II-369 ESTUDO CONJUGADO DA BIODEGRADABILIDADE AERÓBIA DE ÓLEO LUBRIFICANTE

Transcrição

1 II-369 ESTUDO CONJUGADO DA BIODEGRADABILIDADE AERÓBIA DE ÓLEO LUBRIFICANTE Ana Fernanda de Souza Germano (1) Bolsista de iniciação científica PIBIC/CNPq/UEPB. Graduanda do Curso de Licenciatura em Química da Universidade Estadual da Paraíba. Wilton Silva Lopes Doutor em Ciências pela Universidade Federal da Paraíba. Mestre em Saneamento Ambiental pelo Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente PRODEMA da UFPB/UEPB. Professor do Departamento de Química da Universidade Estadual da Paraíba. Valderi Duarte Leite Doutor em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo EES/USP. Mestre em Engenharia Sanitária pela Universidade Federal de Paraíba. Professor do Departamento de Química da Universidade Estadual da Paraíba. Pesquisador do CNPq. José Tavares de Sousa Doutor em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo EES/USP. Mestre em Engenharia Sanitária pela Universidade Federal de Paraíba. Professor do Departamento de Química da Universidade Estadual da Paraíba. Pesquisador do CNPq. José Wendell Willams Barros Bolsista de iniciação científica PIBIC/CNPq/UEPB. Graduando do Curso de Química Industrial da Universidade Estadual da Paraíba. Endereço (1) : Rua Venâncio Neiva, 287 Centro Campina Grande PB CEP: Brasil Tel: (83) anafernandasg@yahoo.com.br RESUMO Este trabalho teve objetivo estudar a biodegradabilidade aeróbia de óleo lubrificante quando tratado conjuntamente com esgoto sanitário. Para realização do experimento foram construídos e instalados dois reatores aeróbios em acrílico com capacidade unitária de 5, litros. Como derivado da indústria de petróleo foi utilizado óleo lubrificante, este foi devidamente misturado na proporção de,5% a esgoto. A análise dos resultados obtidos mostraram que o tratamento deste tipo de substrato através de sistemas biológicos aeróbios é possível. Foi possível verificar que com a aplicação de,5% de óleo o sistema manteve o seu desempenho praticamente estável, no tocante a remoção de DQO. A remoção de DQO com,5% de óleo foi de 96% para um tempo de 1 dias. Podemos concluir que o tratamento deste tipo de derivado da indústria de petróleo através de processos biológicos aeróbios apresenta-se como alternativa promissora podendo ser realizado sem maiores problemas. PALAVRAS-CHAVE: Óleo Lubrificante, Biodegradabilidade, Tratamento Aeróbio. INTRODUÇÃO Um dos grandes problemas atuais da industrialização é a grande quantidade de substâncias químicas que é lançada nos solos, águas subterrâneas, sedimentos, águas superficiais e ar. A indústria de petróleo, em suas diversas atividades exploração, produção, refino, transporte e comercialização apresentam riscos ambientais inerente, que precisam ser constantemente gerenciados, visando prevenir ou minimizar os seus impactos ao meio ambiente (Seabra, 21). Como exemplo desses impactos ambientais da indústria petrolífera podemos citar os vazamentos acidentais de petróleo e derivados em dutos, embarcações e unidades industriais. Segundo Borges et al (22), em todo mundo, mais de 1 bilhões de toneladas por ano de petróleo são produzidos e estima-se que,6% desta produção mundial termine poluindo os oceanos. Devido tal fato e a necessidade de remediar os problemas causados pela contaminação de grandes áreas, levouse ao desenvolvimento de novas tecnologias que enfatizam a destruição dos poluentes, tais como a técnica da biorremediação e a biodegradação (Anderson et al, 1993). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 A capacidade de certos microrganismos utilizarem hidrocarbonetos como fonte de carbono foi apresentada por ZoBell em Ele verificou que os microrganismos capazes de degradar hidrocarbonetos presentes no petróleo eram amplamente distribuídos na natureza, e a utilização deste como fonte de carbono era altamente dependente da natureza química dos compostos existentes na mistura do petróleo e das condições ambientais (Melo e Azevedo, 1997). Através da biodegradação, os compostos poluentes são eliminados do meio ambiente ou transformados em compostos menos tóxicos. Uma alternativa que pode ser viável para esta conversão é a codisposição por meio do tratamento biológico de resíduos de petróleo com outros tipos de materiais orgânicos biodegradáveis. Dessa forma, este trabalho teve como principal objetivo estudar a biodegradabilidade aeróbia de óleo lubrificante quando tratado conjuntamente com esgoto sanitário. MATERIAIS E MÉTODOS Para a realização do trabalho foram projetados, construídos e instalados reatores e demais dispositivos complementares de apoio à unidade experimental como um sistema de aeradores que forneciam ar atmosférico ao substrato alimentado ao reator. Os reatores aeróbios utilizados tinham capacidade unitária de 5, litros e foram construídos em acrílico com diâmetro de 8 cm. Como derivado da indústria de petróleo foi utilizado óleo lubrificante (F1 super SAE 2W 4, fornecedor Ipiranga), enquanto o esgoto sanitário foi coletado na rede pública de esgoto da cidade de Campina Grande - PB. Logo depois de instalado o sistema experimental, realizou-se a inoculação dos reatores, utilizando-se para tal lodo proveniente de um sistema de lodo ativado que tratava esgoto sanitário, na proporção de 1% do volume do reator. O lodo utilizado como inóculo apresentava ph 7, e cerca de 2,5 g L -1 de sólidos suspensos voláteis. Aproximadamente 48 horas depois do processo de inoculação foi iniciada a alimentação dos reatores com substrato constituído por óleo lubrificante e esgoto doméstico. Na preparação do substrato foram utilizadas proporções de,5%, 1% e 2% de óleo, assim como, igual proporção de ácido sulfônico com a finalidade de se obter uma melhor homogeneidade entre o óleo e o esgoto doméstico. O substrato presente no reator foi aerado continuamente durante todo período de monitoração e a taxa de aeração utilizada foi de 2,3m³ ar. dia -1. O monitoramento do sistema experimental foi realizado no material afluente e efluente do reator. Os parâmetros monitorados foram: ph, sólidos totais e suas frações, fósforo, nitrogênio total; além de uma coleta intermediária a cada dois dias destinada somente a análise de DQO durante todo período de monitoração. As análises realizadas seguiram os métodos preconizados pela APHA (1995). Durante a realização do trabalho experimental foram estudados os efeitos dos seguintes fatores sobre a biodegradabilidade do óleo derivado de petróleo: tempo de agitação, taxa de aeração e proporção óleo/esgoto. Todas os ensaios foram realizados à temperatura ambiente. Os parâmetros operacionais aplicados ao sistema experimental estão apresentados na Tabela 1. A Figura 1 mostra a representação do reator utilizado durante o trabalho. Tabela. 1- Parâmetros operacionais aplicados aos reatores. PARÂMETROS MAGUINITUDE Volume do reator 5, L Altura do reator 7,cm Diametro do reator 8,cm Tempo de aeração Continuamente Volume de lodo,5l ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Figura 1 Representação do reator utilizado no trabalho experimental. O trabalho experimental foi realizado em quatro etapas: 1ª etapa: Nesta etapa o substrato utilizado na alimentação do sistema experimental foi preparado com,5% do óleo lubrificante. O sistema operou com TDH de 15 dias, sendo aerado continuamente com taxa de aeração de 2,3m 3.dia -1. 2ª etapa: A partir desta etapa passou se a utilizar ácido sulfônico na preparação do substrato com a finalidade de se obter uma melhor homogeneidade entre o óleo e o esgoto doméstico. A percentagem de ácido utilizada foi à mesma do óleo. Dessa forma, nesta etapa o substrato foi preparado com,5% de óleo e,5% de ácido sulfônico. O TDH para esta etapa foi de 32 dias e a taxa de aeração foi de 2,3m 3.dia -1. Esta etapa foi realizada em duplicata com o objetivo de obter dados mais consistentes, visto que na 1ª etapa ficou constatado a dificuldade de coletar amostra e realizar as análises. 3ª etapa: Nesta etapa foi utilizado 1% de óleo e 1% de ácido sulfônico na preparação do substrato, o TDH foi de 44 dias e a taxa de aeração foi de 2,3m 3.dia -1. 4ª etapa: Nesta etapa foi utilizado 2% de óleo e 2% de ácido sulfônico na preparação do substrato, o TDH foi de 44 dias e a taxa de aeração foi de 2,3m 3.dia -1. 5ª etapa: Nesta etapa foi utilizado 1% de óleo e 1% de ácido sulfônico na preparação do substrato, o TDH foi de 62 dias e a taxa de aeração foi de 4,6m 3.dia -1. RESULTADOS E DISCUSSÃO 1ª Etapa Os dados provenientes do sistema experimental estão apresentados na Tabela 2. Tabela 2. Resultados obtidos com a monitoração da 1ª etapa Parâmetro Entrada Saída DQO (mg/l) ph 7,6 - Alcalinidade (mg/l) ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Analisando os dados apresentados na Tabela 2, pode-se constatar que o substrato preparado pela adição de,5% de óleo lubrificante a esgoto sanitário, forneceu uma mistura com ph 7,6 unidades, alcalinidade de 284 mg/l e DQO de 1,567 mg/l. Com a descarga do sistema experimental a análise do material efluente mostrou para a DQO uma remoção de 39% nos 15 dias de detenção, o que mostra a viabilidade deste tratamento para o substrato formado por óleo derivado de petróleo e esgoto doméstico. Os resultados de ph e alcalinidade do material efluente não foram determinados devido a problemas operacionais. O perfil da DQO do substrato alimentado ao reator durante o período de monitoração da 1ª etapa é apresentado na Figura 2. 1,8 1,5 1,2,9,6, Figura 2 Perfil da DQO durante o período de monitoração do sistema Analisando os dados apresentados na Figura 2, podemos constatar que ocorreu uma diminuição progressiva na concentração da DQO no substrato. No nono dia de monitoração a concentração de DQO tinha diminuído 11% da concentração inicial, no décimo segundo 26% e décimo quinto dia, final da monitoração da 1ª etapa atingiu um patamar de 39% de remoção. 2ª Etapa Na Tabela 3 são apresentados os dados dos parâmetros monitorados durante a 2ª etapa do trabalho experimental. Tabela 3. Resultados obtidos com a monitoração da 2ª etapa Parâmetro Entrada F1 Entrada F2 Saída F1 Saída F2 DQO (mg/l) ST (mg/l) STF (mg/l) STV (mg/l) SS (mg/l) SSF (mg/l) SSV (mg/l) Fósforo(mg/L) 11,1 11,1 19,5 18, ph 7,6 7,6 - - Nitrogênio (mg/l) F1- Repetição 1; F2- Repetição 2 Conforme os dados apresentados na Tabela 3, observa-se que o substrato preparado pela adição de,5% de óleo lubrificante e,5% de ácido sulfônico a esgoto sanitário, fornece uma mistura com ph 7,6 unidades, a concentração de ST na mistura afluente era de 9123 mg/l, enquanto o fósforo apresentou concentração 11,1 mg/l. Após 32 dias de monitoração o sistema experimental foi descarregado e a análise do material efluente mostrou diminuição nas concentrações de sólidos totais numa média de 89% da concentração inicial, enquanto a concentração de fósforo aumentou para 19,5 mg/l no F1 e 18, mg/l no F2, totalizando uma média de ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 acréscimo de 69% da concentração inicial. Com relação a DQO houve uma diminuição da concentração inicial de mg/l para uma média de 1752 mg/l nos dois sistemas. Na Figura 3 é apresentado o perfil da DQO do substrato alimentado ao reator durante o período de monitoração da 2ª etapa F1 F Figura 3 Perfil da DQO durante o período de monitoração do sistema Conforme os dados apresentados na Figura 3 observa-se que ocorreu uma progressiva diminuição na concentração da DQO no substrato nos dois reatores monitorados. Os valores de DQO que no início do período de monitoração eram de aproximadamente 17g.L -1 atingiram o patamar de 1,6 e 1,9g.L -1 após 32 dias de monitoração para os reatores F1 e F2, respectivamente, atingindo uma média total para os dois sistemas de 9% de remoção da concentração inicial de DQO. 3ª Etapa Os resultados obtidos após a análise do material afluente e efluente do reator na 3ª etapa estão apresentados na Tabela 4. Tabela 4. Resultados obtidos com a monitoração da 3ª etapa Parâmetro Entrada Saída DQO (mg/l) ST (mg/l) STF (mg/l) STV (mg/l) SS (mg/l) SSF (mg/l) SSV (mg/l) Fósforo (mg/l) 8,6 17, ph 6,7 - Observando os dados apresentados na Tabela 4, percebe-se que o substrato preparado com 1% de óleo lubrificante e 1% de ácido sulfônico a esgoto sanitário, teve como produto, uma mistura com ph 6,7 unidades, mg/l de sólidos totais, 8,6 mg/l de fósforo e mg/l de DQO. Após a monitoração, o sistema experimental foi descarregado e a análise do material efluente mostrou declínio nas concentrações de sólidos totais e acréscimo na concentração de fósforo. Os sólidos diminuíram de 4% da concentração inicial, enquanto a concentração de fósforo aumentou para 17, mg/l totalizando um acréscimo de 97%. Para a DQO foi obtida uma remoção de 74% nos 44 dias de monitoração. A representação da DQO do substrato alimentado ao reator, durante o período de monitoração da 3ª etapa é mostrada na Figura 4. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Figura 4 Perfil da DQO durante o período de monitoração do sistema Com a análise dos dados apresentados na Figura 4 constata-se que nesta etapa do experimento também ocorreu um decréscimo gradativo na concentração de DQO. O substrato alimentado ao reator apresentava concentração inicial de DQO em torno de 43g.L -1 e tendo atingido valores próximos de 1g.L -1 após 4 dias de monitoração. A remoção de DQO no sistema experimental foi de 74% da concentração inicial. 4ª Etapa Os dados dos parâmetros monitorados durante o trabalho experimental estão apresentados na Tabela 5 Tabela 5. Resultados obtidos com a monitoração da 4ª etapa Parâmetro Entrada Saída DQO (mg/l) ST (mg/l) STF (mg/l) STV (mg/l) SS (mg/l) SSF (mg/l) SSV (mg/l) Fósforo (mg/l) 1,6 45,2 ph 6,6 6,6 Examinando os dados apresentados na Tabela 5, nota-se que o substrato preparado pela adição de 2% de óleo lubrificante e 2% de ácido sulfônico com esgoto sanitário, produziu uma mistura com ph 6,6 unidades, DQO de mg/l, sólidos totais mg/l e 1,6 mg/l de fósforo. Após o período de monitoração o sistema experimental foi descarregado e a análise do material efluente apresentou para a DQO uma remoção de 37% da concentração inicial, os sólidos totais decresceram em 3% e a concentração do fósforo cresceu bastante em relação à concentração inicial, permanecendo constate apenas o ph. O substrato alimentado ao reator, durante o período de monitoração da 4ª etapa traz na Figura 5 representação da DQO. Analisando os dados apresentados na Figura 5 pode-se observar que o decréscimo da concentração de DQO no período de 44 dias foi de 61% mostrando assim a eficiência do tratamento. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Figura 5 Perfil da DQO durante o período de monitoração do sistema 5ª Etapa Na Tabela 6 são apresentados os dados dos parâmetros monitorados durante o trabalho experimental. Tabela 6. Resultados obtidos com a monitoração da 5ª etapa Parâmetro Entrada Saída DQO (mg/l) ST (mg/l) STF (mg/l) STV (mg/l) SS (mg/l) SSF (mg/l) 15 1 SSV (mg/l) Fósforo (mg/l) Nitrogênio (mg/l) ph 7,73 - Analisando os dados apresentados na Tabela 6 constata-se que o substrato preparado pela adição de 1% de óleo e 1% de ácido sulfônico forneceu uma mistura com ph de 7,73, DQO mg/l e concentração de ST de mg/l. Após 62 dias de monitoração o sistema experimental foi descarregado e a análise do material efluente mostrou para a DQO uma remoção de 95% da concentração inicial e para os sólidos totais um decréscimo de 76%. Na Figura 6 é apresentado o perfil da DQO, do substrato alimentado ao reator, durante o período de monitoração da 5ª etapa. Analisando os dados apresentados na Figura 6, podemos observar um decréscimo da concentração de DQO, visto que no inicio do período de monitoração a concentração de DQO era de 41,2 g.l -1 e atingiu uma concentração próxima de 2,g.L -1 após 62 dias de operação do sistema experimental, isto fornece uma remoção de 95% da concentração inicial de DQO. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 Figura 6 Perfil da DQO durante o período de monitoração do sistema CONCLUSÕES A análise dos resultados obtidos mostra que o tratamento deste tipo de substrato através de sistema biológico aeróbio é possível, ficando evidente a ocorrência da biodegradação de óleo lubrificante, uma vez que houve diminuição na concentração de DQO e visto que este parâmetro foi tomado como indicativo de remoção. O uso de uma substância para atuar como surfactante torna imprescindível para o tratamento deste tipo de material, haja vista, a dificuldade em coleta de amostras que representassem as reais condições do sistema experimental, devido ao fato do substrato apresentar duas fases distintas e o óleo não ficar em contato direto com a camada de lodo. As etapas que foram realizadas com,5 e 1% de óleo na preparação do substrato mostraram eficiências de remoção de DQO de 9 e 74% respectivamente. Contudo a etapa na qual o substrato foi preparado com 2% de óleo a remoção de DQO atingiu apenas 61%. Dessa forma, conclui-se que a melhor relação entre quantidade de óleo e esgoto é,5% de óleo, quando levado em consideração remoção de DQO e tempo de operação. Com relação à taxa de aeração ficou constatado que o seu aumento contribui decisivamente para a eficiência do processo, visto que para o tratamento com 1% de óleo a eficiência de remoção de DQO melhorou consideravelmente quando a taxa de aeração foi dobrada. De forma geral pode-se concluir que o tratamento deste tipo de derivado da indústria de petróleo (óleo lubrificante automotivo) conjuntamente com esgotos domésticos através de processo biológico aeróbio pode ser realizado sem maiores problemas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ANDERSON, T. A.; GUTHRIE, E. A.; WALTON, B. T. Biorremediation. In: Environmental Science & Tecnology. Vol. 27, p , APHA, AWWA, WPCF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19th edition. Public Health Association Inc., New York Borges, R. M. H.; Cammarot, M. C.; Freire, D. D. C. Seleção das melhores condições de biodegradação em solo argiloso contaminado com petróleo. In: Anais do XV congresso Brasileiro de Química, Natal/RN MELO, J. S de.; AZEVEDO, J.L de. Microbiologia Ambiental. Jaguariúma, SP: Embrapa CNPMA, 1997, 44 p. 5. SEABRA, P. N. Uso da Biorremediação em Áreas Impactadas pela Indústria de Petróleo. In: Biodegradação (Editores: Melo, I. S.; Silva, C. M.; Seramin, S. e Spessoto, A.), Embrapa Meio Ambiente, Jaguariúna, SP, 21. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8