Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nesta pesquisa, foram realizados experimentos em batelada e em fluxo contÃnuo com o objetivo de esclarecer diversos aspectos quÃmicos e biolÃgicos envolvidos no processo de remoÃÃo de cor de corantes tÃxteis sob condiÃÃes anaerÃbias na presenÃa de mediadores redox. Os testes em batelada possibilitaram a avaliaÃÃo do efeito de diferentes substratos, dos mediadores redox AQDS e riboflavina e do AQDS imobilizado em esferas de alginato no processo de remoÃÃo de cor de corantes. Foram realizadas tÃcnicas eletroquÃmicas para melhorar o entendimento da relaÃÃo estrutura/atividade. Adicionalmente, foram utilizados quatro reatores UASB para tratamento de efluente contendo corante, avaliando-se principalmente o efeito do substrato etanol, da presenÃa de sulfato e do mediador redox AQDS. Verificou-se que a glicose foi um excelente substrato doador de elÃtrons para reduÃÃo do corante azo Reactive Red 2 ou RR2 (0,3 mM), sendo obtida constante cinÃtica (k1) igual a 1,30 dia-1 e eficiÃncia de remoÃÃo de cor de 97,8%, o que foi atribuÃdo ao fato da reaÃÃo de oxidaÃÃo da glicose ser altamente favorÃvel em meio anaerÃbio. Na presenÃa de formiato, a eficiÃncia de remoÃÃo de cor de RR2 que havia sido de apenas 75,6% na ausÃncia de AQDS, foi de 92,7% quando se adicionou AQDS (50 ÂM), mostrando que este mediador redox canalizou os elÃtrons, oriundos da oxidaÃÃo do substrato, para a molÃcula de corante RR2, corrigindo o problema da competiÃÃo por elÃtrons. O poder catalÃtico dos mediadores redox AQDS e riboflavina foi comprovado para todos os corantes da classe azo, sendo mais marcante para os corantes recalcitrantes aos processos redutivos, baseado nas diferenÃas estruturais. Na presenÃa de 50 ÂM de AQDS, a constante cinÃtica do corante RR2 aumentou 3,5 vezes, em relaÃÃo ao controle (sem mediador redox). Para o corante azo Reactive Red 120 (RR120) obteve-se um aumento da constante cinÃtica de 10,1 e 7,6 vezes na presenÃa de riboflavina e AQDS, respectivamente, em relaÃÃo ao controle. O corante antraquinÃnico Reactive Blue 4 (RB4) foi o corante tÃxtil mais recalcitrante a processos redutivos (k1 = 0,09 dia-1) e mesmo na presenÃa de mediadores redox foram obtidas reduzidas taxas de descoloraÃÃo deste. Os resultados das tÃcnicas eletroquÃmicas esclareceram a resistÃncia deste corante à biodegradaÃÃo. Verificou-se que este corante apresenta uma regiÃo de passivaÃÃo, o que garante maior estabilidade e recalcitrÃncia. O processo redutivo à mais favorÃvel termodinamicamente no corante azo Reactive Orange 16 (RO16) do que no corante antraquinÃnico RB4, como foi comprovado pelas curvas de polarizaÃÃo destes corantes. Os reatores apresentaram eficiÃncias de remoÃÃo de cor do corante azo Congo Red (CR) superiores a 90%, mesmo para elevadas concentraÃÃes de corante, sendo o impacto do AQDS significativo apenas quando havia disponibilidade de elÃtrons no meio para reduÃÃo do corante. Nos reatores em que foi adicionada uma fonte extra de sulfato, interessantemente, mesmo na ausÃncia de substrato doador de elÃtrons, a eficiÃncia de remoÃÃo de cor do corante CR foi de 47,8% (reator livre de AQDS) e 96,5% (reator suplementado com AQDS). A presenÃa de sulfato pode garantir elevadas eficiÃncias de descoloraÃÃo, pois o sulfeto biogÃnico pode funcionar como doador de elÃtrons, sobretudo na presenÃa de mediador redox AQDS. O efeito catalÃtico do AQDS imobilizado em esferas de alginato foi comprovado na descoloraÃÃo dos corantes azo RR2 e RB5 por lodo anaerÃbio, o que traz boas perspectivas para a imobilizaÃÃo de mediadores redox em bioreatores. / In this research, experiments were performed in batch and continuous flow in order to clarify various aspects of chemical and biological processes involved in color removal of textile dyes under anaerobic conditions in the presence of the redox mediators. Batch tests allowed the evaluation of the effect of different substrates, redox mediator AQDS and riboflavin and AQDS immobilized in alginate beads in the process of color removal of dyes. Electrochemical techniques were conducted to improve understanding of the structure/activity. Additionally, we used four UASB reactors for treatment of wastewater containing dye, evaluating mainly the effect of ethanol substrate, the presence of sulfate and redox mediator AQDS. It was found that glucose was indeed an excellent substrate electron donor for azo Reactive Red 2 ou RR2 reduction (0.3 mM), the rate constant (k1) found was equal to 1.30 day-1 and the color removal efficiency was 97.8%, which was mainly because the reaction of glucose oxidation is highly favorable in anaerobic environment. For formate-supplied bottles, efficiency of RR2 color removal was only 75.6% in absence of AQDS, and 92.7% when AQDS was added (50 ÂM). This result indicated that this redox mediator channeled electrons from oxidation substrate towards RR2 molecule, correcting the electrons competition problem. Catalytic power of the redox mediators AQDS and riboflavin was demonstrated for all azo dyes tested, being more pronounced for dyes recalcitrant to reductive processes, based on structural differences. For 50 M AQDS, RR2 kinetic constant increased 3.5 times compared to control (without AQDS). For azo dye Reactive Red 120 (RR120), a rate constant increase of 10.1 and 7.6 fold was found for riboflavin and AQDS bottles, respectively, compared to controls. The anthraquinone dye reactive dye Reactive Blue 4 (RB4) was the most recalcitrant to reductive processes (k1 = 0.09 day-1) providing reduced rates of decolorization even by redox mediators supplementation. The results obtained with the electrochemical techniques clarified the resistance of RB4 to biodegradation. It was found that this dye has a passive region, which ensures greater stability and recalcitrance. The reductive process is thermodynamically more favorable for the azo dye Reactive Orange 16 (RO16) than for the anthraquinone dye RB4, as evidenced by the polarization curves. The reactors showed that Congo Red (CR) color removal efficiencies were above 90% even for high dye concentrations, while AQDS impact was significant only when electrons donor were availability to reduce the dye. In reactors that was added an extra sulfate dosage, interestingly, CR color removal was 47.8% (AQDS-free reactor) and 96.5% (reactor supplemented with AQDS), even during electron donor absence. The presence of sulfate can ensure high efficiency of decolorization, as the biogenic sulfide can act as electron donor, especially channeled by redox mediators. The catalytic effect of AQDS immobilized in alginate beads on color removal could be verified with the azo dyes RR2 and RB5, in bottles incubated with anaerobic sludge, which brings good prospect for redox mediators immobilization in bioreactors.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:4002 |
| Date | 25 November 2010 |
| Creators | Mayara Carantino Costa |
| Contributors | Andrà Bezerra dos Santos, Francisco SuetÃnio Bastos Mota, Ronaldo Ferreira do Nascimento, Eduardo Bosco Mattos Cattony, SÃrgio Francisco de Aquino |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia Civil, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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