Artigo de investigação

Digestão anaeróbica aprimorada bioquimicamente de águas residuais de cervejaria em temperatura ambiente: desempenho, rendimento de metano e eficiência energética

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DOI:

10.3791/70884

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31 de julho de 2026

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1Department of Civil and Environmental Engineering, Carleton University, 2Department of Bioresource Engineering, McGill University

Neste artigo

Resumo

Um sistema contínuo de digestão anaeróbica aprimorada bioeletroquimicamente (BEAD) foi desenvolvido para tratamento de águas residuais em cervejarias, demonstrando melhoria na remoção da demanda química de oxigênio, degradação de ácidos graxos voláteis, produção de metano e eficiência energética em comparação à digestão anaeróbica convencional sob operação em temperatura ambiente.

Resumo

A digestão anaeróbica aprimorada bioeletroquimicamente (BEAD) emergiu como uma abordagem promissora para melhorar a produção de metano e a estabilidade do processo durante o tratamento de águas residuais industriais de alta resistência. Neste estudo, um reator BEAD de fluxo ascendente contínuo foi operado por 365 dias para avaliar seu desempenho no tratamento de águas residuais reais de cervejaria à temperatura ambiente (22–24 °C). Os efeitos da taxa de carga orgânica (OLR; 1–7 g sCOD/L∙d), do tempo de retenção hidráulica (HRT) e do potencial aplicado (1,2 V) na remoção de matéria orgânica, degradação de ácidos graxos voláteis (VFA), produção de metano e eficiência energética foram sistematicamente investigados e comparados com a digestão anaeróbica (DA) convencional. O sistema BEAD alcançou alta eficiência de remoção de demanda química de oxigênio (COD) (>92%) em OLRs de até 5 g sCOD/L∙d e demonstrou degradação superior de AGV complexos, particularmente ácidos propiônico e butírico. O rendimento de metano aumentou com o aumento do OLR, atingindo um máximo de 0,35 LCH₄/g sCODremovido com um OLR de 7 g sCOD/L∙d. Comparado ao DA, o BEAD aumentou a produção de metano em 16–30% em OLRs mais altos, mantendo a qualidade estável do biogás (≈74–75% CH₄). Embora encurtar a HRT em OLRs altos tenha reduzido o desempenho geral, o BEAD consistentemente superou o AD. O sistema apresentou alta eficiência energética (~1000%), sugerindo que poderia servir como um candidato robusto e altamente eficiente em energia para o tratamento de águas residuais de cervejarias em regiões frias.

Introdução

A poluição da água continua sendo uma preocupação global significativa, prejudicando a saúde humana e perturbando os ecossistemas. A indústria cervejeira está entre as maiores geradoras industriais de águas residuais, produzindo de 3 a 10 L de águas residuais por litro de cerveja. 1,2. O consumo global de cerveja resultou na produção de 188Mm 3 de cerveja em 2023, classificando-se como a quinta bebida mais consumida nomundo, 3,4. A cerveja também é uma bebida popular no Canadá, como evidenciado pelo aumento no número de cervejarias de 1.120 em 2019 para 1.210 em 20205.

As cervejarias gerenciam principalmente suas águas residuais despejando-as nos sistemas municipais de esgoto, seja diretamente ou após o pré-tratamento. No entanto, estações convencionais de tratamento de esgoto (WWTPs) frequentemente enfrentam efluentes industriais de alta resistência, levando a limites regulatórios em muitos países 2,6,7. Em muitos casos, governos municipais podem impor sobretaxas sobre efluentes de alta resistência para desencorajar tais descargas, potencialmente levando a custos operacionais maiores para ascervejarias 8. Portanto, as cervejarias devem tomar medidas para gerenciar suas águas residuais de forma mais eficaz e a um custo menor. Instalar sistemas de tratamento no local que não apenas reduzem as cargas poluentes, mas também aproveitem o potencial energético dos compostos orgânicos nas águas residuais da cervejaria, oferece uma alternativaviável 9.

Processos anaeróbicos podem tratar efetivamente águas residuais de alta resistência com baixo consumo de energia, enquanto convertem resíduos em biogás, que pode então ser transformado em eletricidade, gás renovável ou energiatérmica 10. A digestão anaeróbica (DA) é um processo indireto de transferência de elétrons interespécies (IIET) no qual intermediários transferem elétrons entre bactérias acidogênicas e arqueias metanogênicas por meio de reações enzimáticascomplexas 11. No entanto, essas reações enfrentam limitações termodinâmicas que impedem a transferência completa de elétrons dos substratos iniciais para o metano, levando a perdas notáveis de elétrons e à redução da produção demetano 12. A estabilidade do AD é influenciada por esses mecanismos de transferência de elétrons, e as perturbações frequentemente levam ao acúmulo de intermediários, como hidrogênio ou VFAs (ácidos graxos voláteis). O desequilíbrio entre bactérias acidogênicas e metanogênicos é um fator primário que contribui para esse acúmulo. Altas taxas de carga orgânica (OLRs) nas águas residuais da cervejaria podem agravar esse desequilíbrio, excedendo a capacidade dos metanogênios de utilizar os VFAs13 produzidos.

A digestão anaeróbica bioeletroquimicamente aprimorada (BEAD) utiliza transferência direta de elétrons interespécies (DIET) para transferir elétrons diretamente de substratos orgânicos para o metano, contornando o IIET, mais lento e menos eficiente, no AD convencional. Na DIET, os elétrons são transferidos diretamente entre espécies microbianas por meio de citocromos, pilos condutores ou agregados multiespécies, sem a necessidade de um shuttle intermediáriode elétrons 12. Sistemas BEAD utilizam correntes elétricas externas para aumentar a degradação de VFAs de cadeia curta, como butirato e propionato, tornando o processo mais estável do que o ADconvencional 14,15,16. Além disso, os sistemas BEAD promovem interações microsinsuficientes sintróficas, que aceleram a produção de metano a partir da melhora na quebra geraldo VFA 17. Estudos mostraram que o BEAD pode aumentar os rendimentos de metano em comparação com o AD convencional devido a vias adicionais de metanogênese, como a captação direta de elétrons de eletrodos (eletrometanogênese)18,19.

A pesquisa sobre águas residuais de cervejarias no BEAD é limitada, com a maioria dos estudos realizada em temperaturas mesofílicas (30–35 °C) ou utilizando águas residuaissintéticas 20,21,22,23,24,25. Embora as condições mesofílicas sejam ideais para vários microrganismos, otimizar o sistema BEAD em temperatura ambiente (22–24 °C) é crucial para aplicações práticas, especialmente em regiões frias como o Canadá. Além disso, usar águas residuais reais de cervejaria oferece uma representação mais precisa dos desafios encontrados em cenários do mundo real. Este estudo visa preencher lacunas importantes avaliando parâmetros críticos para tratamento e produção de metano a partir de águas residuais reais de cervejaria em um reator BEAD em temperatura ambiente.

A taxa de carga orgânica (LL) é um parâmetro operacional importante nos sistemas BEAD, refletindo a capacidade do sistema de processar compostos orgânicos de forma eficaz. Um alto OLR pode levar ao acúmulo excessivo de ácido, potencialmente dificultando a metanogênese. Portanto, é crucial gerenciar o OLR para alcançar a eficiência ideal do tratamento e a produçãode metano 26,27. Os pesquisadores investigaram principalmente o impacto do OLR no desempenho do BEAD usando uma mistura sintética de ácidosorgânicos 28,29,30,31, lodo ativado por resíduos (WAS)26, resíduos de plantasde tomate 32, resíduosalimentares 33 e polpa delixo 34. A maioria dos estudos sobre BEAD com águas residuais de cervejarias utilizou OLRs baixos, e apenas um estudo avaliou o impacto de diferentes OLRs na eficiência do BEAD no tratamento das águas residuais das cervejarias. Pan et al.22 relataram que a produção de metano aumentou gradualmente com o OLR, alcançando 5,64 L/L∙d com um OLR de 20 g COD/L∙d, superando o AD convencional sob condições mesofílicas (35 °C). Além disso, enquanto o desempenho do AD caía em OLRs elevados, o sistema BEAD permanecia estável mesmo em OLRs mais altos. Até onde sabemos, nenhum estudo explorou o impacto do OLR no desempenho do BEAD usando águas residuais reais de cervejarias em temperatura ambiente. Portanto, este estudo tem como o objetivo é examinar como diferentes OLRs afetam a degradação das águas residuais reais das cervejarias e a subsequente produção de metano à temperatura ambiente.

A tensão aplicada é outro parâmetro operacional importante nos sistemas BEAD. A tensão aplicada promove o crescimento de metanogênios hidrogenotróficos, aumentando assim a estabilidade do processo. Além disso, a tensão fornecida afeta a produção de metano, bem como a resistência interna dentro dosistema 35,36,37. Apenas um número limitado de estudos explorou como a ausência/presença de voltagem impacta o desempenho do BEAD com águas residuais decervejarias 20,21,25. Por exemplo, Guo et al.21 testaram três reatores BEAD com diferentes razões cátodo-ânodo de 1, 2,5 e 4 cm2/cm3 a 35 °C usando águas residuais sintéticas de cervejaria, descobrindo que um sistema de circuito fechado (0,9 V) aumentou a produção de metano em 42%, 121% e 61%, respectivamente, em comparação com um circuito aberto (0 V). No entanto, pesquisas usando águas residuais reais de cervejaria em temperatura ambiente permanecem limitadas, destacando a necessidade de investigações adicionais.

O principal objetivo deste estudo foi investigar a viabilidade e o desempenho de um sistema de digestão anaeróbica bioeletroquímicamente aprimorada (BEAD) para tratar águas residuais reais de cervejaria em temperatura ambiente (22–24 °C). Comparado a estudos anteriores do BEAD conduzidos principalmente sob condições mesofílicas, este estudo enfatiza a operação de longo prazo do BEAD à temperatura ambiente, o que é de particular importância para engenharia porque evita a necessidade de aquecimento contínuo do reator e reduz a demanda de energia. Especificamente, o estudo avaliou os efeitos das diferentes taxas de carga orgânica (OLRs) e o impacto da tensão aplicada na degradação das águas residuais, estabilidade do processo e produção de metano. Ao operar um reator BEAD sob condições controladas, este estudo teve como objetivo identificar parâmetros operacionais ideais que aumentem a decomposição dos ácidos graxos voláteis (VFA) e o rendimento de metano, mantendo a estabilidade do sistema. Espera-se que os resultados forneçam insights práticos sobre a aplicação da tecnologia BEAD para o tratamento de águas residuais em cervejarias no local.

Protocolo

Não foi necessária aprovação ética para este estudo, pois não envolveu participantes humanos nem animais envolvidos. As amostras de águas residuais e lodo foram coletadas e tratadas de acordo com os protocolos padrão de segurança laboratorial.

Alimentação e inóculo

Inicialmente, o acetato de sódio era usado como fonte suplementar de carbono para iniciar a atividade microbiana nos reatores. Após a partida do reator, as águas residuais reais da cervejaria obtidas da Dominion City Brewing Co., em Ottawa, foram introduzidas gradualmente, substituindo gradualmente o acetato de sódio (aproximadamente 5 dias). As características das amostras de águas residuais da cervejaria (Tabela 1) variaram a cada lote (17 lotes no total), permitindo avaliar a adaptabilidade do sistema às condições do mundo real. Em Dominion City, sólidos como lúpulo e levedura são separados antes que as águas residuais sejam coletadas em dois tanques finais. Amostras em lote foram coletadas desses tanques, transportadas para o laboratório e centrifugadas a 12.000 × g sob temperatura ambiente (22 °C) para remover sólidos residuais. O sobrenadante resultante era armazenado a 4 °C até o uso. O inóculo era um lodo mesofílico anaeróbicamente digerido coletado no Centro Ambiental Robert O. Pickard (ROPEC) em Ottawa. Antes de sua introdução, o lodo foi aclimatado com as águas residuais da cervejaria centrifugada em garrafas de vidro de 500 mL por 14 dias a 480 × g sob temperatura ambiente (22 °C).

Configuração do reator

Este estudo utilizou um reator BEAD de fluxo ascendente de câmara única feito de vidro cilíndrico (435 mm de altura, 54 mm de diâmetro), com volume total de 1 L e volume efetivo de trabalho de 0,65 L. O influente era alimentado no reator usando uma bomba peristáltica e controlado por um temporizador digital para controlar a taxa de alimentação. Para melhorar a mistura e a transferência de massa gás-líquido, um circuito de recirculação conectava a parte superior e inferior do reator (Figura 1A), mantido a 70 mL/min usando uma segunda bomba peristáltica. Os eletrodos consistiam em quadrados de feltro de carbono empilhados de 25 mm × 25 mm, com altura total de 130 mm (Figura 1B,C). Um separador geotêxtil não condutor de 3 mm de espessura, com perfurações de 2 mm, foi colocado entre o ânodo e o cátodo para evitar contato, resultando em um espaçamento de eletrodos de 3 mm. O ânodo foi posicionado acima do cátodo para evitar que o gás hidrogênio escapasse para o saco de gás, dada a baixa solubilidade do hidrogênio em água. Um fio de titânio de 1 mm de espessura revestido com óxido metálico misturado de irídio (Ir-MMO) foi inserido no feltro de carbono e serviu como coletor de corrente para ambos os eletrodos. Os coletores de corrente estavam conectados a um potencióstato (AUTM101. S, Metrohm, Suíça), que era usada para aplicar e manter um potencial controlado entre os eletrodos e monitorar continuamente a resposta eletroquímica do sistema. Uma tensão aplicada de 1,2 V foi mantida entre o ânodo e o cátodo durante toda a operação do reator. O reator AD, usado como grupo de controle neste estudo, tinha a mesma configuração do reator BEAD, mas operava sem potencial aplicado.

Desenho experimental e procedimento

O estudo foi realizado ao longo de 365 dias, incluindo 17 fases operacionais (10–20 dias cada) distribuídas em três estágios principais, cada uma avaliando o desempenho do reator BEAD sob diferentes condições operacionais. Antes da coleta de dados, cada fase era operada até que condições estáveis fossem alcançadas. Essa duração estendida permitiu a avaliação do desempenho e estabilidade de longo prazo do BEAD, em contraste com estudos típicos de curto prazo ou em modo batch. O uso de múltiplos lotes de águas residuais reais de cervejaria introduziu variabilidade composicional; No entanto, o desempenho do reator foi avaliado sob condições de estado estacionário em cada fase, garantindo que os resultados relatados reflitam o comportamento estável do sistema, e não flutuações de curto prazo.

Fases de inicialização: Inicialização do reator (impacto da relação influente VFA/sCOD)

O reator BEAD foi inoculado com 350–400 mL de lodo anaeróbico pré-aclimatado. Inicialmente operado em modo lote com acetato de sódio e potencial aplicado de 1,2 V, o sistema manteve uma alta HRT de 16 dias para apoiar o crescimento de microrganismos eletroativos enquanto minimizava o lavado da biomassa. Após duas semanas, o reator fez a transição para operação de fluxo contínuo, utilizando acetato de sódio com OLR de 2 g sCOD/L∙d com uma vazão diária de 120–130 mL, resultando em uma HRT de 5 dias. Uma vez estável, o alimento foi gradualmente substituído por águas residuais da cervejaria: primeiro a 70%/30% (acetato/águas residuais), depois a 50%/50% e, finalmente, a 80%/20% antes de atingir 100% de águas residuais da cervejaria (Tabela 2). Esta etapa também avaliou o impacto de diferentes razões influentes VFA/sCOD no desempenho do BEAD, já que o acetato de sódio tem uma composição de VFA mais simples do que os VFAs mais complexos nas águas residuais das cervejarias, que influenciam a atividade microbiana e a produção de metano. Os resultados desta etapa foram discutidos no Arquivo Suplementar 1 (Figuras Suplementares 1–5 e Tabela Suplementar 1)12,38,39,40,41,42.

Quando o alimentador foi transferido para 100% de águas residuais de cervejaria com um OLR de 2 g sCOD/L∙d, o rendimento de metano caiu em comparação com o alimento apenas acetato. Testes de inibição, Arquivo Suplementar 1 (Tabela Suplementar 2), confirmaram que a inibição das águas residuais da cervejaria não era o principal problema. Portanto, o OLR foi aumentado para estimular a atividade microbiana com maior disponibilidade de substrato. A recuperação do reator e os testes inibitórios foram realizados durante um intervalo de três meses entre as fases 5 e 6. Durante esse período, o reator operou continuamente sob condições controladas utilizando águas residuais da cervejaria, enquanto experimentos adicionais foram realizados para avaliar potenciais compostos inibitórios, incluindo nitrogênio total de amônia (TAN), sulfato, sulfeto, peróxido de hidrogênio (H₂O₂) e ácido peracético (PAA). Os resultados confirmaram que nenhum desses compostos estava presente em concentrações inibitórias. O reator foi mantido sob condições operacionais estáveis até que o desempenho em estado estacionário fosse restabelecido, conforme indicado pela produção consistente de metano, remoção de COD e degradação do VFA. As fases experimentais subsequentes foram retomadas somente após a confirmação de que o desempenho do reator havia se estabilizado e era comparável às condições pré-lacuna. Os dados desse período de recuperação e testes foram omitidos da análise para garantir consistência entre as fases operacionais definidas.

Etapa 1: Impacto do OLR

Nessa etapa, o reator BEAD foi alimentado exclusivamente com águas residuais da cervejaria para explorar o efeito dos OLRs variáveis (1–7 g sCOD/L∙d) sob um potencial aplicado de 1,2 V (Tabela 2). A variação nos níveis de COD das águas residuais das cervejarias também levou a flutuações na HRT, especialmente no OLR mais alto (7* g sCOD/L∙d), onde experimentos foram realizados sob duas HRTs de 2 e 4 dias (* indica HRT diferente no mesmo OLR de 7 g sCOD/L∙d; 7 g sCOD/L∙d é HRT em 3–4 dias, 7* g de sCOD/L∙d é HRT em 2 dias). Isso permitiu avaliar como a THS influenciava a produção de metano, a degradação do substrato e a eficiência geral do processo.

Etapa 2: Impacto do potencial aplicado

Esta etapa avaliou o efeito da presença ou ausência do potencial aplicado (1,2 V) no desempenho do reator e na produção de metano utilizando águas residuais de cervejaria. O reator de controle sem potencial aplicado (AD) e o reator BEAD foram testados em OLRs de 2, 3, 5 e 7 g sCOD/L∙d. O controle AD era operado como um reator separado com a mesma configuração do reator BEAD, mas sem potencial aplicado. Ambos os reatores operaram em paralelo sob condições comparáveis. Além disso, com um OLR de 7* g sCOD/L∙d, a HRT foi reduzida de 4 para 2 dias, permitindo uma investigação sobre o impacto do potencial aplicado sob uma HRT mais curta (Tabela 2).

Métodos analíticos

Sólidos Totais (TS) e Sólidos Voláteis (VS) foram medidos usando o Método Padrão 168443. O COD solúvel (sCOD) foi analisado usandoo Método Padrão 44 do COD com tubos de reagente. Antes da análise, as amostras eram filtradas usando um filtro a vácuo equipado com uma membrana do tamanho de um poro de 0,45 μm. A concentração de amônia foi determinada usando o kit de reagentesde amônia 45. O sulfato foi medido usando o kit de reagentessulfato 46. O sulfeto foi analisado usando o kit de reagentesde sulfeto 47. Todas as análises HACH foram realizadas usando o espectrofotômetro. Peróxido de hidrogênio e ácido peracético foram medidos usando o kit de teste de ácido peracético pelo método do frasco conta-gotas. O biogás era coletado em um saco coletor de gás, e seu volume era quantificado diariamente usando uma seringa hermética a gases, com todas as medições realizadas em triplicado. A composição do biogás foi analisada usando um microcromatografo gasoso (GC), com argônio como gás transportador, um detector de TCD e uma temperatura de injeção de 110 °C. Os volumes de biogás foram medidos diretamente a partir de sacos de coleta de gás e são reportados como valores medidos sob condições laboratoriais consistentes. Os volumes de gás são reportados em base úmida. Todas as medições de gás foram realizadas sob condições de pressão próxima à atmosférica, e conexões herméticas foram mantidas para minimizar vazamentos de gás. O sistema era regularmente verificado para garantir a integridade da vedação durante todo o experimento.

Os VFAs, incluindo acetato, propionato e butirato, foram quantificados usando cromatografia líquida de alta performance (HPLC) com comprimento de onda de absorção de 210 nm. As fases móveis compreendiam 100% acetonitrila e 2,5 mM de ácido metanassulfônico, e a análise foi realizada usando uma coluna (5 μm, 4 mm × 150 mm) a 30 °C com vazão constante de 1 mL/min para a fase móvel. O pH e a temperatura do reator eram monitorados continuamente usando um medidor. Durante a operação do reator, o pH foi mantido dentro de uma faixa típica de 6,5–7,5, indicando condições operacionais estáveis. A geração atual era registrada a cada 5 minutos usando um potenciostato, sob um potencial aplicado fixo de 1,2 V.

Cálculos

A eficiência e a taxa de remoção do COD foram determinadas usando as seguintes equações:

figure-protocol-1 Eq. 1

figure-protocol-2 Eq. 2

O OLR de alimentação foi calculado usando a Equação 3, conforme mostrado abaixo, onde a taxa de alimentação é expressa em litros por dia (L/d) e o volume do reator em litros.

figure-protocol-3 Eq. 3

As seguintes equações foram usadas para calcular o rendimento específico de metano com base no COD removido (LCH 4/g sCODremovido) e COD adicionado (LCH 4/g sCODAdicionado):

figure-protocol-4 Eq. 4

figure-protocol-5 Eq. 5

Onde é o volume de metano produzido por dia (LCH 4/d) e e são a quantidade de sCODRemovida por dia (g sCODremovida/d) e sCOD entrando no reator por dia (g sCODadicionado/d), respectivamente.

A densidade de corrente foi calculada normalizando a corrente medida (I) em amperes (A) ao volume de trabalho do reator (V), expressa em metros cúbicos (m3). A densidade de corrente é reportada em A/m 3 e é descrita pela seguinte equação:

figure-protocol-6 Eq. 6

A eficiência coulombiana (CE) foi calculada para avaliar a eficiência da recuperação de elétrons à medida que a corrente do CODremovido. É definido como a razão entre a carga total (em coulombs) recuperada como corrente (QC) e a carga teórica que poderia ser recuperada com base no COD removido (QT). A carga total recuperada (QC) foi determinada integrando a corrente medida ao longo do tempo:

Qc = ∫I(t)dt ≈ ∑Ii × ∆t Eq.7

onde é a corrente medida (A) em cada intervalo de tempo, e Δt é o intervalo de gravação(s).

A carga teórica (QT) foi calculada com base na remoção de COD, assumindo que 1 mol de elétrons é transferido por 8 g de CODremovido, de acordo com a lei de Faraday:

figure-protocol-7 Eq.8

onde F é a constante de Faraday (96.485 C/mol e⁻), e é expressa em gramas.

Assim, a CE foi calculada como:

figure-protocol-8 Eq. 9

Eficiência energética (ηE), definida aqui como a eficiência de conversão de energia elétrica para metano, é usada para avaliar a eficácia da conversão de entrada elétrica em produção adicional de metano no sistema BEAD. É definido como a razão entre a energia produzida na forma de metano e a energia consumida pelo sistema para manter os processos eletroquímicos. Deve-se notar que a eficiência energética reportada representa um balanço energético parcial focado na entrada elétrica, e não leva em conta outras demandas operacionais de energia (por exemplo, bombeamento e recirculação). Portanto, não deve ser interpretado como a eficiência energética do sistema como um todo. A eficiência energética foi calculada usando a seguinte fórmula:

figure-protocol-9 Eq. 10

ΔW CH4 =ΔV CH4 × LHV Equ. 11

WE = I × E × ∆t Equ. 12

onde:

ΔWCH4 representa a energia recuperada no BEAD, a diferença de energia produzida como metano entre o reator BEAD e o reator de controle AD, medida em watt-horas (Wh).

ΔVCH4 denota a diferença no volume de metano produzido entre o reator BEAD e o reator de controle AD, expressa em litros (L).

O LHV tem o menor valor térmico do metano, aproximadamente 9,6 Wh/L.

WE é a quantidade de energia elétrica consumida pelo potencial aplicado, medida em watt-horas (Wh), E é a tensão em volts (V) e Δt é o tempo de intervalo (24 h).

Análise estatística

Os dados coletados dos experimentos foram analisados estatisticamente usando ANOVA (Análise de Variância) para avaliar a importância de parâmetros operacionais como OLR, potencial aplicado e HRT em indicadores-chave de desempenho, incluindo rendimento de metano, remoção de COD e degradação da VFA. Pontos de dados estáveis foram definidos como medições consecutivas obtidas sob condições de estado estacionário, onde parâmetros-chave apresentaram variações inferiores a ±5% ao longo do tempo. Três pontos de dados estáveis de cada fase, representando medições seriais do mesmo reator sob condições de estado estacionário, foram selecionados e mediados para representar essa fase. Deve-se notar que cada fase incluiu múltiplos lotes de águas residuais reais de cervejaria com características variadas (por exemplo, composição sCOD e VFA). Essas variações foram inerentemente incorporadas à análise baseada em fases, permitindo a avaliação da adaptabilidade do sistema sob condições realistas. O desvio padrão foi usado como barra de erro nos números para refletir a variabilidade. Todas as análises estatísticas foram realizadas usando uma planilha. Foi adotado um nível de significância estatística de 95%, indicando que resultados com valor-p menor que 0,05 são considerados estatisticamente significativos (p < 0,05).

Resultados

Efeito da Taxa de Carga Orgânica (OLR) no desempenho do BEAD - Estágio 1:

Efeito do OLR no desempenho da remoção de COD

Como mostrado na Figura 2 e detalhado na Tabela 3, o sistema BEAD manteve altas eficiências de remoção de COD mesmo em OLRs altos, alcançando 92,7 ± 0,6% de remoção com um OLR alto de 5 g sCOD/L∙d. Esse desempenho é particularmente notável quando comparado a outros estudos BEAD operados em condições controladas e OLRs mais baixos. Por exemplo, em OLRs de 1 e 2 g sCOD/L∙d, o reator alcançou eficiência de remoção de COD de 96,2%, superando os resultados de Sangeetha et al.24 e Guo et al.21, que relataram remoções máximas de COD de 90% e 80%, respectivamente, a 30–35 °C usando águas residuais sintéticas de cervejaria.

Reduções na HRT com OLRs mais altas levaram a correspondentes diminuições na eficiência da remoção de COD. À medida que a TRH diminuiu de 5,2 ± 0,1 dias com um OLR de 5 g sCOD/L∙d para 4,4 ± 0,3 e 3,7 ± 0,1 dias em OLRs de 6 e 7 g sCOD/L∙d, respectivamente, as eficiências da remoção da COD diminuíram significativamente para 85,1 ± 1,7% e 79,2 ± 0,8% (p < 0,05). Uma redução adicional na HRT para 2,1 ± 0,2 dias com um OLR de 7* g sCOD/L∙d reduziu a remoção da COD para 64,6 ± 2,1% (p < 0,05). Essa tendência indica que uma HRT curta em um OLR alto pode levar à inibição do substrato e à lavagem da biomassa, o que pode limitar a capacidade do sistema BEAD de manter melhorias bioeletroquímicas, potencialmente associadas à DIET, que são importantes para a eficiente degradação daCOD 48. Esses resultados estão alinhados com os achados de Sangeetha et al.23, que observaram uma diminuição da remoção de COD em um BEAD tratando águas residuais de cervejaria sintética, quando a HRT foi reduzida de 36 para 12 horas, com o OLR aumentando de 1,5 para 4,4 g COD/L∙d. Apesar desses desafios, o reator BEAD neste estudo ainda demonstrou excelente desempenho em OLRs altos em comparação com sistemas AD tradicionais. Por exemplo, Xu et al.49 relataram 80% de remoção de COD com um OLR de 7,4 g COD/L∙d sob condições ideais a 35 °C, um valor comparável ao nosso 79,2 ± 0,8% a 7 g de sCOD/L∙d, alcançado em temperatura ambiente (22 °C).

Remoção de VFA sob diferentes OLRs

Como mostrado na Figura 3A, o aumento dos OLRs não dificultou a capacidade do BEAD de aumentar a remoção de VFA, já que o BEAD gerenciou cargas de VFA influentes mais altas enquanto mantinha taxas relativamente estáveis de VFA de efluente. Por exemplo, apesar do aumento na taxa de VFA influente de 1,8 g sCOD/L∙d com OLR de 6 para 2,9 g sCOD/L∙d e OLR de 7, a taxa de VFA do efluente permaneceu estável em 0,8 g sCOD/L∙d. Essa estabilidade em todos os OLRs demonstra a eficácia do BEAD na degradação dos VFAs e sua capacidade de prevenir o acúmulo de VFA, normalmente responsável pelas quedas de pH e inibição microbiana em sistemas tradicionais de AD50,51.

Além disso, o sistema demonstrou capacidade excepcional de degradar os ácidos VFAs desafiadores, ácidos propiônico e butírico, conhecidos por suas taxas de degradação mais lentas em processos anaeróbios51. Por exemplo, o BEAD alcançou 100% de remoção do ácido propiônico nos OLRs 5 e 7 g sCOD/L∙d e redução substancial do ácido butírico de 1,2 para 0,3 g sCOD/L∙d em um OLR de 7 g sCOD/L∙d, conforme mostrado na Figura 3B e Tabela 4. Os resultados também sugerem que manter uma THS ideal é crucial para a degradação eficaz do AFV no BEAD, especialmente em OLRs altos, onde a atividade bioeletroquímica é intensificada. Embora o sistema tenha apresentado altas taxas de degradação VFA em OLRs de 5 a 7 g sCOD/L∙d, mesmo com a diminuição da HRT de 5,2 ± 0,1 para 3,7 ± 0,1 dias, uma redução adicional para 2,1 ± 0,0 dias com OLR de 7* g sCOD/L∙d resultou em uma queda notável no desempenho. Isso ficou evidente no aumento significativo da taxa de ACV do efluente de 0,8 para 2,4 g de sCOD/L∙d. Em particular, a taxa de ácido acético do efluente aumentou drasticamente de 0,6 para 1,8 g de sCOD/L∙d, e o ácido propiônico, completamente removido com um OLR de 7, aumentou para 0,4 g de sCOD/L∙d. A remoção do ácido butírico também foi afetada, embora em menor grau.

Desempenho em Produção do Capítulo4 :

Rendimento do CH4 (baseado na remoção de COD) e produção volumétrica do CH4

OLRs mais altos aumentaram significativamente o rendimento e o volume de metano no BEAD, indicando os benefícios da maior disponibilidade de substratos para a produção de metano, evitando a sobrecarga do sistema. Como mostrado na Figura 4A, o rendimento de metano (baseado na remoção de COD) atingiu o pico de 0,35 ± 0,01LCH 4/g sCODremovido (o rendimento teórico máximo) com um OLR de 7 g sCOD/L∙d. Esse rendimento representou um aumento estatisticamente significativo (p < 0,05) de 10–400% em relação aos OLRs mais baixos. O volume de metano também acompanhou essa tendência, atingindo 1,93 ± 0,04 L/L∙d com um OLR de 7 g sCOD/L∙d, indicando aumentos de 18–2657% em relação aos OLRs mais baixos, conforme mostrado na Tabela 3.

Comparado a outros estudos BEAD realizados em condições controladas, o sistema BEAD neste estudo demonstrou produção superior de metano utilizando águas residuais reais de cervejaria em temperatura ambiente (22 °C). Por exemplo, enquanto Sangeetha et al.24 relataram um rendimento de metano de 0,143LCH 4/g COD e um volume de 0,367 L/L∙d em OLRs de 1–2 g COD/L∙d usando águas residuais sintéticas de cervejaria a 30 °C, nosso sistema alcançou um rendimento de metano maior de 0,21 ± 0,01LCH 4/g sCODremovido e um volume de 0,43 ± 0,03 L/L∙d com OLR de 2 g sCOD/L∙d. De forma semelhante, Xu et al.25 observaram um volume de metano de 1,16 L/L∙d com um OLR de 5,8 g COD/L∙d e 35°C, enquanto nosso sistema produziu 1,64 ± 0,05 L/L∙d com um OLR comparável de 6 g sCOD/L∙d. Embora o rendimento e o volume de metano tenham permanecido estáveis à medida que a TRH diminuiu de 5,2 ± 0,1 para 3,7 ± 0,1 dias entre os OLRs 5 e 7 g sCOD/L∙d, uma redução adicional para 2,1 ± 0,2 dias com um OLR de 7* g sCOD/L∙d resultou em quedas estatisticamente significativas (p < 0,05). O rendimento de metano diminuiu 21%, de 0,35 ± 0,01 para 0,28 ± 0,01 LCH4/gRemovido sCOD, e o volume de metano diminuiu 36%, de 1,93 ± 0,04 para 1,24 ± 0,02 L/L∙d. Essas reduções correlacionam com a diminuição da DCO e da remoção de AVV discutidas anteriormente, indicando que as THS curtas limitam o tempo de contato microbiano e a conversão de orgânicos em metano. Assim, tempo de retenção suficiente é essencial para manter a eficiência bioeletroquímica ideal sob alta carga orgânica.

Rendimento do CH4 baseado no COD adicionado

O rendimento de metano baseado na COD adicionada melhorou com o aumento dos OLRs, mas estabilizou em OLRs mais altos devido às limitações da HRT. Como mostrado na Figura 4B, o rendimento de metano aumentou significativamente (p < 0,05) de 0,07 ± 0,01 L LCH4/g sCODA com um OLR de 1 g sCOD/L∙d a 0,28 ± 0,01 LCH4/g sCODA a 5 g sCOD/L∙d. No entanto, de OLR 5 a 7 g sCOD/L∙d, o rendimento estabilizou-se em torno de 0,28LCH 4/g sCODAdded, sem diferenças significativas (p > 0,05), indicando que aumentos adicionais na disponibilidade do substrato não levaram a maior eficiência de conversão. Essa descoberta é atribuída principalmente à redução das HRTs em OLRs mais altos, que limitaram a conversão de compostos orgânicos não-VFA em metano, apesar da degradação eficaz do VFA. A Tabela 5 apoia essa observação, mostrando que as taxas de remoção desses outros compostos orgânicos não aumentaram entre os OLRs 5 e 7 g sCOD/L∙d, resultando em taxas aumentadas no efluente. Além disso, uma redução adicional na HRT em OLR 7* g sCOD/L∙d causou uma queda notável no rendimento de metano, ilustrando um limiar crítico além do qual mesmo os VFAs não foram adequadamente convertidos em metano devido ao tempo de retenção insuficiente.

Conteúdo do capítulo4

O teor de metano no BEAD melhorou com o aumento dos OLRs, estabilizando-se em cargas elevadas. Como mostrado na Figura 4C, o sistema atingiu seu teor máximo de metano de 75,0 ± 0,3% com um OLR de 6 g sCOD/L∙d, seguido por 74,3 ± 1,2% e 74,0 ± 0,8% em OLRs de 7 e 5 g sCOD/L·d, respectivamente. Notavelmente, nenhuma diferença estatística (p > 0,05) no teor de metano foi observada entre esses OLRs mais altos, indicando uma qualidade estável de biogás nessas altas taxas de carga. Além disso, o sistema superou outros estudos BEAD; por exemplo, Xu et al.25 relataram um teor de metano de 62,3% com um OLR de 5,8 g COD/L∙d sob temperatura controlada de 35°C e usando águas residuais sintéticas, enquanto nosso reator alcançou 75,0 ± 0,3% com OLR de 6 g sCOD/L∙d usando águas residuais reais à temperatura ambiente (22 °C).

Com um OLR de 7* g de sCOD/L∙d e uma redução da HRT de 2,1 ± 0,2 dias, o teor de metano diminuiu levemente para 72,7 ± 0,5%. No entanto, essa mudança não foi estatisticamente significativa (p > 0,05) em comparação com o teor de metano em uma HRT de 3,7 ± 0,1 dias e um OLR de 7 g sCOD/L∙d, indicando que o sistema manteve o teor efetivo de metano mesmo sob tempos de contato reduzidos.

Desempenho eletroquímico do sistema BEAD

Tanto a densidade de corrente quanto o CE melhoraram significativamente com o aumento dos OLRs e atingiram seus valores máximos em um OLR de 6 g sCOD/L·d, atingindo picos de 13,8 ± 0,3 A/m 3 e 1,97 ± 0,04%, respectivamente. No entanto, aumentar ainda mais o OLR para 7 g sCOD/L∙d resultou em uma queda significativa no desempenho (p < 0,05), com densidade de corrente e CE caindo para 6,2 ± 0,1 A/m 3 e 0,81 ± 0,01%, respectivamente, conforme ilustrado nas Figuras 5A e B. A queda nos valores de EC indica que a maioria dos elétrons é direcionada para a produção de metano em vez de ser recuperada como corrente elétrica, o que é consistente com a função principal do sistema como processo de digestão anaeróbica. Essa queda pode ser atribuída à sobrecarga de substrato ou desequilíbrios de nutrientes em OLRs altos. Altas concentrações de substrato em OLRs altos podem intensificar a competição entre exoeletrógenos e metanogênios no ânodo, frequentemente favorecendo os metanogênicos e, assim, reduzindo a geraçãoatual 52. Além disso, a disponibilidade limitada de nutrientes em OLRs altos pode inibir o crescimento e a atividade dos exoeletrogênios, reduzindo assim a produção de corrente53.

Comparado a outros sistemas BEAD que utilizam águas residuais sintéticas de cervejaria, nosso sistema demonstrou maior produção de corrente em OLRs mais altos, mas menor desempenho eletroquímico em OLRs mais baixos, destacando a influência da complexidade das águas residuais. Por exemplo, com um OLR de 6 g sCOD/L∙d, nosso sistema alcançou uma densidade de corrente maior do que a de apenas 1,41 A/m3relatada por Xu et al.25 com um OLR comparável de 5,8 g COD/L∙d a 35 °C. No entanto, nosso desempenho BEAD em OLR de 2 g sCOD/L∙d, com densidade de corrente de 1,9 ± 0,1 A/m 3 e CE de 1,58 ± 0,14%, foi inferior a 14,3 A/m 3e 15% observados por Sangeetha et al.24. Esses achados destacam que substratos sintéticos melhoram a recuperação de elétrons devido à redução da competição microbiana, ao contrário das águas residuais reais, que contêm uma comunidade microbiana mais diversa ecompetitiva 12,54.

Curiosamente, a produção atual permaneceu estável apesar das reduções na HRT. Especificamente, reduzir a TRH de 3,7 ± 0,1 dias para 2,1 ± 0,2 dias com um OLR de 7* g COD/L∙d não resultou em uma mudança estatisticamente significativa na densidade de corrente (p > 0,05), que permaneceu estável em 6,2 A/m 3. Essa consistência sugere que variações na TRH não necessariamente se correlacionam com mudanças na densidade atual. Essa descoberta é fundamental, pois indica que, apesar da redução na eficiência da remoção orgânica devido ao menor tempo de contato entre exoeletrógenos e substratos, a taxa de transferência de elétrons para o ânodo permaneceu inalterada. Essa observação está alinhada com os achados de Castellano-Hinojosa et al.55, que também relataram uma densidade de corrente estável apesar das reduções significativas na THS. De forma semelhante, Song et al.56 não observaram mudança na densidade atual (permanecendo em 233 A/m 3), embora a sCOD do efluente tenha aumentado significativamente de 439,0 ± 129,8 para 749,0 ± 36 mg/L quando a HRT foi reduzida de 10 para 5 dias. Esses achados sugerem que interações bioeletroquímicas, potencialmente associadas à DIET, podem permanecer eficazes no BEAD mesmo quando o tempo de retenção é reduzido.

Impacto do Potencial Aplicado no Desempenho do BEAD - Etapa 2:

Influência do Potencial Aplicado na Remoção de COD

Os resultados mostraram que, em OLRs mais altos, o potencial aplicado no sistema BEAD melhorava a eficiência de remoção de COD em comparação com o sistema AD de controle, mas teve efeito mínimo em OLRs mais baixos, como demonstrado na Figura 2 e na Tabela 3. Especificamente, com um OLR alto de 5 g sCOD/L∙d, o BEAD alcançou uma eficiência de remoção de COD de 92,7 ± 0,6%, significativamente maior (p < 0,05) do que os 85,3 ± 0,6% observados na DA. Em contraste, em OLRs mais baixos de 2 e 3 g de sCOD/L∙d, a diferença não foi estatisticamente significativa (p > 0,05), com ambos os sistemas alcançando eficiências altas semelhantes (96,2 ± 0,1% vs. 96,6 ± 0,3% a 2 g sCOD/L∙d e 94,1 ± 1,2% vs. 94,7 ± 0,8% a 3 g sCOD/L∙d). Essa tendência está alinhada com os achados de Tartakovsky et al.57, que também relataram eficiências semelhantes na remoção de COD em OLRs mais baixos em sistemas com e sem potencial aplicado, mas observaram que a aplicação do potencial melhorou significativamente a remoção de COD em OLRs mais altos em comparação com AD tradicional. Essas observações sugerem que o potencial aplicado pode potencializar as interações microbianas e os processos de transferência de elétrons, potencialmente associados à DIET, levando a uma degradação orgânica mais eficaz.

No OLR mais alto de 7* g sCOD/L∙d, onde a HRT foi reduzida para 2 dias, o potencial aplicado teve impacto limitado na eficiência da remoção de COD. O BEAD alcançou uma eficiência de remoção de COD de 64,6 ± 2,1%, ligeiramente superior aos 61,9 ± 1,5% observados na DA, mas a diferença não foi estatisticamente significativa (p > 0,05). Isso sugere que, embora OLRs mais altos possam demonstrar os benefícios potenciais do potencial aplicado para melhorar a remoção de COD, a redução da HRT limita a capacidade do sistema de aproveitar plenamente essas vantagens bioeletroquímicas. Isso pode ocorrer porque a HRT encurtada não oferece tempo suficiente para a atividade microbiana e os processos de transferência de elétrons, potencialmente associados à DIET, destacando a necessidade de uma estratégia operacional equilibrada que considere tanto os benefícios do potencial aplicado quanto as limitações impostas pela redução do tempo de retenção.

Efeito do Potencial Aplicado na Remoção do AFV

As Figuras 6A–E e a Tabela 5 demonstram que o BEAD superou significativamente o AD na degradação de VFAs complexos. Notavelmente, com uma OLR de 5 g de sCOD/L∙d, a BEAD alcançou 100% de remoção dos ácidos propiônico e butírico, em comparação com apenas 58,2% e 77,6% de remoção na AD (Figura 6E). Isso destaca a eficácia do potencial aplicado no aprimoramento dos processos bioeletroquímicos, que não apenas aceleram a degradação do VFA, mas também melhoram a cinética dametanogênese 58,59. A análise da composição do efluente neste OLR confirma ainda mais esse desempenho superior: o efluente BEAD consistia em 87% de ácido acético sem ácidos propiônicos ou butíricos detectáveis, enquanto o efluente DA continha 64% de ácido acético, com 19% de ácidos propiônicos e 17% butíricos (Figura 6D).

O BEAD manteve uma remoção superior dos ácidos propiônico e butírico mesmo com uma HRT encurtada. Com o OLR mais alto de 7* g de sCOD/L∙d e uma redução da HRT de 2 dias, a BEAD alcançou 66,4% de remoção de ácido butírico, significativamente acima dos 50,9% da DA. Para o ácido propiônico, o BEAD removeu 33,2%, enquanto o AD apresentou uma taxa de efluente superior à do influente, indicando baixa degradação. Esse desempenho superior do BEAD pode ser atribuído ao aprimoramento das interações bioeletroquímicas, potencialmente associadas à DIET, que poderiam facilitar a transferência de elétrons mais eficaz entre bactérias oxidadoras de propionato e butirato acetogênicos e metanógenos em comparação com a transferência interespécies de hidrogênio (HIT) na DA, reduzindo assim o acúmulo de VFA em OLRsaltos 15,16,60,61.

Efeito do Potencial Aplicado na Produção do CH4 :

Rendimento do CH4 e Produção Volútrica do CH4

O BEAD demonstrou desempenho superior em rendimentos e volume de metano em comparação com o DA, especialmente em OLRs de 3, 5 e 7* g sCOD/L∙d, onde a disponibilidade de substrato apoiou uma atividade bioeletroquímica aprimorada (Figura 4A, Tabela 3). Notavelmente, a diferença mais significativa foi observada em um OLR de 5 g sCOD/L∙d, onde o BEAD alcançou 0,30 ± 0,01 LCH4/g sCODremovido, 20% maior que o rendimento do AD de 0,25 ± 0,01 (p < 0,05). O volume de metano seguiu uma tendência semelhante, com o BEAD superando o AD em 30%, 20% e 16% em OLRs de 5, 3 e 7*, respectivamente (p < 0,05). Essas vantagens podem ser atribuídas aos mecanismos eficientes de transferência de elétrons facilitados pelo sistema de circuito fechado, onde o ânodo atua como um aceitador confiável de elétrons, promovendo um fluxo de elétrons aprimorado para o cátodo62. Em contraste, o circuito aberto do AD provavelmente apresenta maiores perdas de elétrons, reduzindo sua eficiência de produção de metano. Além disso, o BEAD pode se beneficiar de interações bioeletroquímicas aprimoradas, potencialmente associadas à DIET, que podem fornecer vias adicionais para a metanogênese, possibilitando a conversão mais eficaz de AVV complexos como propionato e butirato em metano. A única exceção foi observada em 2 g sCOD/L·d, onde o BEAD não mostrou vantagem clara, possivelmente devido à disponibilidade limitada de carbono e à aclimatação inicial de microrganismos eletroativos.

O potencial aplicado não apenas melhorou a produção de metano, mas também aumentou a estabilidade do processo, conforme mostrado na Figura 7. Com um OLR de 5 g sCOD/L∙d, a operação BEAD na fase 11 mostrou rendimento de metano relativamente estável, com uma média de 0,298 LCH₄/g sCODremovida, um desvio padrão de 0,008 LCH₄/g sCODremovido e um coeficiente de variação (CV) de 2,81%. Em contraste, após a mudança para AD na fase 12, o rendimento de metano apresentou flutuações muito maiores, diminuindo de 0,33 para 0,16 LCH₄/g sCODremovido, com um desvio padrão maior de 0,054 LCH₄/g sCODremovido e um CV de 20,87%. Quando o sistema voltou para BEAD na fase 13, a produção de metano se recuperou rapidamente e tornou-se mais estável, com rendimento médio de 0,312 LCH₄/g sCODremovido e redução da CV de 6,23%. Notavelmente, durante o período estável posterior da fase 13, o CV diminuiu ainda mais para 1,95%, indicando que a operação BEAD restaurou a estabilidade do processo após a perturbação causada pela operação AD. Esses resultados quantitativos demonstram que o potencial aplicado contribuiu não apenas para uma maior produção de metano, mas também para uma menor variabilidade operacional e estabilização mais rápida. Esses achados estão alinhados com os de Park et al.63, que relataram que os sistemas BEAD aumentam as taxas de produção de metano e reduzem o tempo de estabilização ao facilitar a rápida oxidação orgânica e metanogênese, oferecendo vantagens claras em relação aos processos convencionais de DA.

Conteúdo do capítulo4

O BEAD teve um conteúdo de CH4 maior que o AD em OLRs mais altos, alcançando 74,0 ± 0,8% e 72,7 ± 0,5%, comparado aos 71,0 ± 0,8% e 70,0 ± 0,5% (p < 0,05) do AD em OLRs de 5 e 7 g sCOD/L∙d, respectivamente, conforme mostrado na Figura 7. No entanto, em OLRs mais baixos de 2 e 3 g de sCOD/L∙d, as diferenças não foram estatisticamente significativas (p > 0,05). Isso provavelmente ocorre porque uma maior degradação do VFA no BEAD gera mais dióxido de carbono (CO2), parte do qual é convertida em CH4 enquanto o restante aumenta o CO2 em saco degás, deixando o conteúdo de CH4 inalterado. Tendências semelhantes foram observadas por outrosestudos 64, 65, 66, o que indica que aumentos no porcentagem e volume de CH4 não ocorrem necessariamente simultaneamente. Aumentar a tensão aplicada acima de 1,23 V poderia melhorar ainda mais o conteúdo de CH4 ao facilitar a eletrólise da água, produzindo hidrogênio (H2) que pode converter CO 2adicional em metano 57,66. No entanto, essa abordagem pode levar a problemas de potencial excessivo, potencialmente resultando em ineficiências energéticas e desafios operacionais. Portanto, o ajuste de voltagem deve ser cuidadosamente otimizado para equilibrar a maior produção de metano com a eficiência do sistema.

Eficiência energética do sistema BEAD

A Figura 8 mostra que o BEAD manteve uma eficiência energética consistentemente alta (~1000%) em todos os OLRs. Notavelmente, mesmo no OLR mais alto de 7* g sCOD/L∙d com uma HRT reduzida de 2 dias, o sistema alcançou alta eficiência energética devido ao baixo consumo de energia de 0,03 ± 0,01 Wh/g sCODremovido. Isso é muito menor do que o consumo típico de energia de 0,7 a 2 Wh/gsCOD removido em processos convencionais de lodoativado 67. Além disso, embora uma leve queda na eficiência energética tenha sido observada com o aumento do OLR, a variação foi mínima, indicando que o BEAD manteve desempenho energético estável mesmo sob aumento da carga orgânica e redução do tempo de retenção hidráulica. Esses achados indicam que o BEAD pode aumentar a produção de metano com alta eficiência energética dentro do escopo da entrada elétrica aplicada. No entanto, deve-se notar que a análise atual de energia não leva em conta outras demandas operacionais de energia, como bombeamento de alimentação e recirculação. Portanto, a eficiência energética reportada reflete um balanço energético parcial, e é necessário mais trabalho para avaliar o desempenho energético geral sob condições operacionais em escala real.

Desempenho do BEAD em águas residuais de cervejaria com Nutrientes Limitados em Nutrientes (alto C/N)

Apesar da alta relação C/N das águas residuais da cervejaria, o BEAD alcançou desempenho significativo, incluindo remoção eficiente de COD, degradação de VFA e produção de metano. As águas residuais das cervejarias são tipicamente caracterizadas por alto teor orgânico e baixo teor de nitrogênio, levando a altas proporções C/N 68,69,70,71. Essa interpretação baseia-se nas características observadas do influente, em vez de uma comparação controlada entre diferentes razões C/N. No processo convencional de Alzheimer, a suplementação de nutrientes nas águas residuais da cervejaria é frequentemente necessária para reduzir a relação C/N e apoiar o crescimentomicrobiano 69,70,71, mas nenhum nutriente adicional foi adicionado neste estudo. O forte desempenho do BEAD provavelmente resulta do potencial aplicado, que aumenta a atividade microbiana e a estabilidade do reator em condições de deficiência denutrientes 72,73. Pesquisas limitadas investigaram o impacto das razões C/N no desempenho do BEAD, com a maioria dos estudos focando em razões C/N baixas a moderadas (0,6–25)74,75,76. Como mencionado anteriormente, estudos específicos sobre sistemas BEAD tratando águas residuais de cervejarias são escassos. Além disso, em estudos usando águas residuais sintéticas de cervejaria, os nutrientes foram tipicamente adicionados para alcançar razões C/N ideais para 4021, 23, 24, 25, enquanto os únicos dois estudos realizados em águas residuais reais de cervejaria não mediram nem consideraram o impacto da relação C/N no desempenho doBEAD 20, 22. Portanto, são necessárias mais pesquisas para explorar o papel das variáveis razões C/N (de baixa a alta) em sistemas BEAD que utilizam águas residuais reais de cervejaria.

DISPONIBILIDADE DE DADOS:

Os dados relevantes para o estudo estão incluídos no artigo e também no Arquivo Suplementar 2.

figure-results-1
Figura 1: Configuração e configuração operacional do sistema de reator bioeletroquímico usado neste estudo. (A) Ilustração esquemática da configuração do reator mostrando os principais componentes do sistema, incluindo o ânodo de leito compacto preenchido com material condutor à base de carbono, câmara de cátodo, separador, linhas de influentes e efluentes, circuito interno de recirculação, porta de amostragem de gás, bolsa de coleta de gás e circuito elétrico externo conectado ao potenciostato para monitoramento e controle eletroquímico. As posições dos coletores de corrente, portas de amostragem, bomba de alimentação, bomba de recirculação e sistema de monitoramento de pH também são indicadas. (B) Fotografia do reator montado antes da operação, destacando o design vertical da coluna, estrutura do ânodo compactado, camada separadora, região do cátodo, linha de influentes, porta de amostragem e conexões de recirculação. (C) Fotografia do reator durante a operação, mostrando o desempenho do reator sob condições de recirculação contínua, incluindo caminhos de fluxo de líquido, formação de biofilme na superfície do eletrodo, conexões externas de tubos e fiação elétrica conectada ao potenciostato. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura. 

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Figura 2: Eficiência de remoção de COD sob diferentes OLRs em sistemas BEAD e sistemas AD convencionais. A remoção da COD (%) foi avaliada em OLRs variando de 1 a 7 g sCOD/L·d, incluindo a condição de sobrecarga (7*). A figura compara o desempenho de tratamento de reatores BEAD e AD sob condições crescentes de carga de substrato. Barras de erro representam desvios padrão das medições replicadas. n = 3. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura. 

figure-results-3
3: Produção e composição de VFA sob diferentes OLRs no sistema BEAD. (A) Taxas totais de VFA influente e de efluente medidas em OLRs variando de 1 a 7 g sCOD/L·d, mostrando o efeito da carga de substrato no desempenho de acumulação e remoção de VFA. (B) Distribuição dos principais VFAs, incluindo acetato, propionato e butirato, em fluxos de água e efluentes sob diferentes condições de LL. Linhas verticais tracejadas indicam transições de fase operacionais correspondentes a mudanças no OLR. As taxas VFA são expressas como g sCOD/L·d. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada deste número. 

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Figura 4: Desempenho da produção de metano sob diferentes OLRs nos sistemas BEAD e AD. (A) Rendimento de metano normalizado para COD removido; (B) rendimento de metano normalizado para COD adicionado; e (C) teor de metano (%) no biogás produzido em OLRs variando de 1 a 7 g sCOD/L·d, incluindo a condição de sobrecarga (7*). A figura ilustra a influência do aumento da carga de substrato na eficiência da recuperação de metano e na qualidade do biogás em ambas as configurações de reatores. O rendimento de metano é expresso como L CH₄/g COD. Barras de erro representam desvios padrão das medições replicadas. n = 3. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

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Figura 5: Desempenho eletroquímico do sistema BEAD sob diferentes OLRs. (A) Densidade de corrente gerada em OLRs variando de 1 a 7 g sCOD/L·d, demonstrando a relação entre carga do substrato e atividade bioeletroquímica. (B) Eficiência coulombica (%) sob diferentes condições de OLR, representando a fração de elétrons recuperados como corrente elétrica em relação à oxidação total do substrato. A densidade de corrente é expressa como A/m 3. Barras de erro representam desvios padrão das medições replicadas. n = 3. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura. 

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Figura 6:. Efeito do potencial aplicado na dinâmica do VFA e na composição do efluente nos sistemas BEAD e AD. (A) Taxas totais de VFA sob diferentes condições de potencial aplicado e OLR; (B) taxas de produção e remoção de propionato; (C) taxas de produção e remoção de butirato; (D) composição do COD do influente e do efluente em OLR 5 g sCOD/L·d, mostrando a distribuição relativa de acetato, propionato, butirato e outros compostos; e (E) eficiência de remoção de butirato (%) sob diferentes condições de LR. A figura demonstra a influência da estimulação eletroquímica sobre produtos intermediários de fermentação e vias de conversão de substratos. As taxas VFA são expressas como g sCOD/L·d. Barras de erro representam desvios padrão de medições replicadas quando aplicável. n = 3. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

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Figura 7: Variação temporal do rendimento de metano normalizada para a remoção da COD durante a operação de longo prazo do sistema do reator BEAD. O rendimento de metano foi monitorado ao longo de 365 dias sob diferentes fases operacionais e condições de ELR. Linhas verticais tracejadas indicam transições entre fases operacionais, incluindo a etapa de recuperação após a sobrecarga do reator. O rendimento de metano é expresso como L CH₄/g sCOD removido. A figura ilustra a estabilidade do reator e o desempenho da produção de metano durante uma operação contínua prolongada. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

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Figura 8: Efeito do potencial aplicado na recuperação de energia e eficiência energética no sistema BEAD sob diferentes OLRs. A figura compara energia recuperada, energia elétrica consumida e eficiência energética geral (%) em OLRs de 3, 5 e 7* g sCOD/L·d. A energia recuperada e a energia consumida são expressas como Wh/g sCOD removida. A figura demonstra o desempenho energético do sistema BEAD sob estimulação eletroquímica e condições variáveis de carga do substrato. Barras de erro representam desvios padrão das medições replicadas. n = 3. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

ParâmetroValor
sCOD (mg/L)8,000-30,343
VFA/sCOD0.1-0.4
TS (%)0.85-1.4
VS (%)0.6-1.3
VS/TS0.7-0.93
pH5.2-6
BRONZEADO (mg/L)5-5.2

Tabela 1: Características das águas residuais da cervejaria utilizadas durante a operação do reator. A tabela resume as faixas de relação sCOD, VFA/COD, TS, VS, VS/TS, PH e TAN medidas nas águas residuais da cervejaria durante o período experimental. 

PalcoFaseDescriçãoSubstratoOLR
(g sCOD/L.d)		Potencial Aplicado (1,2 V)HRT (Dias)
Estágio 1: Impacto do OLR5Condição OLR mais baixaCervejaria WW2Sim4-5
6Fase compartilhada (linha de base para o Estágio 2)Cervejaria WW1Sim4-5
9Fase compartilhadaCervejaria WW3Sim4-5
10OLR aumentadoCervejaria WW4Sim4-5
11 & 13Fase repetida em OLR=5 para verificação de estabilidadeCervejaria WW5Sim4-5
14OLR aumentadoCervejaria WW6Sim4-5
15OLR altoCervejaria WW7Sim3-4
16Carga máximaCervejaria WW7*Sim2
Estágio 2: Impacto do Potencial Aplicado5Mesma condição do Estágio 1Cervejaria WW2Sim4-5
7Sem potencial aplicadoCervejaria WW2Não4-5
9Igual ao Estágio 1Cervejaria WW3Sim4-5
8Sem potencial aplicadoCervejaria WW3Não4-5
11&13**Mesma fase repetida da Fase 1Cervejaria WW5Sim4-5
12Sem potencial aplicadoCervejaria WW5Não4-5
16Igual ao Estágio 1Cervejaria WW7*Sim2
17Sem potencial aplicadoCervejaria WW7*Não2

Tabela 2: Projeto experimental e condições operacionais usadas para avaliar os efeitos do OLR e o potencial aplicado no desempenho do reator. A tabela resume as fases operacionais, condições do substrato, potencial aplicado e HRT utilizados ao longo do estudo. A condição de sobrecarga (7*) representa operação no mesmo OLR com HRT reduzida.

OLR12345677*
ParâmetroCONTACONTAADCONTAADCONTACONTAADCONTACONTACONTAAD
Remoção da Causa da Morte (%)96.2 ± 1.096,2 ± 0,196,6 ± 0,394.1 ± 1.294,7 ± 0,881,6 ± 1,192,7 ± 0,685,3 ± 0,685,1 ± 1,779,2 ± 0,864.6 ± 2.161,9 ± 1,5
CH4 Escoamento removido
(LCH4/g sCODRemovido)		0,07 ± 0,010,21 ± 0,010,25 ± 0,010,26 ± 0,010,23 ± 0,010,29 ± 0,010,30 ± 0,010,25 ± 0,010,33 ± 0,010,35 ± 0,010,28 ± 0,010,25 ± 0,01
CH4 Rendimento Adicionado
(LCH4/g sCODAdde)		0,07± 0,010,20 ± 0,010,24 ± 0,010,25 ± 0,010,22 ± 0,010,24 ± 0,010,28 ± 0,010,21 ± 0,010,28 ± 0,010,28 ± 0,010,18 ± 0,010,15 ± 0,01
Volume 4 do capítulo
(L/L.d)		0,07 ± 0,020,43 ± 0,030,46 ± 0,020,77 ± 0,010,64 ± 0,020,96 ± 0,041,42 ± 0,071,09 ± 0,081,64 ± 0,051,93 ± 0,041,24 ± 0,021,07 ± 0,01
CH4 (%)43,0 ± 1,469,0 ± 1,671,0 ± 0,870,3 ± 0,968.0 ± 2.170,7 ± 0,574,0 ± 0,871,0 ± 0,875,0 ± 0,374,3 ± 1,272,7 ± 0,570,0 ± 0,5
CE (%)1,58 ± 0,140,69 ± 0,07-0,93 ± 0,14-0,89 ± 0,101,64 ± 0,10-1,97 ± 0,040,81 ± 0,010,98 ± 0,03-
Densidade de corrente (A/m 3)2.3 ± 0.11,9 ± 0,1-3,8 ± 0,6-4,1 ± 0,410,8 ± 0,2-13,8 ± 0,36.2 ± 0.16,2 ± 0,2-
HRT (dias)5.3 ± 0.25,5 ± 0,35.3 ± 0.14,6 ± 0,15.3 ± 0.13,6 ± 0,15.2 ± 0.14.1 ± 0.14,4 ± 0,33.7 ± 0.12,1 ± 0,22.0 ± 0.1

Tabela 3: Parâmetros de desempenho sob diferentes OLRs nos sistemas BEAD e AD. A tabela resume a remoção de COD, rendimento de CH₄, volume de CH₄, conteúdo de CH₄, CE, densidade de corrente e HRT sob diferentes condições operacionais. Os valores são apresentados como média ± desvio padrão baseados em medições em regime estacionário durante cada fase operacional. A condição de sobrecarga (7*) representa operação no mesmo OLR com HRT reduzida.

OLR12345677*
ParâmetroCONTACONTAADCONTAADCONTACONTAADCONTACONTACONTAAD
Acetato Influente
(g sCOD/L.d)		0.030.060.080.080.130.090.30.460.340.90.380.21
Propionato Influente
(g sCOD/L.d)		0000.1300.190.480.340.560.820.550.07
Butirrato Influente
(g sCOD/L.d)		0.070.280.110.230.160.390.790.560.911.180.860.76
Acetato de Efluente
(g sCOD/L.d)		0000.030.030.260.320.480.530.561.781.44
Propionato de Efluente
(g sCOD/L.d)		0000.030.030.2100.140.1400.370.24
Butirrato de Efluente
(g sCOD/L.d)		000000.0500.130.090.280.290.37

Tabela 4: Taxas VFA sob diferentes OLRs nos sistemas BEAD e AD. A tabela resume as taxas de acetato, propionato e butirato de influentes e efluentes expressas como g sCOD/L·d sob diferentes condições operacionais.

OLR12345677*
ParâmetroCONTACONTAADCONTAADCONTACONTAADCONTACONTACONTAAD
COD influente
(g sCOD/L.d)		1.12.11.933.132.914.045.115.115.916.926.966.97
VFA influente
(g sCOD/L.d)		0.10.340.190.440.290.671.561.361.812.891.791.04
Outros Influentes**
(g sCOD/L.d)		11.761.742.692.623.373.553.754.14.035.175.93
COD de efluentes
(g sCOD/L.d)		0.040.080.070.180.150.750.370.750.881.442.472.66
Efluente VFA
(g sCOD/L.d)		0000.060.050.520.320.750.760.842.442.05
Efluente Outros
(g sCOD/L.d)		0.040.080.070.120.10.230.0500.120.60.030.61
COD removido
(g sCOD/L.d)		1.062.021.862.952.763.294.744.365.035.484.494.31
VFA removido
(g sCOD/L.d)		0.10.340.190.380.240.151.240.611.052.05--
Removido Outros
(g sCOD/L.d)		0.961.681.672.572.523.143.53.753.983.435.145.32

Tabela 5: Distribuição de COD, taxas de VFA e outras remoções de compostos sob diferentes OLRs nos sistemas BEAD e AD. A tabela resume frações de COD influentes, efluentes e removidas, VFAs e outros compostos expressos como g sCOD/L·d sob diferentes condições operacionais do reator. "Outro" representa compostos não VFA que contribuem para a COD.

Figura suplementar 1. Impacto da razão influente VFA/sCOD na eficiência da remoção de COD em BEAD. A figura compara o desempenho de remoção de COD do reator BEAD sob proporções decrescentes de VFA/sCOD influente de 1 para 0,2. Barras de erro representam desvios padrão das medições replicadas. n = 3. Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.

Figura suplementar 2. Impacto da razão influente VFA/sCOD no rendimento do CH4 (baseado na COD removida) no BEAD. A figura compara o rendimento de CH₄ do reator BEAD sob razões decrescentes de VFA/sCOD influente de 1 para 0,2. Barras de erro representam desvios padrão das medições replicadas. n = 3. Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.

Figura Suplementar 3. Impacto da razão influente VFA/sCOD na porcentagem de CH4 em BEAD. A figura compara o conteúdo de CH₄ no reator BEAD sob proporções decrescentes de VFA/sCOD influentes de 1 para 0,2. Barras de erro representam desvios padrão das medições replicadas. n = 3. Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.

Figura Suplementar 4. Impacto da razão influente VFA/sCOD na densidade de corrente em BEAD. A figura compara a densidade de corrente no reator BEAD sob as razões decrescentes de VFA/sCOD influentes de 1 para 0,2. Barras de erro representam desvios padrão das medições replicadas. n = 3. Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.

Figura Suplementar 5. Impacto da razão influente VFA/sCOD na eficiência coulombiana no BEAD. A figura compara a eficiência coulombica no reator BEAD sob proporções decrescentes de VFA/sCOD influentes de 1 para 0,2. Barras de erro representam desvios padrão das medições replicadas. n = 3. Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.

Tabela Suplementar 1. Parâmetros de desempenho em diferentes composições de substrato. A tabela resume a remoção de COD, o rendimento de CH₄, o volume de CH₄, o conteúdo de CH₄, CE e densidade de corrente sob diferentes composições de substrato. Os valores são apresentados como média ± desvio padrão baseados em medições em regime estacionário durante cada fase operacional. Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.

Tabela Suplementar 2. Concentrações de compostos inibitórios em influentes e efluentes. A tabela resume compostos inibitórios incluindo amônia, sulfato, sulfeto,H2O2 e PAA em BEAD e AD influentes e efluentes sob diferentes condições de OLR. Os valores são apresentados como média ± desvio padrão baseados em medições em regime estacionário durante cada fase operacional. A condição de sobrecarga (7*) representa operação no mesmo OLR com HRT reduzida. Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 1. Impacto da razão influente VFA/sCOD no desempenho do BEAD e na avaliação de compostos inibitórios.Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.

Arquivo Suplementar 2. Dados brutos.Por favor, clique aqui para baixar este arquivo.

Discussão

O BEAD consistentemente superou o AD convencional em termos de remoção de COD, degradação de VFA, rendimento de metano e estabilidade do processo entre diferentes OLRs. Uma vantagem chave do sistema era sua capacidade de degradar eficientemente VFAs complexos, como os ácidos propiônico e butírico, que normalmente são difíceis de decompor em ambientes anaeróbicos. O rendimento de metano aumentou com maior disponibilidade de substrato, atingindo um rendimento máximo de metano de 0,35LCH 4/g sCODremovido no maior OLR testado de 7 g sCOD/L·d. A produção de metano se beneficiou do potencial aplicado, com o volume de metano no BEAD sendo 16–30% maior do que no AD em vários OLRs. Esse aprimoramento pode ser atribuído à melhoria dos processos de transferência de elétrons. Em sistemas AD convencionais, a transferência de elétrons é principalmente governada pelo IIET, que depende de intermediários como hidrogênio e formiano, e frequentemente é limitado por restrições de difusão e ineficiênciastermodinâmicas 77. Em contraste, a aplicação de um potencial externo no BEAD provavelmente promove a DIETA direta, possibilitando uma troca de elétrons mais eficiente entre bactérias eletroativas e metanogênios sem a necessidade de mediadores solúveis. As interações bioeletroquímicas, potencialmente associadas à DIET e facilitadas pelo potencial aplicado, podem resultar em menores perdas de elétrons, degradação orgânica mais eficaz e maior produção demetano 77. Essa mudança do IIET para o DIET poderia reduzir as perdas de elétrons, aprimorar as interações sintróficas e acelerar a degradação dos substratos orgânicos, contribuindo assim para a melhoria da produção de metano e da estabilidade do processo. Deve-se notar que o esgoto da cervejaria usado neste estudo foi obtido de uma única fonte, e assim o desempenho observado reflete características específicas do local das águas residuais. Portanto, os achados devem ser interpretados dentro do contexto das condições testadas e podem não ser diretamente generalizáveis a todos os sistemas de esgoto de cervejaria.

Abordagens alternativas e métodos complementares podem ajudar a investigar ainda mais os mecanismos responsáveis pelo aumento da produção de metano e transferência de elétrons nos sistemas BEAD. Por exemplo, o sequenciamento do rRNA 16S ou a análise metagenômica podem identificar bactérias eletroativas e metanogênicos associados à DIET. Técnicas eletroquímicas como CV e EIS podem fornecer insights adicionais sobre o comportamento de transferência de elétrons e a condutividade do biofilme. Além disso, microscopia de SEM e fluorescência poderiam ser usados para investigar o desenvolvimento de biofilmes e as interações microbianas nas superfícies dos eletrodos. Essas abordagens complementares proporcionariam uma melhor compreensão dos mecanismos bioeletroquímicos que regem o desempenho dos reatores.

Embora o BEAD tenha lidado com OLRs altos de forma eficaz, reduzir a HRT de 3,7 para 2,1 dias levou a quedas na remoção de COD, degradação da VFA e produção de metano, destacando a importância de HRT suficiente para a estabilidade do processo sob altas cargas orgânicas. Trabalhos futuros devem investigar ainda mais a integração dos resíduos sólidos das cervejarias como coalimentação, otimização dos potenciais aplicados e avaliação sob uma gama mais ampla de composições de águas residuais e condições operacionais. Além disso, estudos que incorporam replicação estatística aprimorada e benchmarking mais claro em relação a sistemas convencionais de AD ajudariam a avaliar melhor o desempenho relativo do BEAD. Esses esforços proporcionariam uma compreensão mais abrangente do sistema e ajudariam a esclarecer sua potencial aplicabilidade no tratamento de águas residuais industriais de alta resistência.

Divulgações

Os autores não têm conflito de interesses.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá pelo apoio financeiro. A orientação técnica do Dr. Boris Tartkovsky e do Dr. Virender Singh é devidamente reconhecida.

Fonte de Financiamento: Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
0,45 µm filtro de membranaMilliporeSigmaHAWP04700Usado antes da análise de COD solúvel
Garrafas de vidro de 500 mLFisherbrandFrasco de mídia de 500 mLUsado para aclimatização do inóculo
Coluna Acclaim OAThermo ScientificAcclaim OA, 5 µm, 4 × 150 mmColuna usada para quantificação de AGV
AcetonitrileFisher ScientificHPLC gradeFase móvel para análise de HPLC
Kit reagente de amôniaHACHTNTplus 832Nitrogênio, Método Salicylate-Amônia HR 10205
Gás carreador de argônioAir LiquideArgônio ultra-puroGás carreador para micro GC
Fita de carbonoSGL CarbonSérie GFDMaterial do eletrodo cortado em quadrados de 25 mm × 25 mm
CentrífugaEppendorf5810 RUsado para centrifugar águas residuais de cervejaria a 12.000 × g
Tubos reagente de CODSCP ScienceTubos reagente de COD (compatível com o Método 8000)Usado para análise de COD solúvel seguindo o Método HACH 8000
Reator de vidro cilíndricoChemglass Life SciencesReator de vidro personalizadoReator de fluxo ascendente de câmara única; volume total de 1 L, volume útil de 0,65 L
Temporizador digitalIntermaticTN311Usado para controlar o tempo de alimentação
Espectrofotômetro DR 2800HACHDR 2800Usado para análises de COD, amônia, sulfato e sulfeto
Bolsa de coleta de gásSKCBolsa de amostragem de gás TedlarUsado para coleta de biogás
Seringa herméticaHamiltonSeringa herméticaUsada para medir o volume de biogás
Sistema de HPLCThermo Scientific DionexUltiMate 3000Usado para análise de ácidos graxos voláteis (AGV)
Kit de teste de peróxido de hidrogênio/ácido peracéticoLaMotte7191-02Usado para medição de H2O2 e PAA
Fio de titânio revestido com Ir-MMOBaoji Changli Special Metal Co., Ltd.Fio Ir-MMO/TiColetor de corrente de 1 mm inserido na fita de carbono
Geladeira de laboratórioVWRGeladeira de laboratórioUsado para armazenamento de águas residuais a 4 °C
Ácido metano sulfonicoSigma-Aldrich≥99%Usado a 2,5 mM como fase móvel HPLC
Microcromatógrafo de gásAgilent Technologies490 Micro GCUsado para análise de composição de biogás com detector TCD
Separador de geotêxtil não condutivoTenCate GeosyntheticsSérie MirafiSeparador de 3 mm com perfurações de 2 mm entre eletrodos
Bomba peristálticaCole-ParmerMasterflex L/SUsada para alimentação de influente e recirculação
PotenciostatoMetrohm AutolabPGSTAT204Potenciostato usado para monitoramento de potencial aplicado e corrente
Tubo de siliconeCole-ParmerTubo de silicone MasterflexUsado para linhas de influente, efluente e recirculação
EspectrofotômetroHACHDR 2800 Usado para medições analíticas HACH
PlanilhaMicrosoft ExcelUsado para análise estatística
Reagente de sulfatoHACHSulfaVer 4, Método 8051Usado para medição de sulfato
Reagente de sulfetoHACHMétodo 8131Usado para medição de sulfeto
Aparelho de filtração a vácuoMilliporeSigmaSuporte de filtração a vácuo de vidroUsado com filtros de membrana de 0,45 µm

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