Revisão Bibliográfica 16 2.2. DIGESTÃO ANAERÓBIA 2.2.1

Revisão Bibliográfica
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2.2. DIGESTÃO ANAERÓBIA
2.2.1. Etapas da digestão anaeróbia
A despoluição da água residuária industrial tem sido cada vez mais fonte de
estudos para evitar impactos ambientais. A decomposição anaeróbia da matéria
orgânica pode ser considerada como uma das mais antigas tecnologias para
estabilização do efluente.
O tratamento anaeróbio converte os poluentes orgânicos (DQO, DBO)
presentes na água residuária em pequena quantidade de lodo e uma grande
quantidade de biogás (metano e dióxido de carbono), restando uma fração de difícil
degradação.
A degradação biológica de compostos orgânicos complexos ocorre em
vários estágios bioquímicos consecutivos (reações em cadeia), cada qual realizado
por diferentes grupos de microrganismos específicos. Vários produtos intermediários
são continuamente gerados e imediatamente processados, havendo a necessidade
dos vários estágios ocorrerem na mesma velocidade a fim de evitar distúrbios, como
o acúmulo de ácidos, que pode resultar na falência do reator. Isso também pode
ocorrer se não houver monitoramento de variáveis importantes para o controle da
digestão anaeróbia como, por exemplo, temperatura, pH, nutrientes, taxa de
carregamento orgânico e produção de metano por microrganismos (RAJESHWARI
et al., 2000).
Simplificando o processo de degradação, quatro fases principais podem ser
distinguidas (Figura 2.2), podendo haver a inclusão de uma quinta fase, dependendo
da composição química do despejo a ser tratado, como a seguir:
Hidrólise: hidrólise de materiais particulados complexos (polímeros)
em materiais dissolvidos mais simples (moléculas menores), os quais podem
atravessar as paredes celulares dos microrganismos fermentativos. Esta conversão
de materiais particulados em materiais dissolvidos é conseguida através da ação de
exoenzimas excretadas pelas bactérias fermentativas hidrolíticas.
Acidogênese: os produtos solúveis oriundos da fase de hidrólise são
metabolizados no interior das células das bactérias fermentativas, sendo convertidos
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em diversos compostos mais simples, os quais são então excretados pelas células.
Os compostos produzidos incluem ácidos graxos voláteis, álcoois, ácido lático, gás
carbônico, hidrogênio, amônia e sulfeto de hidrogênio, além de novas células
bacterianas. Como os ácidos graxos voláteis são os principais produtos dos
organismos fermentativos, estes são usualmente designados de bactérias
fermentativas acidogênicas (exemplo, espécies Clostridium e Bacteroids).
Acetogênese: as bactérias acetogênicas são responsáveis pela
oxidação dos produtos gerados na fase acidogênica em substrato apropiado para as
bactérias metanogênicas. Os produtos gerados pelas bactérias acetogênicas são o
hidrogênio, o dióxido de carbono e o acetato.
Metanogênese: etapa final do processo de degradação anaeróbia de
compostos orgânicos em metano e dióxido de carbono efetuada pelas arqueas
metanogênicas. Em função de sua afinidade por substrato e magnitude de produção
de metano, as metanogênicas são divididas em dois grupos principais:
Metanogênicas acetoclásticas: formam metano a partir do ácido
acético ou metanol. São os microrganismos predominantes na digestão anaeróbia,
responsáveis por cerca de 60 a 70 % de toda a produção de metano. Pertencem a
dois gêneros principais: Methanosarcina (formato de cocos) e Methanosaeta
(formato de filamentos).
Metanogênicas
hidrogenotróficas:
praticamente
todas
as
espécies conhecidas de bactérias metanogênicas são capazes de produzir metano a
partir de hidrogênio e dióxido de carbono. Os gêneros mais frequentemente isolados
em
reatores
anaeróbios
são:
Methanobacterium,
Methanospirillum
e
Methanobrevibacter.
Sulfetogênese: a produção de sulfetos é um processo no qual o
sulfato e outros compostos a base de enxofre são utilizados como aceptores de
elétrons durante a oxidação de compostos orgânicos. Durante este processo,
sulfato, sulfito e outros compostos sulfurados são reduzidos a sulfeto, através da
ação de um grupo de microrganismos anaeróbios estritos, denominadas bactérias
redutoras de sulfato (ou bactérias sulforedutoras).
Na presença de sulfato, as bactérias redutoras de sulfato (BRS) passam a
competir com os microrganismos fermentativos, acetogênicos e metanogênicos
pelos substratos disponíveis. A importância dessa competição bacteriana é maior
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quando ocorre o aumento da concentração relativa de SO4-2 em relação à
concentração de DQO.
Orgânicos Complexos
(Carboidratos, Proteínas, Lipídeos)
Bactérias Fermentativas
(Hidrólise)
Orgânicos Simples
(Açúcares, Aminoácidos, Peptídeos)
Bactérias Fermentativas
(Acidogênese)
Ácidos Orgânicos
(Propionato, Butirato, etc)
Bactérias Acetogênicas
(Acetogênese)
Bactérias acetogênicas produtoras de hidrogênio
H2 + CO2
Acetato
Bactérias acetogênicas consumidoras de hidrogênio
Bactérias Metanogênicas
(Metanogênese)
Metanogênicas
hidrogenotróficas
CH4 + CO2
Metanogênicas
Acetoclásticas
Bactérias Redutoras de Sulfato
(Sulfetogênese)
H2S + CO2
Figura 2.2 - Seqüências metabólicas e grupos microbianos envolvidos na digestão
anaeróbia (com redução de sulfato). Fonte: Chernicharo (1997).