FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Os BTEX sÃo os hidrocarbonetos monoaromÃticos que agregam maior risco ao
meio ambiente, principalmente devido Ãs caracterÃsticas tÃxicas e carcinogÃnicas. Dentre os
mÃtodos usualmente aplicados na remoÃÃo de BTEX em Ãguas contaminadas, o tratamento
anaerÃbio tem merecido destaque principalmente em relaÃÃo aos baixos custos. Nesse sentido,
buscou-se avaliar a remoÃÃo anaerÃbia de BTEX sob condiÃÃes metanogÃnicas,
desnitrificantes e sulfetogÃnicas. Adicionalmente, desenvolveu-se uma metodologia analÃtica
de detecÃÃo dos BTEX por cromatografia gasosa, utilizando-se a tÃcnica do headspace.
Foram realizados ensaios em fluxo contÃnuo em trÃs biorreatores anaerÃbios em trÃs fases
complementares e subsequentes: 1) aclimataÃÃo, com etanol como Ãnica fonte de carbono e
energia; 2) metanogÃnica, na presenÃa de etanol e BTEX; e 3) mesmas condiÃÃes 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 metanogÃnica especÃfica (AME) do consÃrcio microbiano utilizando
trÃs substratos distintos (glicose, Ãcido acÃtico, e mistura de Ãcidos graxos volÃteis), por meio
do qual o volume produzido de biogÃs e sua composiÃÃo em termos de metano e gÃs
carbÃnico foram determinados, respectivamente, pelo mÃtodo manomÃtrico e por
cromatografia gasosa. Na segunda fase do experimento em fluxo contÃnuo, os reatores foram
alimentados com soluÃÃo sintÃtica de BTEX (~ 5 mg/L de cada composto) solubilizados em
etanol, e operados com um TDH de 48 h, a 27ÂC. As concentraÃÃes dos BTEX foram
determinadas por metodologia desenvolvida e validada neste estudo, por meio da qual os
BTEX eram extraÃdos por headspace (tÃcnica que foi otimizada utilizando delineamento
composto central rotacional), e analisados por cromatografia. Ressalte-se que o mÃtodo
analÃtico proposto para a determinaÃÃo de BTEX mostrou-se bastante seletivo, preciso, linear
e com baixos valores de limite de detecÃÃo e quantificaÃÃo, 0,13 a 0,48 μg/L e 0,43 a 1,61
μg/L, respectivamente. A glicose foi o melhor substrato para o consÃrcio microbiano
utilizado, sendo obtido um valor de AME de 0,63 gDQO/gSSV.d. Os reatores avaliados
mostraram-se bastante estÃveis durante todas as fases do experimento, com elevadas
remoÃÃes de DQO (em mÃdia 90%). Com relaÃÃo à remoÃÃo de BTEX, de uma forma geral,
as menores eficiÃncias de remoÃÃo foram encontradas para o benzeno (40-63%), independente
do tipo de aceptor final de elÃtrons, indicando a difÃcil biodegradaÃÃo desse composto sob
condiÃÃes anaerÃbias, enquanto que as maiores eficiÃncias foram observadas para os xilenos,
chegando a remoÃÃes de atà 90%. Tais valores levam em conta possÃveis interferÃncias de
adsorÃÃo e de volatilizaÃÃo. TambÃm foi notado que deve haver uma sinergia entre os
distintos compostos e esta pode exercer um forte efeito sobre as eficiÃncias de remoÃÃo dos
BTEX. Comparando-se os trÃs reatores, notou-se que nÃo houve melhora significativa nas
eficiÃncias de remoÃÃo dos compostos na presenÃa de nitrato ou sulfato, mas sim uma
tendÃncia de aumento na eficiÃncia entre os reatores na ordem: reator metanogÃnico>Reator
desnitrificante>Reator sulfetogÃnico. Tal desempenho pode ser atribuÃdo ao fato de os
microrganismos sulfetogÃnicos e desnitrificantes terem preferido oxidar o etanol e nÃo os
BTEX para a reduÃÃo dos aceptores, diminuindo assim as eficiÃncias de remoÃÃo de BTEX
nessas condiÃÃes. / 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 ÂC. 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 SSVÂd 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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:5013 |
| Date | 25 January 2012 |
| Creators | PatrÃcia Marques Carneiro |
| Contributors | Andrà Bezerra dos Santos, Alexandre Colzi Lopes, Sandra TÃdde Santaella, Marcelo Zaiat |
| 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/masterThesis |
| 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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