Remoção de azo-corante em reator anaeróbio seguido de eletro-biorreator à membrana híbrido

Abstract

O setor têxtil destaca-se pelo seu massivo consumo de água e geração de efluentes carrega-dos de corante para produção. Estima-se que a geração de efluente têxtil atingiu aproxima-damente 21,5 milhões de m³ no ano de 2019, e que os azo corantes são responsáveis por até 70% do consumo de corante mundial, e que até 50% de todo o corante utilizado termina no efluente descartado. Ademais, os resíduos típicos de indústrias têxteis englobam outros pro-dutos químicos auxiliares, o que acaba por gerar um efluente com concentrações irregulares e de difícil caracterização. A busca por novas tecnologias de tratamento que possibilitem a degradação total destes poluentes é uma das principais alternativas para a mitigação desta problemática ambiental. Nesta perspectiva, este trabalho tem como objetivo avaliar o de-sempenho da aplicação do processo de eletrocoagulação (EC) em sistema contínuo compos-to por um reator UASB e um biorreator à membrana híbrido (EBRM-H) em série para o tra-tamento de efluente têxtil sintético. Esta pesquisa foi realizada em duas estratégias, totali-zando 191 dias de operação: foram 68 dias de tratamento de efluente têxtil sintético, com a aplicação de 50 mg.L-1 de corante vermelho (Drimaren Red CL-7B) sem a aplicação de cor-rente contínua (E-1); e então 123 dias de tratamento do mesmo efluente, nas mesmas condi-ções, com a aplicação de densidade de corrente de 20 A.m-2 (E-2). A segunda estratégia foi dividida em duas etapas: nos primeiros 62 dias (E-2.1), o eletrodo interno (aço inoxidável) foi utilizado como ânodo; já nos últimos 61 dias, o ânodo utilizado foi o eletrodo externo (alumínio). A eficiência de cada um dos reatores foi avaliada pela análise da remoção de matéria orgânica, nitrogênio, fósforo, corante e cor. Simultaneamente, foram realizados en-saios de bancada com o objetivo de avaliar a atividade das biomassas autotrófica e hetero-trófica no EBRM-H, assim como ensaios com a finalidade de monitorar as condições de fil-trabilidade do licor misto deste mesmo reator. O impacto do corante e, no caso do EBRM-H, também da eletrocoagulação, foi avaliado sobre a composição da comunidade bacteriana em ambos os reatores. Os resultados expressaram que a aplicação da corrente elétrica no EBRM-H resultou em maior capacidade de remoção do corante estudado, com uma eficiên-cia máxima do sistema de 69%, atingida na E-2.1. Por sua vez, a maior eficiência de degra-dação de aminas aromáticas, subprodutos referentes à degradação do azo corante, foi regis-trada na E-2.2. A remoção de DQO foi excelente em ambas as estratégias ? a eficiência mé-dia de remoção registrada foi maior de 97% para todo o período de operação. A remoção de nitrogênio amoniacal seguiu a mesma linha, apresentando remoção média de mais de 98% durante os 191 dias. Quanto à remoção de fósforo, foi observado que o uso da eletrocoagula-ção aprimorou significativamente as eficiências de tratamento, que aumentaram de 3% (E-1) para até 92% (E-2.1). Para o EBRM-H, foi constatado um decréscimo de até 45% no teor de SSV na primeira estratégia, perfil que foi revertido a partir do início da eletrocoagulação. A relação SSV/SST apresentou uma queda após o início do processo de coagulação eletrolítica, caindo de 0,88 para 0,52 entre as E-1 e E-2. As análises de coordenadas principais (PCoA) indicaram alta variância da estrutura da comunidade bacteriana para ambos os reatores. Da mesma forma, as análises de abundância relativa apontaram grandes alterações nas comuni-dades microbianas presentes nos dois reatores. Ensaios de bancada denotaram que a filtrabi-lidade do licor misto do EBRM-H melhorou após o início da eletrocoagulação; entretanto, foi observada uma maior velocidade de colmatação para a E-2.1, atribuída ao alto teor de EPS encontrado no licor misto. De modo geral, é possível inferir que a associação da eletro-coagulação ao biorreator à membrana, quando precedidos de sistema anaeróbio, se apresenta como uma tecnologia promissora para o tratamento de efluentes têxteis.

Abstract: The textile industry stands out for its massive water usage and production of wastewater loaded with dye. It can be estimated that the volume of textile wastewater produced in 2019 alone to be about 21,5 km3. Azo dyes are responsible for up to 70% of world dye consump-tion, and that up to 50% of all dyes used ends up in the discarded effluent. Furthermore, typ-ical textile industry waste includes other auxiliary chemical products, which ends up gener-ating effluent with irregular concentrations and difficult to characterize. The search for new treatment technologies that enable the total degradation of these pollutants is one of the main alternatives for mitigating this environmental problem. In this perspective, this work aims to evaluate the performance of the application of the electrocoagulation process (EC) in a hybrid membrane bioreactor (EMBR-H) preceded by a UASB reactor for the treatment of synthetic textile effluent. This research consisted of two strategies, totaling 191 days of operation: 68 days of synthetic textile effluent treatment, with the application of 50 mg.L-1 of red dye (Drimaren Red CL-7B) without the application of direct current ( E-1); and then 123 days of treatment of the same effluent, under the same conditions, with the application of a current density of 20 A.m-2 (E-2). The second strategy was divided into two stages: in the first 62 days (E-2.1), the internal electrode (stainless steel) was used as the anode; in the last 61 days, the anode used was the external electrode (aluminum). The efficiency of each reactor was evaluated by analyzing the removal of organic matter, nitrogen, phosphorus, color and dye. Simultaneously, batch tests were carried out with the objective of evaluating the activity of autotrophic and heterotrophic biomasses in the EMBR-H, as well as tests in order to monitor the conditions of the mixed liquor in this same reactor. The impact of the dye and, in the case of EMBR-H, also of electrocoagulation, was evaluated on the composi-tion of the bacterial community in both reactors. The results showed that the application of electric current in the EMBR-H resulted in a greater capacity to remove the studied dye, with a maximum efficiency of 69% in E-2.1. In turn, the highest degradation efficiency of aromatic amines, by-products related to the degradation of azo dye, was recorded in E-2.2. COD removal was excellent in both strategies ? the average removal efficiency recorded was greater than 97% for the entire period of operation. Ammonia nitrogen removal fol-lowed the same line, with an average removal of more than 98% during the 191 days. As for phosphorus removal, it was observed that the use of electrocoagulation significantly im-proved the treatment efficiencies, which increased from 3% (E-1) to up to 92% (E-2.1). There was a decrease of up to 45% in the SSV content in the first strategy, a profile that was reversed from the start of electrocoagulation. The SSV/SST ratio decreased after the start of the electrolytic coagulation process, dropping from 0.88 to 0.52 between E-1 and E-2. PCoA analyzes indicated high variance in bacterial community structure for both reactors. Like-wise, the analyzes of relative abundance pointed out great alterations in the microbial com-munities present in the two reactors. Bench tests denoted that the filterability of the EBRM-H mixed liquor improved after the start of electrocoagulation; however, a higher clogging rate was observed for E-2.1, attributed to the high EPS content found in the mixed liquor. In general, it is possible to infer that the association of electrocoagulation with the membrane bioreactor presents itself as a promising technology for the treatment of textile effluents.