AvaliaÃÃo da cinÃtica de biodegradaÃÃo dos compostos tÃxicos: benzeno, tolueno, etilbenzeno, xileno (BTEX) e fenol / Evaluation of biodegradation kinetics of toxics compounds: benzene, toluene, ethylbenzene, xylene (BTEX) and phenol

AUTOR(ES)

Daniela Estelita Goes Trigueros

DATA DE PUBLICAÇÃO

2008

RESUMO

Os hidrocarbonetos aromÃticos benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos, coletivamente conhecidos como BTEX sÃo compostos tÃxicos presentes em derivados de petrÃleo, como a gasolina, e utilizados em larga escala nas indÃstrias quÃmicas e petroquÃmicas. Estes compostos quando liberados no meio ambiente contaminam o solo e as Ãguas subterrÃneas, podendo inviabilizar a exploraÃÃo de aqÃÃferos, que atualmente representam uma fonte alternativa de Ãgua potÃvel. Portanto, à fundamental a pesquisa de processos de biodegradaÃÃo, particularmente quando mÃltiplos substratos estÃo presentes no sistema. Neste trabalho investigou-se a cinÃtica de biodegradaÃÃo dos compostos BTEX, individualmente e em mistura. Para tanto, o desempenho de diversos modelos nÃo-estruturados de crescimento microbiano, baseado na cinÃtica no nÃvel da populaÃÃo, foi avaliado utilizando-se dados experimentais obtidos da literatura. As equaÃÃes do balanÃo material em operaÃÃo batelada foram numericamente resolvidas (mÃtodo RKF45) aplicando os modelos de Monod e Andrews à cinÃtica de biodegradaÃÃo individual dos substratos. Igualmente, as equaÃÃes aplicadas à cinÃtica de biodegradaÃÃo da mistura BTEX foram resolvidas considerando os modelos de inibiÃÃo competitiva, acompetitiva e nÃo-competitiva, bem como o modelo soma cinÃtica dos parÃmetros de interaÃÃo (sum kinetic interactions parameters â SKIP). Para o entendimento dos mecanismos envolvidos na biodegradaÃÃo de mÃltiplos substratos tÃxicos, tambÃm foram investigadas a cinÃtica de biodegradaÃÃo dos compostos BTF (benzeno, tolueno e fenol), individualmente e em misturas binÃrias e ternÃria. Neste caso, algumas modificaÃÃes nos modelos de inibiÃÃo foram propostas para descrever a cinÃtica de biodegradaÃÃo das misturas benzeno-tolueno e benzeno-fenol. Os parÃmetros cinÃticos foram estimados por meio de um mÃtodo de otimizaÃÃo global conhecido como Enxame de PartÃculas (Particle Swarm Optimization â PSO), implementado no software MapleÂ, utilizando a funÃÃo dos mÃnimos quadrados como critÃrio estatÃstico. Os parÃmetros obtidos no presente trabalho mostraram-se coerentes com valores relatados na literatura. A biodegradaÃÃo individual dos substratos BTEX foi adequadamente representada pelos modelos de Andrews e Monod. O modelo SKIP proporcionou a melhor representaÃÃo da cinÃtica de biodegradaÃÃo da mistura BTEX, e conseguiu mostrar a existÃncia de interaÃÃes nÃo especÃficas entre os substratos BTEX. AlÃm do Ãtimo ajuste do modelo SKIP, inferÃncias sobre o comportamento dos demais modelos avaliados indicam uma mistura de inibiÃÃes competitiva e nÃo-competitiva, concordando com o fato de que, a mistura de culturas microbianas utilizada na biodegradaÃÃo, pode apresentar mÃltiplos caminhos metabÃlicos para a biodegradaÃÃo dos compostos BTEX. Por meio do modelo SKIP estimou-se as interaÃÃes entre os substratos BTEX, onde o etilbenzeno apresentou o maior efeito de inibiÃÃo sobre os demais compostos, ao passo que o xileno mostrou o menor efeito. O modelo de inibiÃÃo competitiva representou adequadamente a cinÃtica de biodegradaÃÃo dos substratos BTF, em misturas binÃrias e ternÃria, concordando com o fato de que estes compostos sÃo catabolizados pelo mesmo caminho enzimÃtico da Pseudomonas putida F1 utilizada na biodegradaÃÃo. AlÃm disso, as modificaÃÃes propostas para os modelos de inibiÃÃo, representaram melhor a cinÃtica de biodegradaÃÃo das misturas benzeno-tolueno e benzeno-fenol. Os resultados alcanÃados neste trabalho mostram que os melhores modelos podem ser aplicados com sucesso na otimizaÃÃo dos processos de biodegradaÃÃo de compostos tÃxicos em diferentes tipos de biorreatores e condiÃÃes operacionais.

ASSUNTO(S)

biodegradation btex compostos tÃxicos - cinÃtica de biodegradaÃÃo phenol cinÃtica biodegradaÃÃo poluiÃÃo de Ãgua - prevenÃao e controle processos industriais de engenharia quimica pso modelagem fenol btex (benzeno, tolueno, etilbenzeno, xileno) pso modeling hidrocarbonetos

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