Aplicação da biofiltração no tratamento de vapores de gasolina

Abstract

Resumo : A biofiltração é uma opção biotecnológica utilizada no controle da poluição atmosférica. Inicialmente utilizada para tratamento de odores, esta tecnologia vem sendo industrialmente empregada no tratamento de compostos orgânicos e inorgânicos voláteis em diferentes países desenvolvidos, apesar de ser pouco conhecida no Brasil. O ar a ser tratado é forçado a passar por um filtro, cujo suporte está impregnado de microrganismos - formando um biofilme. Os contaminantes são, então, mineralizados para manutenção do metabolismo microbiano. Os compostos monoaromáticos presentes na gasolina (benzeno, tolueno, etil-benzeno e xilenos - orto-, meta- para-) são tóxicos e carcinogênicos, tendo como principal rota de contaminação humana as vias respiratórias. O tratamento dos vapores de gasolina, emanados durante a remediação de áreas contaminadas, o armazenamento e a distribuição deste combustível, diminui os riscos à saúde da população. Na contaminação de ambientes sub-superficiais (solos e aqüíferos) foi observado que a presença do etanol na gasolina comercializada no Brasil pode retardar ou impedir a biodegradação deste combustível, não existindo estudos referentes aos efeitos nos processos de biofiltração de gases. Os objetivos desta pesquisa foram: caracterizar diferentes materiais, avaliando suas potencialidades e limitações para uso como suportes em biofiltros; inocular os suportes com microrganismos capazes de degradar vapores de gasolina, a partir do isolamento e cultivo das cepas em laboratório; montar um sistema de biofiltração em escala laboratorial e acompanhar sua eficiência no tratamento de ar contaminado com vapores de gasolina A (sem etanol) e C (com 20-25% de etanol). Dos sete suportes caracterizados, dois foram escolhidos para os testes mais detalhados: composto e borracha de pneu granulada. A eficiência de remoção (ER) foi acompanhada com uso de CG-FID, durante sete meses. A boa performance dos biofiltros, que em alguns estudos atingiram 90-100%de ER, mostrou a potencialidade da aplicação da biofiltração no tratamento de ar contaminado com vapores de gasolina e no aproveitamento de resíduos industriais. Os dois bioreatores foram eficientes na remoção de vapores de gasolina C, em concentrações até 5 g.m-3, e gasolina A, até 2 g.m-3. Somente o filtro com borracha de pneu granulada promoveu a depuração eficiente de vapores de gasolina A com 4 g.m-3. Diferentemente do que já foi observado em solos e aqüíferos, nos biofiltros de composto os vapores de gasolina C foram mais facilmente degradados. Isto provavelmente ocorre em virtude da maior disponibilidade de aceptores finais de elétrons nos biofiltros e, também, do aumento na dissolução dos vapores no biofilme - conseqüência do efeito de co-solvência do etanol sobre os constituintes da gasolina, tornando-os mais disponíveis à degradação microbiana.

Abstract : Biofiltration is a biotechnological option for air pollution control that was originally used to reduce the emissions of malodorous compounds from wastewater treatment plants, composting, and piggery facilities. Nowadays, this technique is also applied to the removal of volatile organic and inorganic compounds from industrial discharges and contaminated sites in many developed countries, although it is almost unheard of in Brazil. The process consists in the passage of a contaminated gaseous stream through a filter, the support of which is impregnated with microorganisms - forming a biofilm. In order to obtain energy for their metabolism, microorganisms destroy air contaminants down to their complete mineralization. Gasoline monoaromatic compounds (benzene, ethyl-benzene, toluene, xylenes - known as BTEX group) are toxic and carcinogenic, having the respiratory tract as their main human contamination route. The treatment of gasoline vapors emitted during storage, distribution, and also site remediation decreases the risks associated with the inhalation of these carcinogenic compounds. It has already been observed that in subsurface environments (soil and aquifers) the presence of ethanol in the gasoline commercialized in Brazil can delay or even hinder their natural biodegradation; however, the effects in biofiltration processes have not been studied yet. The purposes of the present research were: first, to characterize several materials, analyzing their potential and limitations to be used as supports in biofilters; second, to isolate gasoline-vapor degrader microorganisms and to inoculate them onto the support; third, to plan and install a bench scale biofilter; and, finally, to monitor the removal efficiency (RE) of biofiltration of gasoline A (without ethanol) and C (with 20-25% of ethanol) vapors. Two of the seven characterized supports were selected for detailed analyses: compost and granulated tire. RE analysis was followed by CGFID, during seven months. The good performance of the biofilters showed the potential use of this technique for gasoline air pollution control and also for mitigating the environmental impact of industrial residues by using them as support materials for the filters. Both reactors were efficient in the removal of gasoline C vapors, in concentrations up to 5 g.m-3 , and gasoline A vapors, in concentrations up to 2 g.m-3; but only granulated tire biofilters were effective in treating gasoline A vapors in 4 g.m-3 concentrations. Unlike what has already been observed in soil and aquifers, gasoline C vapors were more easily degraded than gasoline A in compost biofilters. This may be due to a higher availability of final electron acceptors in the biofilters and also to an increase in the dissolution of vapors in the biofilm – a result of the cosolvency-effect of ethanol over the gasoline compounds, which renders them more available to biodegradation.