Anaerobic co-digestion of textile wastewater with residual yeast from alcoholic fermentation aiming color removal and biogas production

As indústrias têxteis são um segmento industrial importante no Brasil, sendo o estado de São Paulo responsável por 29,9% do valor bruto da produção Nacional do setor. Essas indústrias geram grandes vazões de efluentes com elevada concentração de sais, compostos utilizados no processo produtivo e presença de corantes não fixados no processo de tingimento. A remoção dos corantes ainda é um desafio, visto que as tecnologias mais utilizadas se baseiam na transferência de fase por adsorção em meios abióticos ou bióticos, gerando massas de lodo contaminadas, que requerem disposição. A presente pesquisa propôs o tratamento dessa classe de efluentes, pela transformação biológica do corante azo Direct Blue 71. Para tanto, a utilização, em codigestão com levedura residual de cerveja foi proposta, visando contribuir com compostos que acelerem o processo de degradação do corante, em etapa anaeróbia. Nos ensaios de batelada, avaliaram-se os efeitos de constituintes do referido efluente com concentração de NaCl (1,50 – 8,25 – 15,00 g.L-1) e de matéria orgânica, (DQO: 500 – 1500 – 2500 mg-O2.L-1) sobre a descoloração, associada à produção de biogás. Utilizou-se planejamento fatorial e análise de superfície resposta. Os mesmos fatores foram investigados durante a operação contínua de um reator anaeróbio de leito estruturado (ASTBR) nos intervalos de concentração de 500 a 1500 mg-O2.L-1, para DQO, e de 1,5 a 24,0 g-NaCl.L-1, para salinidade. Resultados dos ensaios de batelada demonstraram que a eficiência de descoloração, em 72h, foi superior a 82% para todas as condições testadas. A velocidade de remoção de cor (K) e taxa máxima de produção de metano (RMax) foram afetadas negativamente pela concentração de NaCl. Por outro lado, a matéria orgânica oriunda da levedura favoreceu RMax e K, reduzindo os efeitos negativos da salinidade sobre esses fatores. No sistema contínuo, o ASTBR exibiu robustez no tratamento do efluente para salinidade de até 12,0 gNaCl.L-1, com eficiências de remoção de DQO e de cor superiores a 70% e 80%, respectivamente. A produção de biogás permaneceu estável durante toda a operação, com rendimento médio de produção de metano de 160 mL-CH4.gDQO-1. As diferentes condições operacionais aplicadas selecionaram a população microbiana do inóculo, impactando principalmente o domínio bactéria, permitindo o estabelecimento e manutenção dos processos bioquímicos de transformação dos constituintes avaliados. O estudo demostrou o efeito positivo da utilização da levedura residual como fonte de doadores de elétrons e outros constituintes, como os nutrientes, contribuindo para o desenvolvimento do processo de remoção de cor e produção de biogás.The textile industry is an important industrial segment in Brazil, being São Paulos state responsible for 27% of the national production in the sector. These industries generate large effluent flows with a high concentration of salts, compounds used in the production process, and dyes not fixed in the dyeing process. The removal of dyes is still a challenge, since the most used technologies are based on phase transfer by adsorption in abiotic or biotic media, generating contaminated sludge, which require proper disposal. The present research proposed the treatment of this class of effluents, by biological transformation of the azo dye Direct Blue 71. Therefore, the use in co-digestion with beer residual yeast was proposed, aiming to contribute with substances that accelerate the process of degradation of the dye, in the anaerobic stage. In batch tests, the effects of residual yeast (COD: 500 – 1500 – 2500 mg-O2.L-1) associated with a concentration of NaCl (1.50 – 8.25 – 15.00 g.L -1) was assessed on discoloration and biogas production. It was used factorial planning and response surface analysis. The same factors were investigated during the continuous operation of an anaerobic structured bed reactor (ASTBR) in the concentration ranges from 500 to 1500 mg-O2.L-1, for COD, and from 1.5 to 24.0 gNaCl.L-1, for salinity. Results from batch tests demonstrated that the discoloration efficiency, in 72 hours, was higher than 82% for all conditions tested. The rate of color removal (K) and the maximum rate of methane production (RMax) were negatively affected by the concentration of NaCl. However, organic matter from yeast favored RMax and K, reducing the negative effects of salinity on these variables. In the continuous system, ASTBR showed robustness in the treatment of effluent for salinity of up to 12.0 g-NaCl.L-1, with COD and color removal efficiencies above 70% and 80%, respectively. Biogas production remained stable throughout the operation, with an average methane yield of 160 mL-CH4.gCOD-1. The different operational conditions applied selected the inoculum sludge population, mainly impacting the bacterium domain, allowing the establishment and maintenance of the biochemical processes. The study demonstrated the positive effect of using residual yeast as a source of electron donors and other constituents, such as nutrients, contributing to the improvement of color removal process