Influência dos parâmetros operacionais e ambientais na metanogênese: uma revisão / Influence of operating and environmental parameters on methanogenesis: a review
Palavras-chave:
Metanogênese, Reatores Anaeróbios, Parâmetros Ambientais e Operacionais.Resumo
Este trabalho constitui-se de uma revisão da literatura dos parâmetros ambientais e operacionais que podem interferir na atividade metanogênica, sendo esta a etapa mais vulnerável a alterações do processo de digestão anaeróbia. A importância do controle operacional e ambiental na metanogênes e está em manter a conformidade do sistema de tratamento e em evitar o comprometimento da qualidade do biogás gerado e a qualidade final do efluente tratado na digestão anaeróbia. Dentre os parâmetros destaca-se, nesta revisão, a temperatura, o pH, o balanço nutricional e a competição microbiana. A temperatura é responsável por interferir no crescimento microbiano e seleção dos micro-organismo afetando a cinética bioquímica, sendo os reatores termofílicos mais eficazes na produção de biogás quando o efluente já se encontra nesta condição. O pH dentro da neutralidade garante a produção de metano e a estabilidade no sistema e em contrapartida a diminuição do pH leva a uma menor taxa de atividade metanogênica e instabilidade do sistema. A disponibilidade de nutrientes em concentrações adequadas para as comunidades de microrganismos presentes propicia os substratos necessários para a ocorrência da atividade microbiana responsável pela degradação da matéria orgânica e a manutenção da competição microbiana se faz necessária visandoa degradação de substratos e o favorecimento da metanogênese para a produção de biogás de boa qualidade.Referências
ALSINA, F.; VERSION, D. Modeling phosphorus (P), sulphur (S) and iron (Fe) interactions during the simulation of anaerobic digestion processes. In: Proceedings of the 14thWorld Congress on Anaerobic Digestion, v. 95, n. 1, 2015, p. 370-382.
APPELS, L.; BAEYENS, J.; DEGREVE J.; DEWIL, R. Principles and potential of the anaerobic digestion of waste-activated sludge. Progress in Energy and Combustion Science, v.34, n.6, 2008, p. 755-781.
BATSTONE, D. J.; LU, Y.; JENSEN, P. D. Impact of dewatering technologies on specific methanogenic activity. Water Research, v. 82, n.1 ,2015, p. 78-85.
BOHUTSKYI, P.; LIU, K.; NASR, L. K.; BYERS, N.; ROSENERG, J. N.; OYLER, G. A.; BETENBAUGH, M. J.; BOUWER, E. J. Bioprospecting of microalgae for integrated biomass production and phytoremediation of unsterilized wastewater and anaerobic digestion center. AppliedMicrobiologyandBiotechnology, v. 99, n. 14, 2015, p. 6139-6154.
BORGES, A. C.; PEREIRA, P. DOS A.; MATTOS, A. T. Partida de um reator anaeróbio horizontal para tratamento de efluentes do processamento dos frutos do cafeeiro. AgriculturalEngineering, v. 29, n.4, 2009, p. 661-669.
BROWN, T L.; H. E.; BURSTEN, B. E; BURDGE, J. R. Química la ciência central. 9 ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005, 1152p.
BUENO, R. DE F. Comparison Between Biodigesters Operated In Pilot Scale For Production Of Biogas Fed With Bovine Manure. Holos Environment, v. 10, n. 1, p. 111-125, 2010.
BUNTNER, D.; SPANJERS, H.; VAN LIER, J. B. The influence of hydrolysis induced biopolymers from recycled aerobic sludge on specific methanogenic activity and sludge filterability in an anaerobic membrane bioreactor. Water Research, v. 51, n. 15, 2014, p. 284-292.
CALLADO, N.; DAMIANOVIC, M. H. Z.; FORESTI, E. Influence of COD / [SO 4 2-] ratio and Na + concentration on the removal of organic matter and sulfate in UASB reactor. Sanitary and Environmental Engineering, v. 22, n. 2, 2016, p. 381-390.
CECCHI, F; PAVAN, P.; ALVAREZ, J. M.; BASSETTI, A.; COZZOLINO, C. Anaerobic digestion of municipal solid waste: Thermophilic vs. mesophilic performance at high solids. Waste Management and Research, v. 9, n. 4, 1991, p. 305–315.
CHERNICHARO, C. A. L. Anaerobic Reactors. Belo Horizonte: Ed. DESA-UFMG, v. 4, 2007, 175p.
CHERNICHARO, C. A. L. Reatores Anaeróbios - Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. 2 ed. Belo Horizonte: Ed. DESA-UFMG, v.5, 2007, 379p.
DAR, S. A.; KLEEREBEZEN, R.; STAMS, A. J. M.; KUENEN, J. G.; MUYZER, G. Competition and coexistence of sulfate-reducing bacteria, acetogens and methanogens in a lab-scale anaerobic bioreactor as affected by changing substrate to sulfate ratio. Environmental Biotechnology, v. 78, n. 6, 2008, p. 1045-1055.
DEMIREL, B.; SCHERER, P. The roles of acetotrophic and hydrogenotrophic methanogens during anaerobic conversion of biomass to methane: A review. Reviews in Environmental Science and Biotechnology, v. 7, n. 2, p. 173–190, 2008.
DURRUTY, I.; GONZALEZ, J. F. Effect of Alternative Nutrient Sources During Anaerobic Degradation of Potato Wastewater. Science, Technology and Development, v. 34, n. 2, 2015, p. 94-100.
GRIFFIN M. E.; MCMAHON K.D., MACKIE; R. I.; MACKIE, R. I. , RASKIN, L. Methanogenic population dynamics during start- up of anaerobic digesters treating municipal solid waste and biosolids . Biotechnology and Bioengineering, v. 57, n.3, 1998, p. 342-355.
JING, Z.; HU, Y.; NIU, Q.; LIU, Y.; LI, Y.; WANG, X. C. et al. UASB performance and electron competition between methane-producing archaea and sulfate-reducing bacteria in treating sulfate-rich wastewater containing ethanol and acetate. Bioresource Technology, v. 137, 2013, p. 349-357.
JORDÃO, E. P.; PESSOA, C. A. Tratamento de esgotos domésticos. 3. ed. Rio de Janeiro: ABES –Associação Brasileira de Engenharia Sanitária eAmbiental, 1995. 720 p.
KALYUZHNYI, S. V.; FEDOROVICH, V. V. Mathematical modeling of competition between sulfate reduction and methanogenesis in anaerobic reactores. Bioresource Technology, v. 65, n. 3, 1998, p. 227-242.
KUS, F.; WIESMANN, U. Degradation kinetics of acetate and propionate by immobilized anaerobic mixed cultures. Water Research, v. 29, n. 6, 1995, p. 1437–1443.
LEITE, W. R. M.; GOTTARDO, M.; PAVAN, P.; BELLI FILHO, P.; BOLZONELLA, D. Performance and energy aspects of single and two phase thermophilic anaerobic digestion of waste activated sludge. Renewable Energy, v. 86, 2016, p. 1324-1331.
LENS, P. N.; VISSER, A.; JANSSEN, A. J. H.; HULSHOFF, L. W.; LETTINGA, G. Biotechnological Treatment of Sulfate-Rich Wastewaters. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, v. 28, n. 1, 1998, p. 41-88.
LIAMLEAM, W., ANNACHHATRE, A. P. Electron donors for biological sulfate reduction. Biotechnology Advances, v. 25, n. 3, 2007, p 452-463.
MARONEZE, M. M.; ZEPKA, L. Q.; VIEIRA, J. G.; QUEIROZ, M. I.; LOPES, E. J. Phosphorus removal technology: Management of the element in industrial waste. Environmental and Water Magazine, v. 9, n. 3, 2014, p. 445-458.
MARTIN, E.; SAVADOGO, O.; GUIOTI, S. R.; TARTAKOVSKY, B. The influence of operational conditions on the performance of a microbial fuel cell seeded with mesophilic anaerobic sludge. Biochemical Engineering Journal, v. 51, n. 3, 2010 p. 132–139.
MOHAN, S. V.; RAO, N. C.; PRASAD, K. K.; SARMA P. N. Bioaugmentation of na anaerobic sequencing bath biofilm reactor (AnSBBR) with immobilized sulfate reducing bacteria (SRB) for the treatment of sulphate bearing chemical wastewater. Process Biochemistry, v. 40, 2005, p. 2849-2857.
NAKAKUBO, R.; MOLLER, H. B.; NIELSEN, A. M.; MATSUDA, J. Ammonia Inhibition of Methanogenesis and Identification of Process Indicators during Anaerobic Digestion. Environmental Engineering Science, v. 25, n. 10, 2088, p. 1487–1496.
O`FHARERTY, V.; LENS, P.; LEAHY, B.; COLLERAN, E. Long-term competition between sulfate-reducing and methane-producing bacteria during full-scale anaerobic treatment of citric acid production wastewater. Water Research, v. 32, n. 3, 1998, p. 815-825.
OMIL, F.; LENS, P.; VISSER, A., HULSHOFF POL, L. W.; LETTINGA, G. Long-term competition between sulfate reducing and methanogenic bacteria in UASB reactors treating volatile fatty acids. Biotechnology and Bioengineering, v. 57, n. 6, 1998, p. 676-685.
PRADO, M. A. C.; CAMPOS, C. M. M.; DA SILVA, J. F. A study on the variation of methane concentration in biogas produced from coffee wastewater. Ciencia e Agrotecnologia, v. 34, n. 2, 2010, p. 475–484.
RAJAGOPAL, R.; MASSÉ, D. I.; SINGH, G. A critical review on inhibition of anaerobic digestion process by excess ammonia. Bioresource Technology, v. 143, 2013, p. 632–641.
RASTOGI, G.; RENADE, D. R.; YEOLE, T. Y.; PATOLE, M. S.; SHOUCHE, Y. S. Investigation of methanogen population structure in biogas reactor by molecular characterization of methyl-coenzyme M reductase A (mcrA) genes. Bioresource Technology, v. 99, n. 13, 2008, p. 5317–5326.
SEGHEZZO, L.; ZEEMAN, G.; LIER, J.B.V.; HEMELERS, H. V. M.; LETTINGA, G. A review: The anaerobic treatment of sewage in UASB and EGSB reactors. BioresourceTecnhology, v.65, n. 3, 1998, p. 175-190.
SCHIRMACK, J.; ALAWI, M.; WAGNER, D. Influence of Martian regolith analogs on the activity and growth of methanogenic archaea, with special regard to long-term desiccation. Frontiers in Microbiology, v. 6, 2015, p. 1-12.
SHANMUGAM, P.; HORAN, N. J. Optimising the biogas production from leather fleshing waste by co-digestion with MSW. Bioresource Technology, v. 100, n. 18, 2009, p. 4117–4120.
SIEGRIST, H.; VOGT, D.; HERAS, J. L. G.; GUJER, W. Mathematical model for meso- and thermophilic anaerobic sewage sludge digestion. Environmental Science and Technology, v. 36, n. 5, 2002, p. 1113–1123.
SOUZA, M. E. DE. Fatores que influenciam a digestão anaeróbia. Revista DAE, v. 44, n. 137, 1984, p. 88-94.
SPEECE, R.E. Anaerobic biotechnology for industrial wastewater treatment. Nashville: Archae Press, 1996, 394p.
VAN DEN BRAND, T. P. H.; ROEST, K.; CHEN, G. H.; BRDJANOVIC, D.; VAN LOOSDRECHT, M. C. M. Long-Term Effect of Seawater on Sulfate Reduction in Wastewater Treatment. Environmental Engineering Science, v. 32, n. 7, 2015, p. 622-630.
YE, R.; JIN, Q.; BOHANNAN, B.; KELLER, J. K.; McALLISTER, S.; BRIDGHAM, S. D. PH controls over anaerobic carbon mineralization, the efficiency of methane production, and methanogenic pathways in peatlands across an ombrotrophic-minerotrophic gradient. Soil Biology and Biochemistry, v. 54, 2012, p. 36–47.
ZHOU, G. M.; FANG, H. H.P. Competition between methanogenesis and sulfidogenesis in anaerobic wastewater treatment. Water Science and Techonology, v. 38, n. 8-9, 1998, p. 317-324.
ZOMORANO, M.; PÉREZ, J. I. P.; PÁVES, I.; RIDAO, A. R. Study of the energy potential of the biogas produced by an urban waste landtill in Southern Spain.Renewable and Sustainable Energy Reviews, v.11, n. 5, 2007, p. 909-922.
ZUO, Z.; DRAINAGE, B.; CO, G. Effects of organic loading rate and effluent recirculation on the performance of two-stage anaerobic digestion of vegetable waste. Bioresource Technology, v.146, 2013, 556-561.
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
- O conteúdo dos artigos é de responsabilidade exclusiva dos autores.
- É permitida a reprodução total ou parcial do conteúdo dos artigos, desde que citada a fonte.
- Artigos com plágio serão recusados, e o autor do plágio perderá o direito de publicar nesta revista.
- Os nomes e endereços informados nesta revista serão utilizados exclusivamente para os serviços prestados por esta publicação e não estão disponíveis para outros fins ou a terceiros.
- Depois de enviar os artigos, os autores cedem os direitos autorais de seus artigos ao BJAER. Se você se arrepender da submissão, o autor tem o direito de solicitar ao BJAER que não publique seu artigo. Porém, essa solicitação deve ocorrer até dois meses antes da divulgação do número que o artigo será publicado.
- O BJAER usa a licença Creative Commons CC BY. Informações sobre esta licença podem ser encontradas em: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
Brazilian Journal of Animal and Environmental Research (BJAER) se reserva o direito de efetuar nos originais alterações de ordem normativa, ortográfica e gramatical, com vistas a manter o padrão culto da língua, respeitando, porém, o estilo dos autores. Os trabalhos finais não serão enviadas aos autores.