CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / O presente estudo teve o objetivo de avaliar o uso de reatores biolÃgicos, sob condiÃÃes
anaerÃbias e microaerÃbias, como opÃÃo de biorremediaÃÃo ex situ de Ãguas contaminadas
com BTEX. Inicialmente, foi desenvolvido, otimizado e validado um mÃtodo analÃtico para a
detecÃÃo e quantificaÃÃo de BTEX em Ãguas e efluentes, o qual consistia em extraÃÃo por
headspace seguida de cromatografia gasosa com detecÃÃo por fotoionizaÃÃo. Posteriormente,
foram conduzidos experimentos em fluxo contÃnuo em dois reatores anaerÃbios mesofÃlicos
(27 ÂC) â um deles operado sob condiÃÃes metanogÃnicas e, em seguida, sob condiÃÃes
microaerÃbias, e o outro, apenas sob condiÃÃes sulfetogÃnicas â a fim de verificar a melhor
condiÃÃo operacional para a remoÃÃo de BTEX. Os reatores foram alimentados com Ãgua
contaminada com BTEX (~3 mgÂL-1 de cada composto) e etanol (co-substrato), e,
dependendo da condiÃÃo redox avaliada, investigou-se o efeito de diferentes parÃmetros
operacionais, tais como tempo de detenÃÃo hidrÃulica (24, 36 e 48 h), recirculaÃÃo de
efluente, concentraÃÃo de co-substrato, relaÃÃo DQO/SO4
2- e microaeraÃÃo, no desempenho
de remoÃÃo de BTEX. AlÃm disso, o reator metanogÃnico sob condiÃÃes microaerÃbias foi
submetido a simulaÃÃes de choques de carga e de ausÃncia desses compostos, e de falhas
operacionais, como desligamento do sistema e desligamento da microaeraÃÃo, para
verificaÃÃo de sua robustez. Sob condiÃÃes metanogÃnicas, dependendo do composto, as
eficiÃncias de remoÃÃo variaram de 38 a 97%. PorÃm, o aumento da carga aplicada de BTEX,
em consequÃncia da reduÃÃo do tempo de detenÃÃo hidrÃulica de 48 para 24 h, parece ter
afetado negativamente o processo de remoÃÃo. Ainda sob condiÃÃes metanogÃnicas, tambÃm
se verificou o efeito da recirculaÃÃo de efluente na remoÃÃo de BTEX para altas e baixas
concentraÃÃes de co-substrato (etanol). Quando altas concentraÃÃes de etanol foram
utilizadas, o impacto da recirculaÃÃo de efluente nÃo foi evidente, jà que, provavelmente, a
elevada produÃÃo de biogÃs teria sido suficiente para garantir uma transferÃncia de massa
efetiva. Sob condiÃÃes sulfetogÃnicas, a adiÃÃo de sulfato em diversas relaÃÃes DQO/SO4
2-
nÃo alterou a remoÃÃo de BTEX, sugerindo que as bactÃrias redutoras de sulfato nÃo estariam
diretamente relacionadas à ativaÃÃo inicial dos compostos aromÃticos. Sob condiÃÃes
microaerÃbias, elevadas eficiÃncias de remoÃÃo de BTEX foram alcanÃadas (> 90%). Ã
provÃvel que a adiÃÃo de baixas concentraÃÃes de oxigÃnio tenha facilitado a ativaÃÃo inicial
dos compostos BTEX, a qual à considerada a etapa limitante do processo de degradaÃÃo
anaerÃbia, principalmente para o benzeno. Ainda, constatou-se que a presenÃa de altas
concentraÃÃes de etanol afetou negativamente a remoÃÃo de BTEX, notadamente para o
benzeno, sob as diferentes condiÃÃes redox testadas, jà que à um substrato preferencialmente
degradÃvel em relaÃÃo aos compostos aromÃticos. Finalmente, com relaÃÃo à robustez do
reator metanogÃnico sob condiÃÃes microaerÃbias, o sistema conseguiu lidar com os choques
de carga de BTEX embora choques consecutivos tenham aumentado seu tempo de
recuperaÃÃo. O perÃodo de ausÃncia de BTEX parece ter prejudicado a microbiota do reator,
pois a qualidade do efluente deteriorou-se consideravelmente apÃs reintroduÃÃo dos
compostos. O desligamento da microaeraÃÃo impactou negativamente a remoÃÃo de BTEX,
mas o sistema recuperou-se rapidamente apÃs restabelecimento das condiÃÃes microaerÃbias. / 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 ÂC) anaerobic reactors â
one of them operated under methanogenic conditions and, afterwards, under microaerobic
conditions, and the other one only under sulfidogenic conditions â a in order to determine the
best operational condition for BTEX removal. The reactors were fed with water contaminated
with BTEX (~3 mgÂL-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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:7025 |
| Date | 19 July 2013 |
| Creators | Paulo Igor Milen Firmino |
| Contributors | Andrà Bezerra dos Santos, Renato Carrhà LeitÃo, Alexandre Colzi Lopes, Mario Takayuki Kato, Elisa RodrÃguez RodrÃguez |
| 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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