Avaliação da remoção de sulfeto de hidrogênio de biogás provindo da digestão de efluente suinícola utilizando biofiltro em escala piloto

Abstract

O tratamento anaeróbio de efluentes da suinocultura, águas residuárias ricas na presença de sulfato, podem gerar sulfeto de hidrogênio (H2S). A utilização típica do biogás gerado rico em energia requer antecedente remoção de compostos de enxofre para processos de recuperação de energia para evitar problemas de corrosão em motores de combustão, bem como para a saúde humana e a proteção do ambiente. Desse modo, a aplicação em escala piloto de um biofiltro do tipo biotrickling (BTF), simples e de baixa manutenção, em escala piloto, para dessulfurização de biogás derivado do tratamento anaeróbio de água residuária de suinocultura e com a capacidade de aumento nas concentrações de biometano, foi investigada. Como meio de cultura dos microrganismos, o BTF foi continuamente alimentado com efluente de águas residuais provenientes de um biorreator de lodos ativados (nitrificação-desnitrificação) instalado a jusante de um biodigestor anaeróbio tipo UASB. A eficiência máxima de remoção do BTF foi de 99,8% obtida com uma capacidade de eliminação máxima (CE) de 4,80 g H2S m-3 h-1. Médias de CE obtidas com as vazões de entrada do fluxo de biogás de 0,024, 0,036 e 0,048 m-3 h-1 foram de 2,26; 3,26 e 1,35 g H2S m-3 h-1, respectivamente. As formas SO4-2 e S0 foram os principais metabólitos produzidos a partir da conversão biológica de H2S. Adicionalmente à capacidade biodessulfurização satisfatória, um aumento médio da concentração de metano de ? 3,8 ± 1,68 g m-3 foi medida no fluxo de gás filtrado ao longo de 200 dias de operação do BTF. Análises TR-PCR das comunidades archaeas no biofilme confirmaram dominância de archaeas metanogênicas hidrogenotróficas, corroborando com forte correlação observada entre a remoção de CO2 e produção de CH4. Entre as três principais ordens archaeas investigadas (Metanosarcinales, Metanobacteriales e Metanomicrobiales), Metanobacteriales foram encontradas em concentrações mais elevadas (1,9 × 1011 cópias de genes mL-1). O BTF proposto foi robusto, removendo eficientemente H2S do biogás concomitantemente, aumentando a concentração de biometano como fonte valiosa de combustível renovável.<br>

Abstract : Anaerobic treatment of concentrated swine wastewater, which is sulfate-rich wastewater, can generate hydrogen sulfide (H2S). Usage of the generated energy-rich gas requires the removal of sulfur compounds before energy recovery processes for avoiding problems of corrosion in combustion engines as well as for human health and environmental protection. The application of a simple and low maintenance field-scale biotrickling filter (BTF) for desulfurization of swine wastewater-derived biogas stream that was also capable of increasing biomethane concentrations was investigated. As the culture medium of the microorganisms, the BTF was continuously fed with wastewater from an air sparged nitrification-denitrification bioreactor, installed down gradient from an UASB-type digester. BTF maximum removal efficiency of 99.8% was achieved with a maximum elimination capacity (EC) of 4.80 g H2S m-3 h-1. Average EC obtained with inlet biogas flow rates of 0.024, 0.036 and 0.048 m3 h-1 was 2.26; 3.26 and 1.35 g H2S m-3 h-1, respectively. SO4-2 and S0 were the major metabolites produced from biological conversion of H2S. Additionally to the satisfactory biodesulfurization capacity, an average increase in methane concentration of ? 3.8 ±1.68 g m-3 was measured in the filtered gas stream throughout 200 days of BTF operation. RT-PCR analyses of archaea communities in the biofilm confirmed dominance of hydrogenotrophic methanogens thus corroborating with observed strong correlation between CO2 removal and CH4 production. Among the three major archaeas orders investigated (i.e., Methanosarcinales, Methanobacteriales, and Methanomicrobiales), Methanobacteriales were encountered at highest concentrations (1.9×1011 gene copies mL-1). The proposed BTF was robust efficiently removing H2S from biogas stream while concomitantly enhancing the concentration of valuable methane as source of renewable fuel.