Biorreatores anaeróbios aplicados à remoção de 2,4-D e atrazina de efluente sintético

Abstract

Nas últimas décadas, com o desenvolvimento de técnicas analíticas capazes de quantificar moléculas extremamente diluídas, passaram a ser detectados em virtualmente todos os ambientes naturais contaminantes de preocupação emergente (CPE), e.g. produtos de cuidado pessoal, fármacos, drogas ilícitas, microplásticos, nanomateriais, pesticidas e outros. Esses poluentes estão associados a efeitos adversos à saúde e aos ecossistemas, sendo frequentemente pouco depurados nos tratamentos convencionais de água e esgoto. Atrazina (ATZ) e 2,4-D são dois dos herbicidas mais utilizados no Brasil atualmente e considerados CPE devido aos seus impactos socioambientais. Para o tratamento de efluentes contaminados com esses compostos, têm sido investigados biorreatores de membrana (BRM) e também, mais recentemente, biorreatores anaeróbios de membrana dinâmica (BRAnMD). Embora estudos anteriores tenham demonstrado resultados limitados na degradação desses herbicidas em BRM, o uso de carvão ativado foi promissor, tanto por melhorar a remoção dos compostos quanto favorecer a digestão anaeróbia (DA). Esta dissertação avaliou o uso da DA no tratamento de efluente sintético contendo ATZ e 2,4-D, bem como os efeitos da adição de carvão ativado de osso (CAO) em biorreatores anaeróbios semi-contínuos associados a módulos de membrana dinâmica (MD). Na primeira etapa, 48 biorreatores em batelada foram alimentados com substrato contendo diferentes concentrações dos herbicidas, verificando-se ausência de inibição na produção de biogás e metano, com remoção de 2,4-D entre 23 e 98% e ATZ totalmente recalcitrante. Na segunda etapa, dois BRAnMD semicontínuos receberam 2,4-D isoladamente ou combinado com ATZ e ambos apresentaram baixa eficiência de remoção dos agrotóxicos. Na terceira etapa, os dois BRAnMD receberam ATZ + 2,4-D, sendo que em um deles foram adicionadas doses crescentes de CAO, que resultaram em melhorias na DQO efluente, mas não influenciaram a remoção dos contaminantes. Os módulos de MD, construídos com materiais simples e econômicos, melhoraram significativamente a qualidade do efluente em termos de DQO, sólidos e turbidez, embora o regime semi-contínuo tenha mostrado limitações para o desenvolvimento pleno da MD. Os resultados sugerem que a presença de ATZ e 2,4-D no efluente não prejudicou a DA e que há a necessidade de tempo de detenção mais elevado para a remoção de 2,4-D em BRAnMD, enquanto a ATZ mostrou-se pouco biodegradável. O acoplamento de módulos de MD à DA e a adição de CAO melhoraram a remoção de matéria orgânica, destacando a aplicabilidade dessas tecnologias para a melhoria de biorreatores anaeróbios.

Over the past few decades, the development of analytical techniques capable of quantifying extremely diluted molecules has led to the detection of contaminants of emerging concern (CEC) in virtually all natural environments. These include personal care products, pharmaceuticals, illicit drugs, microplastics, nanomaterials, pesticides, and others. These pollutants have been linked to adverse effects on health and ecosystems and are often not effectively removed by conventional water and wastewater treatments. Atrazine (ATZ) and 2,4-D, herbicides with significant socioenvironmental impacts, are currently among the most widely used herbicides in Brazil. Efforts to treat effluents contaminated with these compounds have focused on membrane bioreactors (MBR), with more recent investigations into anaerobic dynamic membrane bioreactors (AnDMBR). Although previous studies have shown limited success in degrading these herbicides using MBR, the use of activated carbon has shown promise, enhancing both the removal of these compounds and the promotion of anaerobic digestion (AD). This dissertation evaluated the use of AD for treating synthetic effluent containing ATZ and 2,4-D, as well as the effects of adding bonederived activated carbon (CAO) to semi-continuous anaerobic bioreactors with dynamic membrane (DM) modules. In the first stage, 48 batch bioreactors were fed with substrates containing different concentrations of the herbicides, and no inhibition of biogas or methane production was observed, with 2,4-D removal ranging from 23% to 98%, while ATZ remained completely recalcitrant. In the second stage, two semicontinuous AnDMBR were fed with 2,4-D alone or in combination with ATZ, and both showed low efficiency in removing the pesticides. In the third stage, both AnDMBR were fed with ATZ + 2,4-D, and increasing doses of CAO were added to one of them. This resulted in improvements in effluent chemical oxygen demand (COD), but did not significantly affect the removal of the contaminants. The DM modules, constructed from simple and cost-effective materials, significantly improved effluent quality in terms of COD, solids, and turbidity, although the semi-continuous operation has shown limitations in fully developing the dynamic membrane. The results suggest that the presence of ATZ and 2,4-D in the effluent did not inhibit AD and that a longer detention time is needed to improve the removal of 2,4-D in AnDMBR, while ATZ proved to be poorly biodegradable. The coupling of DM modules with AD and the addition of CAO enhanced organic matter removal, highlighting the applicability of these technologies for improving anaerobic bioreactors.