Avaliação de lagoas de lemnas para o polimento de esgoto doméstico: emissões de GEE e valorização de biomassa na produção de biometano

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2016.As lagoas de lemnas têm sido utilizadas com sucesso para o polimento de efluentes nos últimos anos, destacando a grande capacidade de remoção de nutrientes, e a produção de biomassa passível de valorização. O presente estudo objetivou avaliar esta tecnologia no tratamento de esgoto doméstico, investigar a produção de gás metano em testes laboratoriais com esta macrófita e avaliar a emissão e absorção de gases de efeito estufa (GEE) nas lagoas. Nesse último contexto da pesquisa foram avaliadas as emissões e fixação de CO2 bem como as emissões de CH4. Para isso, utilizou-se um experimento em escala piloto, composto por duas lagoas de lemnas em série (10,8m2 e TDH de 17 dias cada) para o tratamento de esgoto doméstico. O sistema foi operado com uma vazão de 200L.dia-1 e monitorado através análises de parâmetros físico-químicos (OD, pH, série nitrogenada, série de sólidos, PT, PO4-3, DQO, DBO, COT e turbidez). A análise dos GEE foi realizada com uma câmara de fluxo por equipamentos de medição in loco. Também, a taxa de crescimento e a composição da biomassa de macrófitas foram estudadas para fins de balanço de massa e valorização. Para avaliar o potencial de produção de biogás pela biomassa das lemnas geradas em excesso, um ensaio de potencial de produção de biometano (BMP) foi conduzido em escala laboratorial, comparando-se a biomassa fresca e a seca. Como resultados, observou-se eficiência em termos de concentração de nutrientes NT = 92,5% e PT = 91,2%, assim como para matéria orgânica DBO = 84,1% e DQO = 71,7%. A taxa de crescimento superficial das lemnas na primeira lagoa foi de 3,9 g.m-2.dia-1 e na segunda lagoa foi de 2,5 g.m-2.dia-1. Pela estimativa da fixação de CO2 para as lagoas avaliadas, chegou-se a uma taxa média de 24,9 g.m-2.d-1, aproximadamente 5 vezes mais elevada do que a taxa de emissão. A digestão anaeróbia de lemna seca apresentou elevada produção específica de gás (SGP) e produção específica de metano (SMP) (0,32 Nm³ CH4/kgSV e 0,19 Nm³CH4/kgSV, respectivamente). De maneira geral, as lagoas avaliadas operadas sob cargas superficiais médias de 6,5 kgNH3.ha-1.dia-1 e 13,58 kg DQO.ha-1.dia-1, se mostraram como uma tecnologia eficaz integrando tratamento de efluentes, baixas emissões de GEE e produção de biomassa passível de valorização.Abstract : The duckweed ponds have been successfully used for polishing of effluents in recent years, highlighting the large capacity of removing nutrients and biomass amenable to recovery. Thus, this study aimed to evaluate this technology in domestic wastewater treatment, investigate the methane production with this macrophye and evaluate CO2 emission and fixation. For this, an experiment was conducted in a pilot scale, consists of two duckweed ponds in series (10,8 m2 and 17 days of HRT each) for domestic sewage treatment. The system was operated with a flow of 200L.d-1 and monitored through physical-chemical analysis (dissolved oxygen, pH, nitrogen series, solid series, total phosphorus, chemical oxygen demand, biochemical oxygen demand, dissolved organic carbon and turbidity). The GHG analysis was performed on-site with a flux chamber and portable equipment. Also, the growth rate and biomass composition were studied for mass balance purposes and recovery. To evaluate the biogas production potential for duckweed biomass generated in excess, a biomethane potential test (BMP) was conducted in laboratory scale by comparing the fresh and dry biomass. As a results we observed an important nutrient removal efficiency TN = 92.5% and TP = 91.2%, organic matter as well as BOD =84.1%, and COD = 71.7%. The relative growth rate was L1 = 3.9 g.m-2.dia-1 and L2 = 2.5 g.m-2.dia-1. CO2 fixation was reached at an average rate of 24.9 g.m-2.d-1 about 5 times higher than the emission rate. CH4 emissions were not detected. Anaerobic digestion of dry biomass was the process that had higher specific gas production (SGP) and specific methane production (SMP) (0.32 Nm³ CH4 / KgVS and 0.19 Nm³CH4 / KgVS, respectively). In general, ponds showed good results in nutrients removal, and shown as an effective wastewater treatment technology integrates , low emissions of greenhouse gases and biomass amenable to recovery