Adriane Maranho Monica M. Imagawa Suzane Miorelli

1. Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos Reator de Batelada em Seqüência como Ferramenta para o Enriquecimento de Microorganismos Responsáveis pelo Processo de Oxidação Anaeróbia do Amônio - ANAMMOX Adriane Maranho Monica M. Imagawa Suzane Miorelli Florianópolis, 23 de Junho de 2005

2. APRESENTAÇÃO DO TRABALHO • Introdução • Vantagens e desvantagens • Metodologia • Resultados • Conclusões • Bibliografia

3. INTRODUÇÃO FONTES DE NITROGÊNIO AMONIACAL • Proteína • São provenientes do esgoto doméstico (uréia) • Dejetos animais • Efluentes industriais altamente protéicos • Outros efluentes (insumos contendo amônio)

4. CONSEQÜÊNCIAS DA EMISSÃO DE NITROGÊNIO AMONIACAL • Pode comprometer o equilíbrio ambiental • Amônia livre (alto pH) é tóxico • Pode ocasionar a morte de organismos aquáticos • Em combinação com P causa a eutrofização • Legislação ambiental rígida: emissão máxima permitida (N-Total):10 mg/L – Santa Catarina

5. HISTÓRICO • Até a década de 90, apenas processos aeróbios vinham sendo discutidos para oxidação do amônio • BRODA (1977) comprovou que a oxidação anóxica do íon amônia é energicamente mais favorável que o processo aeróbio (nitrificação) • Dez anos mais tarde evidenciou-se a existência de bactérias quimiolitoautotróficas (ANAMOX)

6. POSSIBILIDADES TECNOLÓGICAS DE REMOÇÃO DE N-NH4+ • Tradicional • Processo de nitrificação • Desnitrificação com o ácido acético: • 5CH3COOH + 8NO3- 4N2 + 6H2O + 10 CO2 + 8 OH-G= -936,6 kcal

7. Desnitrificação • DBO • Ausência de O2 Nitrificação • Baixa relação C/N • Presença de O2 N2 Afluente NO3--N DBO + NH4+ NO3--N NO3--N N2 NH4+-N +DBO Recirculação do efluente Recirculação do lodo PROCESSO DE NITRIFICAÇÃO E DESNITRIFICAÇÃO

8. NOVOS PROCESSOS DE REMOÇÃO DE N-NH4+ Desnitrificação autotrófica por Nitrosomonas ANAMMOX por bactérias da família Plantomycetae Oxidação anaeróbia do amônioG kJ . NH4 mol-1 NO2 + NH4+ N2 + 2 H2O -358

9. VANTAGENS E DESVANTAGENS DESNITRIFICAÇÃO E NITRIFICAÇÃO • Alto consumo de O2 • Adição de DBO para a desnitrificação • Elevada produção de lodo

10. PROCESSO ANAMMOX • A economia de energia; • Não necessita de adição de carbono (DBO); • Baixa produção de lodo (biomassa); • Eficiência elevada, alta velocidade de eliminação de nitrogênio.

11. ETAPAS DO TRABALHO METODOLOGIA Reator RBS Anaeróbio (2,5 L) Reator RBS Aeróbio (20 L) CASAN

12. ILUSTRAÇÃO DO REATOR RBS

13. REATOR DE BATELADA EM SEQÜÊNCIA (RBS) • mantido sob atmosfera livre de oxigênio; • pH entre 7.5 e 8.0; • temperatura mantida a 350C; • alimentado com meio autotrófico (amônio e nitrito); • TRH de 5 dias; • acompanhado por análises químicas (amônia, nitrito e nitrato) seguindo metodologias propostas pelo StandardMethods • acompanhado por análises microbiológicas (NMP de bactérias nitrificantes)

14. COMPOSIÇÃO DO MEIO ANAMMOX (VAN DE GRAAF, 1996): Componentes Concentração (mg.L-1) (NH4)2SO4 330 NaNO2 345 KHCO3 500 MgSO4 300 CaCl2 180 Micronutrientes 1mL.L-1

15. 10 h 12.5 h 24 h CICLO DO REATOR DE BATELADA SEQÜENCIADA 1 2 3 1.5h 1. Retirada do sobrenadante 2. Alimentação 3. Reação 1.1 1.2 1.3 1.4 25 min 30 min 5 min 30 min 1,5 h 1.1 Agitação e decantação 1.2 Retirada do sobrenadante 1.3 Controle do pH 1.4 Borbulhamento do reator e do meio de alimentação

16. Eficiência = (CN)E – (CN)S *100 (CN)E CN = concentração N-NH4 + N-NO2 + N-NO3 (mg.L-1) DETERMINAÇÃO DA CARGA DE NITROGÊNIO DETERMINAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO DE NITROGÊNIO q = carga de nitrogênio (mgN.L-1.d-1)

17. RESULTADOS 1 2 3 4 Acompanhamento do reator durante o período de 542 dias

18. 1° Estado Estacionário (107 a 241 dias)

19. 2° Estado Estacionário (430 a 542 dias)

20. CINÉTICA DE CONSUMO DE NO2 E NH4  NH4 = 0,41 mgN-NH4/gSST-1. h-1  NO2= 0,43mgN-NO2/gSST-1. h-1 Para X =1,08gSST

21. ACOMPANHAMENTO POR NMP DE NITRIFICANTES

22. CONCLUSÕES • A partir deste trabalho foi possível verificar a oxidação anaeróbia do íon amônio a partir de um lodo “comum”. • O consumo equimolar de amônio e nitrito gerando nitrogênio gasoso sugere fortemente que a eliminação de nitrogênio observada seja realizada pelo processo ANAMMOX ou desnitrificação autotrófica por Nitrosomonas. • Técnicas de biologia molecular como “Fluorescence in situ Hibridization-(FISH)” permitirão identificar o processo estabelecido.

23. BIBLIOGRAFIA • APHA, AWWA, WEF.. “Standard methods for the examination of water and wastewater”. 19th. edn. American Public Health Association. Washington, DC. 1995. • CATALDO, D. A.; HAROON, M.; SCHRADER, L. E.; YOUNGS, V. L. “Rapid colorimetric determination of nitrate in plant tissue by nitration of salicylic acid”.Comum Soil Sci Plant Anal. 6:71-80. 1975. • JETTEN, M.S.M.; STROUS, M.; VAN DE PAS-SCHOONEN, K.T.; SCHALK, J.; VAN DONGEN, U.G.J.M.; VAN DE GRAAF, A. A.; LOGEMANN, S.; MUYZER, G.; VAN LOOSDRECHT, M.C.M.; KUENEN, J.G.. “The anaerobic oxidation of ammonium”. FEMS Microbiology Reviews 22, pp. 421-43. 1999. • VAN DE GRAAF, A. A.; BRUIJN, P.; ROBERTSON, L. A.; JETTEN, M.; KUENEN, J. G.. “Metabolic Pathway of Anaerobic Ammonium Oxidation on the Basis of 15N Studies in a Fluidized Bed Reactor”. Microbiology, 143, pp. 2415-2421. 1997. • VON SPERLING, M.. “Princípio do Tratamento Biológico de Águas Residuárias – Lodos Ativados”.Vol. 4. 2ª edição. Editora FCO. UFMG. Belo Horizonte. Minas Gerais. 2002.