Biodegradação de compostos BTEX em reator com biofilme suportado em xisto retortado

Abstract

Compostos orgânicos voláteis (COV), em especial os compostos BTEX, benzeno (B), tolueno (T), etilbenzeno (E) e xilenos (X), pela elevada toxicidade, são nocivos ao ambiente e aos organismos vivos, fazendo com que internacionalmente as normas ambientais se tornem muito rígidas. Consequentemente há uma necessidade urgente para o desenvolvimento de metodologias que sejam capazes de minimizar ou eliminar o efeito nocivo destes compostos. Neste trabalho estudou-se primeiramente o processo de adsorção dos compostos BTEX em xisto retortado, submetidos a diferentes tipos de tratamento com o objetivo de aumentar a capacidade de adsorção do xisto, que foram: tratamento ácido, básico, térmico e tratamento com diferentes surfactantes. O único tratamento que se mostrou eficiente foi o tratamento ácido, utilizando o ácido acético, o qual aumentou a capacidade de adsorção do xisto em aproximadamente 35% em relação ao xisto sem tratamento. Foram realizadas as cinéticas de adsorção determinando-se que o melhor modelo de ajuste dos dados experimentais foi o de pseudo-primeira ordem, apresentando coeficiente de correlação entre 0,90 ? 0,98, para os quatro compostos. Através das isotermas de adsorção obtidas, foi possível conhecer a capacidade máxima de adsorção (qmax) do xisto retortado para cada composto orgânico, que decresce na seguinte ordem T > B > E > X, com valores de 11,482>10,209>8,407>7,685 mg/g, respectivamente. A fim de aumentar o desempenho na remoção dos compostos BTEX do efluente, estudou-se o processo de biodegradação desses compostos individuais e em mistura, para o processo em batelada, utilizando-se biofilmes suportados em partículas de xisto. Os resultados obtidos demonstram que o biofilme é capaz de biodegradar completamente os quatro compostos orgânicos, individualmente e em misturas binárias, ternárias e quaternárias. Na identificação dos micro-organismos presentes no lodo in natura e após a adaptação ao BTEX, através de sequenciamento de DNA, observou-se uma mudança nos gêneros presentes nas amostras in natura, apresentando maior quantidade do gênero Clostridium e Pseudonomas, enquanto que nos micro-organismos adaptados o gênero em maior abundância foi o Comamonas. Dentro desse gênero, a espécie encontrada em maior abundância foi a Comamonas testosteroni. No presente trabalho é utilizado um modelo de uma única equação para descrever o perfil de concentração dos compostos BTEX ao longo de um biorreator com biofilme em leito fixo. A equação utilizada no modelo é discretizada utilizando o método de volumes finitos. O estudo utiliza um modelo computacional desenvolvido em linguagem MATLAB para a simulação de diferentes parâmetros do processo a fim de prever a remoção dos compostos BTEX. Os parâmetros estudados foram: concentração de alimentação dos compostos, vazão de alimentação e área do biorreator. Os resultados das simulações mostraram que todos os parâmetros avaliados influenciam a biodegradação dos compostos BTEX, e que o modelo matemático e a metodologia numérica podem ser usados como uma ferramenta para prever o comportamento dinâmico e estacionário do processo de biodegradação em colunas de leito fixo.<br>

Abstract : Volatile organic compounds (VOCs), especially benzene, toluene, ethylbenzene and xylenes (BTEX), have high toxicity and are environmentally harmful and to living organisms, causing international environmental laws very rigid. Consequently, there is an urgent need for the development of methodologies that are able to minimize or eliminate the harmful effects. In this work, the process of adsorption of BTEX was studied, undergoing different types of treatment in order to increase the adsorption capacity of the adsorbent, which were acid treatment, basic treatment, and thermal treatment with different surfactants. The unique treatment that has proved to be efficient was the acid treatment using acetic acid, which increased the adsorption capacity by approximately 35 % compared to untreated adsorbent. Adsorption kinetics were performed and the best fit model of experimental data is the pseudo-first order model, with correlation coefficient of 0.90 to 0.98 for the four compounds. Using the adsorption isotherms, it was possible to know the maximum adsorption capacity (qmax) for each organic compound that decreases in the order T> B> E> X, with values of 11,482> 10,209> 8,407 > 7,685 mg/g, respectively. In order to increase the performance of the removal of effluent BTEX compounds, we studied the process of biodegradation of these compounds, individually and in binary, ternary or quaternary mixtures to the batch process, using the biofilms supported in shale particles. The results demonstrated that the biofilm is able to completely biodegrade the four organic compounds, individually and in binary, ternary or quaternary mixtures. The identification of microorganisms in the sludge in natura and after adaptation to BTEX, through DNA sequencing, there was a change in genres present in fresh samples, showing Clostridium and Pseudomonas, while in microorganisms adapted the gender in greater abundance was the Comamonas. In this gender, the kind found in most an abundance was Comamonas testosteroni. In this work, we used a model of a single equation to describe the concentration profile of the BTEX compounds over a bioreactor with biofilm fixed bed. The equation used in the model is discretized using the finite volume method. The study uses a computer model developed for the MATLAB simulation of different process parameters to provide the efficiency of removal of BTEX compounds. The parameters studied were the feed concentration of the compounds, the feed flow and the bioreactor area. The simulation results showed that all parameters influenced the biodegradation of BTEX compounds, and the mathematical model and the numerical method can be used as a tool to predict the dynamic and stationary behavior of the biodegradation process.