FIRMINO, P. I. M. Tratamento anaeróbio e microaeróbio de águas sintéticas contaminadas com BTEX. 2013. 168 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2014-03-13T18:37:52Z
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Previous issue date: 2013-07-19 / The present study aimed to evaluate the use of biological reactors under anaerobic and microaerobic conditions, as an option of ex situ bioremediation of BTEX-contaminated waters. Initially, an analytical method for BTEX detection and quantification in waters and wastewaters, which consisted of headspace extraction followed by gas chromatography with detection by photoionization, was developed, optimized and validated. Subsequently, continuous-flow experiments were conducted in two mesophilic (27 °C) anaerobic reactors – one of them operated under methanogenic conditions and, afterwards, under microaerobic conditions, and the other one only under sulfidogenic conditions – a in order to determine the best operational condition for BTEX removal. The reactors were fed with water contaminated with BTEX (~3 mg·L-1 of each compound) and ethanol (co-substrate), and, depending on the redox condition evaluated, the effect of some operational parameters, such as hydraulic retention time (24, 36 and 48 h), effluent recirculation, co-substrate concentration, DQO/SO4 2- ratio and microaeration, was investigated in BTEX removal performance. Furthermore, the methanogenic reactor under microaerobic conditions was submitted to simulated situations of shock loading and absence of these compounds, and operational failures, such as system and microaeration shutdown to assess its robustness. Under methanogenic conditions, depending on the compound, removal efficiencies ranged from 38 to 97%. However, the increase of applied BTEX load, as a consequence of hydraulic detention time reduction from 48 to 24 h, seems to have adversely affected the removal process. Moreover, under methanogenic conditions, the effluent recirculation effect on BTEX removal was also assessed when high and low co-substrate (ethanol) concentrations were applied. For high ethanol concentrations, the impact of effluent recirculation was not evident since, probably, the high biogas production would have been sufficient to ensure effective mass transfer. Under sulfidogenic conditions, sulfate addition at different DQO/SO4 2- ratios did not change BTEX removal, which suggests sulfate-reducing bacteria would not be directly related to initial activation of aromatic compounds. Under microaerobic conditions, high BTEX removal efficiencies were achieved (> 90%). It is likely the addition of low oxygen concentrations has facilitated the initial activation of BTEX compounds, which is considered the limiting step of the anaerobic degradation process, mainly for benzene. Furthermore, the presence of high ethanol concentrations negatively affected BTEX removal, particularly for benzene, under the different redox conditions tested, since it is a preferentially degradable substrate when compared to the aromatic compounds. Finally, regarding the methanogenic reactor robustness under microaerobic conditions, the system could cope with BTEX load shocks although consecutive shocks have increased its recovery time. The period of BTEX absence seems to have negatively affected the reactor microbiota because the effluent quality deteriorated considerably after compounds reintroduction. The microaeration shutdown also negatively impacted the removal of BTEX, but the system recovered quickly after microaerobic conditions reestablishment. / O presente estudo teve o objetivo de avaliar o uso de reatores biológicos, sob condições anaeróbias e microaeróbias, como opção de biorremediação ex situ de águas contaminadas com BTEX. Inicialmente, foi desenvolvido, otimizado e validado um método analítico para a detecção e quantificação de BTEX em águas e efluentes, o qual consistia em extração por headspace seguida de cromatografia gasosa com detecção por fotoionização. Posteriormente, foram conduzidos experimentos em fluxo contínuo em dois reatores anaeróbios mesofílicos (27 °C) – um deles operado sob condições metanogênicas e, em seguida, sob condições microaeróbias, e o outro, apenas sob condições sulfetogênicas – a fim de verificar a melhor condição operacional para a remoção de BTEX. Os reatores foram alimentados com água contaminada com BTEX (~3 mg·L-1 de cada composto) e etanol (co-substrato), e, dependendo da condição redox avaliada, investigou-se o efeito de diferentes parâmetros operacionais, tais como tempo de detenção hidráulica (24, 36 e 48 h), recirculação de efluente, concentração de co-substrato, relação DQO/SO4 2- e microaeração, no desempenho de remoção de BTEX. Além disso, o reator metanogênico sob condições microaeróbias foi submetido a simulações de choques de carga e de ausência desses compostos, e de falhas operacionais, como desligamento do sistema e desligamento da microaeração, para verificação de sua robustez. Sob condições metanogênicas, dependendo do composto, as eficiências de remoção variaram de 38 a 97%. Porém, o aumento da carga aplicada de BTEX, em consequência da redução do tempo de detenção hidráulica de 48 para 24 h, parece ter afetado negativamente o processo de remoção. Ainda sob condições metanogênicas, também se verificou o efeito da recirculação de efluente na remoção de BTEX para altas e baixas concentrações de co-substrato (etanol). Quando altas concentrações de etanol foram utilizadas, o impacto da recirculação de efluente não foi evidente, já que, provavelmente, a elevada produção de biogás teria sido suficiente para garantir uma transferência de massa efetiva. Sob condições sulfetogênicas, a adição de sulfato em diversas relações DQO/SO4 2- não alterou a remoção de BTEX, sugerindo que as bactérias redutoras de sulfato não estariam diretamente relacionadas à ativação inicial dos compostos aromáticos. Sob condições microaeróbias, elevadas eficiências de remoção de BTEX foram alcançadas (> 90%). É provável que a adição de baixas concentrações de oxigênio tenha facilitado a ativação inicial dos compostos BTEX, a qual é considerada a etapa limitante do processo de degradação anaeróbia, principalmente para o benzeno. Ainda, constatou-se que a presença de altas concentrações de etanol afetou negativamente a remoção de BTEX, notadamente para o benzeno, sob as diferentes condições redox testadas, já que é um substrato preferencialmente degradável em relação aos compostos aromáticos. Finalmente, com relação à robustez do reator metanogênico sob condições microaeróbias, o sistema conseguiu lidar com os choques de carga de BTEX embora choques consecutivos tenham aumentado seu tempo de recuperação. O período de ausência de BTEX parece ter prejudicado a microbiota do reator, pois a qualidade do efluente deteriorou-se consideravelmente após reintrodução dos compostos. O desligamento da microaeração impactou negativamente a remoção de BTEX, mas o sistema recuperou-se rapidamente após restabelecimento das condições microaeróbias.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/7673 |
| Date | 19 July 2013 |
| Creators | Firmino, Paulo Igor Milen |
| Contributors | Lopes, Alexandre Colzi, Santos, André Bezerra dos |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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