Estudo cinético da biodegradação dos compostos BTX monocomponente e multicomponente em um reator de leito fixo com biomassa imobilizada

Abstract

Os hidrocarbonetos aromáticos benzeno, tolueno e xilenos, conhecidos como BTX, são compostos tóxicos presentes em efluentes líquidos das indústrias petroquímicas. Esses efluentes quando liberados no meio ambiente contaminam o solo e as águas subterrâneas, comprometendo aquíferos, que representam uma fonte de água potável. Neste contexto é fundamental uma série de estudos para o desenvolvimento de técnicas eficazes para a remoção dos compostos BTX desses efluentes. Dentre as diversas técnicas empregadas atualmente, destacam-se os tratamentos biológicos com biomassa imobilizada. No entanto existem poucos estudos que abordam a mistura de múltiplos substratos. O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um algoritmo em linguagem MATLAB capaz de estimar os parâmetros cinéticos em um reator de leito fixo com biomassa imobilizada em sistema monocomponente, bicomponente e tricomponente. Foram avaliados modelos cinéticos de Monod, inibição acompetitiva, inibição competitiva e não-competitiva para a mistura de múltiplos substratos com a finalidade de determinar a existência ou não de inibição pelo substrato. Verificou-se através dos resultados que para a biodegradação individual de BTX o biofilme degradou mais rapidamente o tolueno, seguido do benzeno e do o-xileno. Para sistema com múltiplos substratos (bicomponente e tricomponente) determinou-se estatisticamente que a mistura de benzeno, tolueno e o-xileno provocou inibição competitiva. Em sistema tricomponente constatou-se que o biofilme possui maior taxa de biodegradação para o benzeno, seguido do tolueno e do o-xileno, respectivamente. De forma geral, o algoritmo de minimização desenvolvido neste trabalho permitiu prever com eficácia os parâmetros cinéticos em sistema individual e de mistura. Também permitiu predizer diferentes condições de operação de um reator de leito fixo com biomassa imobilizada que atendem à resolução 430 de 13 de maio de 2011 do CONAMA. <br>

Abstract : Aromatic hydrocarbons, benzene, toluene and xylenes, known as BTX, are toxic compounds present in wastewater of petrochemical industries. These effluents when released into the environment contaminate the soil and groundwater, affecting aquifers, which are a source of drinking water. In this context, it is fundamental the development of effective techniques for the removal of BTX compounds of these effluents. Among the various techniques currently employed, stands out the biological treatment with immobilized biomass, but there are few studies that address the mixture of multiple substrates. The present work aims the development of an algorithm in MATLAB language to estimate the kinetic parameters in a fixed bed reactor with immobilized biomass with one, two and three components. The kinetic models of Monod, uncompetitive inhibition, competitive and non-competitive inhibition for mixture of multiple substrates were evaluated in order to determine the existence or not of inhibition by the substrate. It was found through the results that for individual biodegradation of BTX the biofilm quickly degraded toluene, followed by benzene and o-xylene. For system with multiple substrates (two and three components), it was determined statistically the mixture of benzene, toluene and o-xylene caused competitive inhibition. In three components systems, it was found that the biofilm has highest rate of biodegradation for benzene, followed by toluene and o-xylene, respectively. In general, the minimization algorithm developed in this work allowed to effectively predict the kinetic parameters in single or mixed system and to predict different conditions of operating for a fixed bed reactor with immobilized biomass that meet the CONAMA resolution 430 of 13 May 2011.