biomass was immobilized (Imob-SBR) while the other was inoculated with suspended biomass (Susp-SBR). In Stage 3, methanotrophic denitrification was addressed in an Upflow Fixed-Structured Bed Reactor (Up-FSBR). In Stages 1 and 3, methane supported denitrification and cellular maintenance. In Stage 2, the consumption of oxidized nitrogen compounds was too low, and it was not possible to conclude which is the better strategy for enrichment of the methanotrophic-denitrifying community. In Stage 4, the biomass withdrawn from Up-FSBR was subjected to endogeny tests, in batch reactors. In each batch reactor, only nitrite or nitrate was provided, and both methane and methane-free conditions were tested. It was observed that nitrite and nitrate reduction occurred as a marginal process. In Stage 5, methane oxidation coupled to denitrification was assessed under both anoxic and microoxic conditions and both processes were stimulated under the latter. The obtained data suggest denitrifiers established a syntrophic relationship with methane-oxidizers, and when the latter was stimulated, the denitrification also occurred in greater extent.

O principal objetivo deste trabalho foi a avaliação de estratégias que viabilizassem o uso do metano como doador de elétrons para desnitrificação em ambiente anóxico, visando à aplicação de tecnologia para pós-tratamento de efluente de reatores de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) aplicado no tratamento de esgoto sanitário. O trabalho foi dividido em cinco etapas, sendo que em todas elas o metano foi fornecido como única fonte de carbono orgânico. Na Etapa 1, foram comparados dois inóculos, em reatores em batelada sequenciais (SBR) com biomassa imobilizada. Como inóculo, foi utilizada mistura de sedimento marinho e sedimento de mangue (SED-SBR) ou lodo de reator UASB (LAn-SBR). Na Etapa 2, foram avaliadas estratégias de enriquecimento da comunidade metanotrófica desnitrificante. Para tanto, foram operados dois SBRs: um com biomassa imobilizada (Imob-SBR) e outro com biomassa suspensa (Susp-SBR). Na Etapa 3, foi operado reator contínuo de leito fixo e estruturado e fluxo ascendente (Up-FSBR). Nas etapas 1 e 3, o metano suportou a ocorrência da desnitrificação e da manutenção celular. O consumo das formas nitrogenadas na Etapa 2 foi muito baixo e não foi possível concluir qual a melhor estratégia para enriquecimento da biomassa. Na Etapa 4, a biomassa retirada do Up-FSBR ao final da operação foi submetida a testes de endogenia. Foram operadas bateladas simples e, em cada uma, foi dosada apenas uma das formas nitrogenadas em condições com metano e sem metano. Os resultados mostraram que a redução das formas nitrogenadas é um processo paralelo à oxidação de metano. Na Etapa 5, foi avaliado o consumo de metano e de nitrato em SBR com biomassa suspensa em condições microaeradas e anóxicas. Foi observado que tanto a oxidação do metano quanto a redução do nitrato ocorrem em maior intensidade quando expostos a condições de microaerofilia. A análise dos resultados obtidos permite concluir que os organismos responsáveis pela redução de nitrato (MD) estabeleceram uma relação sintrófica com as bactérias oxidadoras de metano (MM). Observou-se que, quando as bactérias oxidadoras de metano foram estimuladas, a desnitrificação ocorreu em maior intensidade. / This work aimed to develop the methane (CH4) application as electron donor to denitrification under anoxic conditions for post-treatment of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) effluent, applied in sewage treatment systems. The study was conducted in five stages, in which methane was provided as the sole organic carbon source. In Stage 1, methanotrophic denitrification was assessed in Sequencing Batch Reactors (SBR) inoculated with a blend of marine and mangrove sediments (SED-SBR) or anaerobic sludge (LAn-SBR). For both inocula. In Stage 2, strategies for the enrichment of methanotrophic-denitrifying community were evaluated. Two SBRs were operated: in one of them, biomass was immobilized (Imob-SBR) while the other was inoculated with suspended biomass (Susp-SBR). In Stage 3, methanotrophic denitrification was addressed in an Upflow Fixed-Structured Bed Reactor (Up-FSBR). In Stages 1 and 3, methane supported denitrification and cellular maintenance. In Stage 2, the consumption of oxidized nitrogen compounds was too low, and it was not possible to conclude which is the better strategy for enrichment of the methanotrophic-denitrifying community. In Stage 4, the biomass withdrawn from Up-FSBR was subjected to endogeny tests, in batch reactors. In each batch reactor, only nitrite or nitrate was provided, and both methane and methane-free conditions were tested. It was observed that nitrite and nitrate reduction occurred as a marginal process. In Stage 5, methane oxidation coupled to denitrification was assessed under both anoxic and microoxic conditions and both processes were stimulated under the latter. The obtained data suggest denitrifiers established a syntrophic relationship with methane-oxidizers, and when the latter was stimulated, the denitrification also occurred in greater extent.

Hidroeletricidade tem o potencial para mitigar as mudanças climáticas, embora a pegada de carbono desta fonte de energia ainda é questionada. O metano é um dos principais gases de efeito estufa e a emissão deste gás é ignorada nas avaliações de impacto ambiental de hidrelétricas. Fluxos de metano resultam do balanço entre dois processos microbianos: metanogênese e oxidação do metano. Dados coletados em reservatórios brasileiros, indicaram os parâmetros que configuram a distribuição destas comunidades microbianas. Descobrimos que o balanço entre a oxidação de metano e metanogênese, quantificada por abundâncias de genes (mcrA e pmoA), resulta em diferentes quantidades de metano. Para medir o efeito da mudança do uso do solo após a construção de um reservatório, avaliamos o potencial metanogênico com amostras em microcosmos simulando condições de alagamento. Informações geradas neste trabalho contribuirão para alcançar o desafio de projetos hidrelétricos: redução das emissões de gases de efeito estufa e garantir o fornecimento de energia no Brasil. / Hydropower has the potential to mitigate climate change, although carbon footprint of this renewal energy source is still questioned. Methane is one of the main greenhouse gases, but emission of this gas is ignored in environmental assessments of hydroelectricity impact. Methane fluxes result from the balance between two microbial processes: methanogenesis and methane oxidation. From data collected in Brazilian reservoirs we identify parameters that shape the balance of microbial communities related to methane We found that balance between metanogênese and methane oxidation, quantified by mcrA and pmoA gene abundances, result in different values for methane emissions. In order to measure the effect of land use change after a reservoir construction, we evaluate methanogenic potential from samples incubated in microcosms simulating flooded and anoxic conditions. Information acquired in this work will contribute to achieve the challenge for future hydropower projects: settles the reduction of emissions greenhouse gases and guarantee the supply of energy demands.

Hidroeletricidade tem o potencial para mitigar as mudanças climáticas, embora a pegada de carbono desta fonte de energia ainda é questionada. O metano é um dos principais gases de efeito estufa e a emissão deste gás é ignorada nas avaliações de impacto ambiental de hidrelétricas. Fluxos de metano resultam do balanço entre dois processos microbianos: metanogênese e oxidação do metano. Dados coletados em reservatórios brasileiros, indicaram os parâmetros que configuram a distribuição destas comunidades microbianas. Descobrimos que o balanço entre a oxidação de metano e metanogênese, quantificada por abundâncias de genes (mcrA e pmoA), resulta em diferentes quantidades de metano. Para medir o efeito da mudança do uso do solo após a construção de um reservatório, avaliamos o potencial metanogênico com amostras em microcosmos simulando condições de alagamento. Informações geradas neste trabalho contribuirão para alcançar o desafio de projetos hidrelétricos: redução das emissões de gases de efeito estufa e garantir o fornecimento de energia no Brasil. / Hydropower has the potential to mitigate climate change, although carbon footprint of this renewal energy source is still questioned. Methane is one of the main greenhouse gases, but emission of this gas is ignored in environmental assessments of hydroelectricity impact. Methane fluxes result from the balance between two microbial processes: methanogenesis and methane oxidation. From data collected in Brazilian reservoirs we identify parameters that shape the balance of microbial communities related to methane We found that balance between metanogênese and methane oxidation, quantified by mcrA and pmoA gene abundances, result in different values for methane emissions. In order to measure the effect of land use change after a reservoir construction, we evaluate methanogenic potential from samples incubated in microcosms simulating flooded and anoxic conditions. Information acquired in this work will contribute to achieve the challenge for future hydropower projects: settles the reduction of emissions greenhouse gases and guarantee the supply of energy demands.