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Título: Remoção de BTEX em biorreatores anaeróbios sob condições metanogênicas, desnitrificantes e sulfetogênicas
Título em inglês: BTEX removal in anaerobic bioreactors under methanogenic, sulfidogenic and denitrifying
Autor(es): Carneiro, Patrícia Marques
Orientador(es): Santos, André Bezerra dos
Coorientador(es): Lopes, Alexandre Colzi
Palavras-chave: Digestão anaeróbia
Hidrocarbonetos
Nitrato
Sulfato
Saneamento
Data do documento: Jan-2012
Citação: CARNEIRO, P. M. (2012)
Resumo: Os BTEX são os hidrocarbonetos monoaromáticos que agregam maior risco ao meio ambiente, principalmente devido às características tóxicas e carcinogênicas. Dentre os métodos usualmente aplicados na remoção de BTEX em águas contaminadas, o tratamento anaeróbio tem merecido destaque principalmente em relação aos baixos custos. Nesse sentido, buscou-se avaliar a remoção anaeróbia de BTEX sob condições metanogênicas, desnitrificantes e sulfetogênicas. Adicionalmente, desenvolveu-se uma metodologia analítica de detecção dos BTEX por cromatografia gasosa, utilizando-se a técnica do headspace. Foram realizados ensaios em fluxo contínuo em três biorreatores anaeróbios em três fases complementares e subsequentes: 1) aclimatação, com etanol como única fonte de carbono e energia; 2) metanogênica, na presença de etanol e BTEX; e 3) mesmas condições da fase anterior, mas com dois reatores sendo suplementados com os aceptores nitrato e sulfato, respectivamente, numa razão DQO/aceptor de aproximadamente 11. Preliminarmente, avaliou-se a atividade metanogênica específica (AME) do consórcio microbiano utilizando três substratos distintos (glicose, ácido acético, e mistura de ácidos graxos voláteis), por meio do qual o volume produzido de biogás e sua composição em termos de metano e gás carbônico foram determinados, respectivamente, pelo método manométrico e por cromatografia gasosa. Na segunda fase do experimento em fluxo contínuo, os reatores foram alimentados com solução sintética de BTEX (~ 5 mg/L de cada composto) solubilizados em etanol, e operados com um TDH de 48 h, a 27ºC. As concentrações dos BTEX foram determinadas por metodologia desenvolvida e validada neste estudo, por meio da qual os BTEX eram extraídos por headspace (técnica que foi otimizada utilizando delineamento composto central rotacional), e analisados por cromatografia. Ressalte-se que o método analítico proposto para a determinação de BTEX mostrou-se bastante seletivo, preciso, linear e com baixos valores de limite de detecção e quantificação, 0,13 a 0,48 μg/L e 0,43 a 1,61 μg/L, respectivamente. A glicose foi o melhor substrato para o consórcio microbiano utilizado, sendo obtido um valor de AME de 0,63 gDQO/gSSV.d. Os reatores avaliados mostraram-se bastante estáveis durante todas as fases do experimento, com elevadas remoções de DQO (em média 90%). Com relação à remoção de BTEX, de uma forma geral, as menores eficiências de remoção foram encontradas para o benzeno (40-63%), independente do tipo de aceptor final de elétrons, indicando a difícil biodegradação desse composto sob condições anaeróbias, enquanto que as maiores eficiências foram observadas para os xilenos, chegando a remoções de até 90%. Tais valores levam em conta possíveis interferências de adsorção e de volatilização. Também foi notado que deve haver uma sinergia entre os distintos compostos e esta pode exercer um forte efeito sobre as eficiências de remoção dos BTEX. Comparando-se os três reatores, notou-se que não houve melhora significativa nas eficiências de remoção dos compostos na presença de nitrato ou sulfato, mas sim uma tendência de aumento na eficiência entre os reatores na ordem: reator metanogênico>Reator desnitrificante>Reator sulfetogênico. Tal desempenho pode ser atribuído ao fato de os microrganismos sulfetogênicos e desnitrificantes terem preferido oxidar o etanol e não os BTEX para a redução dos aceptores, diminuindo assim as eficiências de remoção de BTEX nessas condições.
Abstract: BTEX are monoaromatic hydrocarbons compounds which represent a high risk to the environment, mainly due to their toxic and carcinogenic characteristics. Among the methods usually applied to the removal of BTEX from contaminated waters, anaerobic treatment has drawn attention especially because of its low cost. Accordingly, anaerobic biodegradation of BTEX was assessed under methanogenic, denitrifying and sulfidogenic conditions. Additionally, an analytical method for detection of BTEX by gas chromatography using the technique of headspace was developed. Continuous-flow experiments were conducted using three anaerobic bioreactors in three subsequent complementary phases: 1) adaptation, with ethanol as the sole source of carbon and energy, 2) methanogenic, in presence of ethanol and BTEX, and 3) the same conditions as the previous phase but with two reactors supplemented with nitrate and sulfate acceptors, respectively, at a COD/acceptor ratio of approximately 11. Preliminarily, the specific methanogenic activity (SMA) of the microbial consortium was assessed using three different substrates (glucose, acetic acid and a mixture of volatile fatty acids), in which the volume of biogas produced and its composition in terms of methane and carbon dioxide were determined, respectively, by manometric method and gas chromatography. In the second phase of the continuous-flow experiment, the reactors were fed with a synthetic solution of BTEX (~ 5 mg/L of each compound) dissolved in ethanol and were operated at an HRT of 48 h at an average temperature of 27 °C. Concentrations of BTEX compounds were determined by the methodology developed and validated in this study, by which the BTEX were extracted by headspace (technique optimized by central composite rotational design) and analyzed by chromatography. The proposed analytical method for the determination of BTEX was very selective, precise, linear and presented low detection limit and quantification values, from 0.13 to 0.48 μg/L and from 0.43 to 1.61 μg/L, respectively. Glucose was the best substrate for the microbial consortium used, and a SMA value of 0.63 g COD/g SSV·d was obtained. The reactors evaluated were quite stable during all phases of the experiment with high COD removals (90% on average). Regarding BTEX removal, in general, the lowest removal efficiencies were found for benzene (40-63%), regardless of the final electron acceptor used, indicating that the biodegradation of this compound is difficult under anaerobic conditions, whereas the highest efficiencies were observed for xylenes, reaching a 90% removal. These numbers already took into account the possible interference of adsorption and volatilization. It was also noted that there should be a synergy between the different compounds and this may exert a strong effect on the BTEX removal efficiencies. Comparing the three reactors studied, it was not observed a significant improvement in the removal efficiencies of the compounds in the presence of nitrate or sulfate, but a tendency of an increase in efficiency between the reactors was verified as follows: methanogenic reactor > denitrifying reactor > sulfidogenic reactor. This performance can be attributed to the fact that the denitrifying and sulfidogenic microorganisms have preferred to oxidize ethanol instead of BTEX to reduce the acceptors, thus decreasing BTEX removal efficiencies under these conditions.
Descrição: CARNEIRO, P. M. Remoção de BTEX em biorreatores anaeróbios sob condições metanogênicas, desnitrificantes e sulfetogênicas. 2012. 129 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/2016
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