The semantics of syntax

Fundamentalmente, estas bactérias reduzem o CO2 a acetato conforme a reacção:

4H2+2HC CO3- + H+ CH3 COO- + 4H2O Go’= 25 Kcal/reacção

a sua actividade num biodigestor é reduzida sendo quantificadas em cerca de 105-106 bactérias/ml (McInerney et al., 1980).

1.5.2.4. Fase metanogénica 1.5.2.4.1. Considerações gerais

Nesta fase, as bactérias metanogénicas, através de uma acção enzimática endógena, tal como na segunda fase da digestão, transformam os produtos das fases anteriores, nomeadamente o acetato, o hidrogénio e o CO2 em CH4 e CO2, e só um grau adequado de actividade

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As bactérias metanogénicas são microrganismos anaeróbios estritos podendo subdividir-se em dois grupos tróficos distintos, dadas as suas características morfológicas e de utilização de substrato, designadamente as bactérias hidrogenofílicas e acetoclásticas (Ince et al., 1995).

Para a determinação da actividade específica metanogénica (AEM) têm sido desenvolvidas várias técnicas (Montegia, 1991; James et al., 1990; Concennon et al., 1988; Reynolds, 1987; Dolfing e Bloemen, 1985; Shelton e Tiedje, 1984; Valcke e Verstraete, 1983; Owen et al., 1979; Van den Berg et al., 1974), das quais se salientam a da contagem directa por microscopia, a do número mais provável (NMP) e a da coenzima F420 (Ince et al., 1995).

Dentro destas técnicas destaca-se a da coenzima F420, uma vez que apenas existe nas espécies metanogénicas (Cheeseman et al., 1972; Keltjens e Vogels, 1981), podendo, por isso, traduzir uma grande fiabilidade de resultados. Porém, qualquer destas técnicas são de tratamento complexo para análise de rotina (Colleran et al., 1992), embora o recurso às variações da produção de biogás seja um parâmetro fundamental de aferição dos sistemas de controlo avançado dos processos (Barnett e Andrews, 1992).

1.5.2.4.2. Bactérias hidrogenofílicas

As bactérias hidrogenofílicas, através do seu processo metabólico são responsáveis, pela formação de cerca de 30% do biogás, basicamente utilizando hidrogénio e CO2 para produzirem

CH4 segundo a equação:

4H2 + HCO3- + H+ CH4 + 3H2O Go’= -32 Kcal/reacção

Esta via de produção de biogás é termodinamicamente bastante favorável, apresentando ainda algumas vantagens relativamente à via do acetato, porque permite tempos de duplicação francamente mais curtos (horas vs dias, para a via do acetato) (Tursman e Cork, 1989; Fox e Pohland, 1994).

A sua função reguladora da formação de ácidos voláteis permite controlar o potencial redox do processo, cujos valores não devem exceder os -300 a -400 mV (Postegate, 1984) e simultaneamente, removem o hidrogénio do sistema, o que permite baixar a pressão parcial do

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mesmo de forma eficaz (Costello et al., 1991), funcionando como uma válvula de segurança no processo da digestão anaeróbia.

Entre as bactérias hidrogenofílicas refere-se, por exemplo, a Methanospirillum (Zehnder e Wuhrmann, 1977), que tem como temperaturas de funcionamento valores compreendidos entre 33 e 40 ºC e pH óptimo de 7 (Pavlostathis e Giraldo-Gomes, 1991).

1.5.2.4.3. Bactérias acetoclásticas

As bactérias acetoclásticas são as principais responsáveis pela produção de biogás, podendo através da reacção a seguir indicada representar cerca de 70% da produção do metano, dependendo fundamentalmente da actividade metanogénica do reactor com valores típicos de 2 a 5 gCQO/g SSV.d (Harper e Suidan, 1991).

CH3 COOH CH4 + CO2

Esta reacção é a última e a mais significativa do processo da digestão anaeróbia (McCarty e Mosey, 1991), em que o acetato é o substrato mais importante para estas bactérias, com consumos específicos de 35,21 mg/L de sólidos voláteis por hora (Koster e Cramer, 1987).

Nas bactérias acetoclásticas podem encontrar-se em termos morfológicos, duas espécies de bactérias, nomeadamente as sarcinas (Methanosarcina) e as filamentosas (Methanothrix), ambas utilizadoras do acetato (Zehnder, 1988).

As primeiras apresentam, relativamente às segundas, velocidades de crescimento aceitáveis, com tempos de duplicação mínimos de 24h em regime de temperatura mesófila e baixas constantes de afinidade para o acetato (Zehnder et al., 1982).

As filamentosas, com tempos de duplicação mínimos de 3 dias, apresentam, pois, baixas velocidades de crescimento e uma constante de afinidade para o acetato de cerca de dez vezes menor do que as sarcinas.

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Deste modo, em biodigestores onde as concentrações de acetato sejam limitativas predominam as espécies de sarcinas, e, ao contrário, quando as concentrações de acetato são elevadas, verifica-se a predominância das espécies filamentosas.

Uma das funções fundamentais das bactérias acetoclásticas na sua actividade metabólica, além da produção do CH4, é a de controlo do valor de pH da fase de fermentação, através da utilização

do ácido acético e a formação de CO2 que, uma vez dissolvido, forma uma solução tampão de

bicarbonato (Mosey, 1983), fazendo com que o valor de pH seja próximo da neutralidade.

1.5.2.5. Bactérias sulfato-redutoras

As bactérias sulfato-redutoras são microrganismos anaeróbios estritos e muito exigentes relativamente ao meio, designadamente valores de pH 7 e de potencial redox em gamas compreendidas entre os -390 a -440 mV (Postegate, 1984).

Estas bactérias desenvolvem-se por oxidação anaeróbia do H2 e em concomitante redução do

sulfato a sulfureto, disputando a utilização do hidrogénio com as metanogénicas para transformação em acetato.

No Quadro 1.14 (Tursman e Cork, 1989) mostram-se as principais reacções de competição dos dois grupos tróficos referidos e, da análise termodinâmica, constata-se que as reacções de redução do sulfato são muito favoráveis. Por essa razão, em meios excedentários em sulfato e em que os teores de H2 e acetato são limitantes, poderá verificar-se uma inibição das bactérias

metanogénicas, uma vez que a redução a sulfato é, como referido, termodinamicamente mais favorável (Tursman e Cork, 1989).

Quadro 1.14 - Reacções das bactérias sulfato redutoras e metanogénicas

BACTÉRIAS REACÇÃO CONSTANTE SATURAÇÃO (Ks) Go (Kcal/mol) Sulfato redutora Metanogénica 4H2 + SO42- + H+ HS- + 4H2O CH3COO- + SO42- 2HCO3- + HS- 4H2 + HCO3- + H+ CH4 + 3H2O 2CH3COO- + 2H2O 2CH4 + 2HCO3- 1,30 M 0,23 mM 6,60 M 3,00 mM -36,5 -17,1 -32,4 -14,8

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Assim, o controlo do processo de inibição passa pelo aumento da velocidade de produção de acetato e hidrogénio e a consequente redução da velocidade de consumo destes produtos pelas sulfato-redutoras, o que depende basicamente da adição de sulfato ao sistema.

1.6. Modelação do processo de crescimento biológico