A influência do tempo de detenção celular e decaimento endógeno na estequiometria de reações em processos biológicos de tratamento de águas residuárias: I - Crescimento quimioheterotrófico / The influence of cell detention time and endogenous decay on the stoichiometry reactions of biological processes in wastewater treatment: I - Chemoheterotrophic growth

No metabolismo quimioheterotrófico, um mesmo substrato orgânico é utilizado como fonte de energia e síntese celular. Este artigo apresenta uma metodologia que pode ser usada para calcular a estequiometria do metabolismo quimioheterotrófico considerando o tempo de detenção celular e o decaimento endógeno. O método se baseia em princípios da bioenergética e é útil para o desenvolvimento de balanços de massa em processos biológicos de tratamento de águas residuárias. Também serve para se estimar as necessidades de nutrientes, alcalinidade e aceptores de elétrons para as reações desejadas, assim como a biomassa formada e gases produzidos.

In chemohetrotrophic metabolism, an organic substrate is used as energy and cell synthesis sources. This article presents a methodology that can be used to calculate the stoichiometry of chemoheterotrophic metabolism, considering solids detention time and endogenous decay. The method is based on bioenergetic principles, and is useful for mass balance calculations for biological processes used in wastewater treatment. It is also applied to estimate nutrients, alkalinity and electron acceptor requirements for the intended reactions, as well as biomass and gas production.

Aplicação de princípios de bioenergética no cálculo da estequiometria de reações biológicas em processos de tratamento de águas residuárias / Application of bioenergetic principles to the stoichiometry of biological reactions in wastewater treatment processes

O tratamento biológico de águas residuárias é realizado por microrganismos que utilizam determinado substrato para obtenção de energia e crescimento celular através de reações de oxidação-redução e fermentação. Esses mecanismos podem ser expressos por meio de reações estequiométricas desenvolvidas a partir de princípios da termodinâmica. As reações são dependentes dos compostos doadores e aceptores de elétrons. As equações balanceadas resultantes permitem estimar as necessidades de nutrientes, a variação de pH/alcalinidade, a produção de biomassa e gases e o coeficiente de produção celular associados aos sistemas biológicos de tratamento. Esta nota técnica descreveu a metodologia para cálculo estequiométrico de reações bioquímicas usando princípios de bioenergética, apresentando exemplos para diferentes substratos e aceptores de elétrons.

Biological wastewater treatment is performed by microorganisms by means of oxidation-reduction and fermentation reactions that release energy for growth and maintenance. These processes can be represented by stoichiometric reactions developed based on thermodynamic principles. Reactions are dependent on the compounds used as electron donor and acceptor. The overall stoichiometric reactions allow estimations of nutrient requirements, alkalinity/pH changes, biomass and gas production, and yield coefficient. This article described a methodology for stoichiometry calculations using bioenergetic principles, presenting examples with different substrates and electron acceptors.