respirometria com amostras indeformadas: uma...

RESPIROMETRIA COM AMOSTRAS INDEFORMADAS:

UMA METODOLOGIA INOVADORA PARA INVESTIGAÇÃO DE

PARÂMETROS CINÉTICOS EM LEITOS DE WETLANDS CONSTRUÍDOS

HORIZONTAIS SUBSUPERFICIAIS EM ESCALA REAL

Curitiba

Junho 2015 1

André Baxter Barreto*

[email protected]

Gabriel Rodrigues Vasconcellos

[email protected]

Marcos von Sperling

[email protected]

BARRETO et al., 2015. RESPIROMETRIA COM AMOSTRAS INDEFORMADAS DE WETLANDS HORIZONTAIS

mailto:[email protected]



Introdução

&

Revisão de literatura

2



A grande pergunta:

Há diferença???

3

Foto: André Baxter Barreto

DESA UFMG

Revisão de Literatura

Luz

Fotossíntese

O2

O2

O2 O2 O2

O2

O2 O2

O2

(Kadlec and Wallace, 2009)

•As plantas e a liberação de oxigênio

•Respiração no tecido radicular

•Oxidação de substâncias

•Metabolismo microbiano (comensalismo e simbiose) 4


Pressão ATM

Revisão de Literatura •Modelagem numérica nos SAC

5



Modelo CWM1 – Simulações realizadas por Langergraber e Simunek (2012) considerando uma

liberação radicular de 5g O2/m2.d. (Wiessner et al. (2002): 4g O2/m

2.d)

NÃO considerando liberação de OXIGÊNIO

Considerando liberação de oxigênio

Langergraber e Simunek, 2012 6



Langergraber e Simunek, 2011

Alterações na comunidade microbiana (XH, XFB, XA) - liberação radicular de 5g O2/m2.d

7



BIO_PORE

8


Hipóteses

9


SE HÁ VEGETAÇÃO

Há liberação de OD! (Mesmo com medições abaixo de

1,0mgO2/L – Eh/ORP)

SE HÁ LIBERAÇÃO DE OD

Há maior massa de biomassa aeróbia! (XH e XA

por exemplo)

MEDINDO A MASSA DE BIOMASSA AERÓBIA

Infere-se sobre a liberação de oxigênio! (e outros parâmetros)


Langergraber et al., 2009

Matriz estequiométrica

10



Langergraber and Simunek, 2011

(OURA)

(OURH)

Respirometria!!

Respirometria!!

11


Revisão de Literatura •Aplicabilidade da respirometria em SAC

Configuração de respirômetro proposto

por Andreottola et al. (2007).

COLUNA CULTIVADA

EM LABORATÍRIO!!!

12


Curvas de oxigênio dissolvido obtidas por

Ortigara et al. (2010).

Revisão de Literatura •Aplicabilidade da respirometria em SAC

Respirogramas obtidos por Ortigara et al. (2010)

mostrando a taxa de consumo de oxigênio.

13


Revisão de Literatura •O reator de leito fixo plantado – PFR - como ferramenta para

estudos sobre a rizosfera

2002

14

Fo

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Bar

reto

DE

SA

UF

MG


Objetivos

15


Objetivos

Apresentar uma metodologia inovadora para realização de ensaios

respirométricos em amostras indeformadas de leitos de SAC de escoamento

horizontal subsuperficial em escala real.

16

2) Avaliar as taxas de consumo de oxigênio da biomassa heterotrófica e autotrófica

nitrificante em amostras indeformadas de meio suporte de SAC vegetado.

1) Propor um método para obtenção de amostras indeformadas do meio

suporte em SAC de escoamento horizontal.


Material e métodos

17


Material e métodos •Área de estudo

•ETE Arrudas

•1,6 milhão de habitantes

•CePTS – UFMG/COPASA

18


•Configuração da unidade experimental

•Reator UASB

•Volume: 22 m3

•Vazão: 80 m3/d

•TDH médio: 6,6 horas

•EH: 500 hab.

Parâmetro construtivo Valor

Comprimento da superfície (m) 25,0

Largura da superfície (m) 3,0

Altura do leito (m) 0,4

Altura útil do leito – lâmina d´água de projeto (m) 0,3

Inclinação longitudinal do fundo (%) 0,5

Volume total de escória em cada leito (m3) 27,6

•SACH

•Volume: 27,6 m3

•Vazão: 7,5 m3/d (cada)

•TDH médio: 1,30 d (NP) 1,43 (P)

•EH: 50 hab. (cada)

Material e métodos

19


•Dispositivo para remoção de amostras indeformadas

Cesta interna

móvel

Cesta externa

fixa Nível d’água

0,35m

0,28m

0,28m

Largura do fundo 2,60m

Área transversal

0,11m²

Área transversal

0,971m² Altura do

meio suporte

0,40m

Largura do topo 3,0m

Amostra

indeformada Corte

Material e métodos

20

Foto: André Baxter Barreto – DESA UFMG


DESA UFMG


DESA UFMG


•Adaptação do PFR – Planted Fixed Bed Reactor Material e métodos

21

Foto

: A

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DE

SA

UF

MG



DESA UFMG


DESA UFMG

•Adaptação do PFR – Planted Fixed Bed Reactor – p/ respirometria Material e métodos

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Bomba de recirculação

(2 cabeçotes)

(Q ~ 1L/min)

Célula

de

Fluxo

OD/pH/ORP

T/CE Câmara

de

aeração

Reator

Célula

de

Fluxo

OD/pH/ORP

T/CE

Obs.: Operando nesta faixa de vazão o

sistema se comporta como um reator

de mistura completa (CSTR).


Material e métodos •PFR como respirômetro

23


Material e métodos •Ensaios respirométricos

24

1. Aclimatação por 300 dias no meio suporte original (Canna x generalis e Typha latifolia)

2. Remoção do excesso de substrato pelo enxágue com água limpa

3. Aeração por 3 a 4 dias – alcance do estado endógeno

4. Concentração de OD medida a cada 1min.

5. Uso das equações 1 e 2 para determinação da respiração

6. Pulso de substrato com efluente ~ 85 mg/L DQO no respirômetro (efluente do UASB)


Material e métodos •Ensaios respirométricos

25 Andreottola et al. (2007) e Ortigara et al. (2010)


Material e métodos •Espécies utilizadas

26

Canna x generalis

Typha latifolia


Resultados e discussão

27


Resultados e discussão •Respirometria em amostras indeformadas

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2/L

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)

Respirograma 09/04/ a 10/04/2015 - Amostra Typha latifolia

Conc. Entrada (mgO2/L) Conc. Saída (mgO2/L) Respiração (mgO2/L.h-1) Respiração Corrigida 20 C (mgO2/L.h-1) Temperatura da água ( C)

Parâmetro Cin Cout TCO TCO Corrigida 20°C

Número de dados 1201 1201 1201 1201

Média 7,47 7,28 0,64 0,49

Mediana 7,45 7,25 0,56 0,42

Desvio Padrão 0,17 0,24 0,47 0,36

Mínimo 7,22 6,70 -0,19 -0,15

Máximo 7,81 7,77 2,13 1,81



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2/L

.h-1

)

Respirograma 26/04 a 27/04/2015 - Amostra Canna x generalis

Conc. Entrada (mgO2/L) Conc. Saída (mgO2/L) Respiração (mgO2/L.h-1) Respiração Corrigida 20 C (mgO2/L.h-1) Temperatura da água ( C)


Número de dados 1130 1130 1130 1130

Média 7,44 5,86 5,25 3,19

Mediana 7,37 5,78 5,21 3,12 Desvio Padrão 0,30 0,39 0,44 0,42

Mínimo 7,00 5,11 4,38 2,63

Máximo 7,96 6,57 6,39 4,39



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O2

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-1)

Respirograma 27/04 a 28/04/2015 - Amostra Canna x generalis

Conc. Entrada (mgO2/L) Conc. Saída (mgO2/L) Respiração (mgO2/L.h-1) Respiração Corrigida 20 C (mgO2/L.h-1) Temperatura ( C)

•Retorno a 4 mgO2/L.h-1 em aproximadamente 3 horas

Pulso de substrato


Número de dados 1193 1193 1193 1193

Média 7,38 5,30 6,91 4,49

Mediana 7,33 5,28 6,92 4,48 Desvio Padrão 0,42 0,62 0,77 0,51

Mínimo 6,30 3,02 5,11 3,09

Máximo 8,03 6,26 11,77 7,04


Conclusões

31


Conclusões

Aparato adequado para respirometria com amostras indeformadas de SAC em escala real.

Resultados sugerem efeito espécie específico da vegetação nas taxas de respiração endógena.

Destaca-se como uma importante ferramenta para o avanço dos estudos sobre o meio suporte em

SAC horizontais.

*A pesquisa ainda está em andamento. Os ensaios respirométricos estão sendo aprimorados.

32


Conclusões

33

acompanhamento da evolução do amadurecimento do leito (diferentes posições).

obtenção de amostras não deturpadas (escavação / remoção biofilme) para respirometria.

O método desenvolvido permite:


DESA UFMG


Conclusões

34

contribui para investigações sobre a dinâmica da comunidade microbiana de

wetlands construídos e sua interação com a comunidade vegetal.

O método desenvolvido:


DESA UFMG


Conclusões

35

permite o cultivo de amostras com diferentes espécies de plantas e a comparação

das taxas de respiração endógena, heterotrófica e autotrófica nitrificante.

O método desenvolvido:


DESA UFMG


DESA UFMG


Conclusões

36

Os resultados destas investigações podem ser comparados com modelagem

matemática validando ou obtendo dados para o modelo.


37

AGRADECIMENTOS

Professores e pesquisadores

Prof. Antônio T. de Matos

Profa. Juliana C. Araújo

Prof. Pablo H. Sezerino

Dr. Jean-Luc Vasel (ULg – Bélgica)

Dr. Uwe Kappelmeyer (UFZ – Alemanha)

Dr. Peter Kuschk (UFZ – Alemanha)

Colegas do DESA/CePTS

Msc. Gabriel Vasconcellos

Msc. Cynthia Andrade

Msc. Elias Mantaje

Msc. Jorge Zumalacarregui

Msc. Daniel Dias

Msc. Mateus Matos

Msc. Thiago Bressani

Msc. Valéria Rodrigues

Operadores

Sr. Raimundo

Sr. Juju

Alunos IC

Lara Coelho

Calebe Santos

Leandro Fernandes

Instituições

CAPES

CNPq

FINEP

FUNASA

COPASA

FAPEMIG

Vamos trabalhar juntos!

respirometria com amostras indeformadas: uma...

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