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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/22509
Document type: | Tese |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Efeitos do campo magnético gerado por ímãs em cultura mista para biorremoção de cromo em efluentes contaminados |
Alternate title (s): | Effects of a magnetic field generated by magnets in mixed culture for the bioremoval of chromium in effluent contaminated |
Author: | Dias, Roseli Mendonça |
First Advisor: | Resende, Miriam Maria de |
First coorientator: | Cardoso, Vicelma Luiz |
First member of the Committee: | Costa, Ernane José Xavier da |
Second member of the Committee: | Ferreira, Juliana de Souza |
Third member of the Committee: | Aguiar, Mônica Lopes |
Fourth member of the Committee: | Vieira, Patrícia Angélica |
Fifth member of the Committee: | Bertolino, Sueli Moura |
Summary: | O lançamento ambientalmente adequado de efluentes industriais contendo metais pesados é alvo de legislações que padronizam as concentrações dos contaminantes antes de chegarem ao corpo receptor. O tratamento de efluente contendo cromo hexavalente (Cr (VI)) por precipitação química é o mais comum, despertando o interesse pelo tratamento biológico, tendo em vista que o primeiro gera resíduos químicos ao final do processo. O cromo em sua forma hexavalente é mais tóxico que sua forma trivalente (Cr (III)), tornando a biorredução do cromo uma das técnicas mais utilizadas na biorremediação de metais pesados. O uso de campo magnético em micro-organismos chamou atenção pela capacidade de crescimento e biodegradação realizada pelos micro-organismos. Sendo assim, o presente estudo objetivou quantificar as remoções de Cr (VI), Cr total e carbono orgânico total (COT) de efluente sintético aplicando campo magnético, em diferentes frequências (2,5; 3; 5 e 10 Hz) e apenas intensidade de campo magnético, em cultura mista. Dois biorreatores, sendo um com ímãs de neodímio para geração do campo magnético e o outro sem ímãs, foram utilizados na avaliação das remoções de cromo e COT durante 24 h de recirculação do efluente sintético. As configurações dos ímãs foram alternadas em busca da melhor organização de ímãs que correspondesse a maior remoção de Cr (VI). A concentração inicial de Cr (VI) foi de 100 mg/L para todas as configurações de biorreatores testadas. Todas as configurações de biorreatores alcançaram remoção de aproximadamente 100% de Cr (VI), com exceção do teste preliminar, porém com tempos de processo e tempos de aplicação de campo magnético diferentes. As configurações de biorreatores que levaram às maiores remoções de cromo e COT foram aquelas que apresentaram 40, 170 e 600 ímãs. Com 170 ímãs, em 4 h e 17 min de aplicação de campo magnético nas frequências de 3, 5 e 10 Hz, as quais correspondem às vazões de 3,93 cm3/s, 7,07 cm3/s e 14,92 cm3/s, respectivamente, a frequência de campo de 5 Hz apresentou a maior remoção para o Cr (VI) (99,91± 0,3 %), Cr Total (82,1± 1,5 %) e COT (34,2 ± 2,4 %) quando comparada às frequências de 3 e 10 Hz e sem aplicação de campo. Para o biorreator com 600 ímãs, com vazão 7,07 cm3/s e tempo de campo de 14 h e 8 min, as remoções de Cr (VI), Cr total e COT corresponderam a 99,96 ± 1,4x10-3 %, 61,6 ± 0,9 % e 40,8 ± 1,5 %, respectivamente. Para o biorreator com 40 ímãs circulares, com vazão 7,46 cm3/s e tempo de campo de 7 h e 48 min, as remoções de Cr (VI), Cr total e COT corresponderam a 99,97 ± 0,01 %, 74,2 ± 1,2 % e 25,1 ± 1,5 %, respectivamente. Quando o número de ímãs aumentou de 40 para 170, porém com intensidade do campo magnético menor, a remoção de Cr total foi maior. Entretanto, quando os ímãs aumentaram para 600 com intensidade maior, a remoção de Cr total voltou a diminuir. A dessorção do cromo também foi avaliada em efluente sintético, apresentando todas as concentrações de Cr (VI) abaixo das concentrações permitidas para lançamento em corpo receptor pela legislação brasileira vigente CONAMA 430/2011 (0,1 mg/L). A ruptura das células microbianas mostrou, que a quantidade de cromo retido nas células pelo experimento com campo magnético foi maior em comparação ao experimento sem campo magnético, indicando possibilidade de recuperação deste metal e de justificar um dos mecanismos que aumentam a remoção. As análises de Espectroscopia de Infravermelho corroboraram com os ensaios de ruptura, pois foi verificado que há presença de Cr (III) na biomassa após tratamento do efluente sintético. A morfologia da cultura mista analisada em microscopia eletrônica de varredura não apresentou alterações com a presença do cromo e do campo magnético. Concluiu-se, portanto, que os experimentos no biorreator com frequência de campo magnético de 5 Hz e apenas intensidade de campo magnético apresentaram as melhores remoções de Cr (VI), Cr total e COT comparadas ao biorreator sem campo magnético para o tempo avaliado. |
Abstract: | The environmentally appropriate release of industrial effluents containing heavy metals is subject to legislation that standardizes the contaminants concentrations before discharge into the receiving body. The treatment of effluent containing hexavalent chromium (Cr (VI)) by chemical precipitation is the most common, arousing interest in biological treatment since the former generates chemical residues at the end of the process. Chromium in its hexavalent form is more toxic than its trivalent form (Cr (III)), making chromium biorreduction one of the most used techniques in bioremediation of heavy metals. The use of a magnetic field in microorganisms called attention for the capacity of growth and biodegradation carried out by microorganisms. Thus, the present study aimed to quantify Cr (VI), total Cr, and total organic carbon (TOC) removal of synthetic effluent by applying a magnetic field at different frequencies (2.5, 3, 5 and 10 Hz) and only intensity of a magnetic field in mixed culture. Two bioreactors, one with neodymium magnets for generating a magnetic field and the other without magnets, were used in the evaluation of chromium removal and TOC during the 24 h of synthetic effluent recirculation. The configurations of the magnets were alternated in search of the best organization of magnets corresponding to the greater removal of Cr (VI). The initial Cr (VI) concentration was 100 mg L-1 for all tested bioreactor configurations. All configurations of bioreactors reached approximately 100% removal of Cr (VI), with the exception of the preliminary test, but with different process times and times of magnetic field application. The configurations of bioreactors that led to the largest removal of chromium and TOC were those with 40, 170, and 600 magnets. With 170 magnets, during the 4 h and 17 min of magnetic field application in the frequencies of 3, 5 and 10 Hz, which correspond to the flow rates of 3.93 cm3 s-1, 7.07 cm3 s-1, and 14.92 cm3 s-1, respectively, the magnetic field frequency of 5 Hz presented greater removal for Cr (VI) (99.91 ± 0.3%), total Cr (82.1 ± 1.5%), and TOC (34.2 ± 2.4%) when compared to frequencies of 3 and 10 Hz and without magnetic field application. For the bioreactor with 600 magnets, with flow rate 7.07 cm3 s-1 and magnetic field time of 14 h and 8 min, Cr (VI), total Cr, and TOC removal corresponded to 99.96 ± 1.4x10-3%, 61.6 ± 0.9%, and 40.8 ± 1.5%, respectively. For the bioreactor with 40 magnets, with a flow rate of 7.46 cm3 s-1 and magnetic field time of 7 h and 48 min, Cr (VI), total Cr, and TOC removal corresponded to 99.97 ± 0.01% , 74.2 ± 1.2%, and 25.1 ± 1.5%, respectively. When the number of magnets increased from 40 to 170, but with lower magnetic field intensity, total Cr removal was higher. However, when the magnets increased to 600 with greater magnetic field intensity, the total Cr removal decreased again. The desorption of chromium in synthetic effluent was also evaluated, showing all concentrations of Cr (VI) below the concentrations allowed to be released into the receiving body under current Brazilian CONAMA resolution 430/2011 (0.1 mg L-1). The rupture of the microbial cells showed that the amount of chromium retained in the cells by the experiment with a magnetic field was higher in comparison to the experiment without a magnetic field, indicating the possibility of recovery of this metal and to justify one of the mechanisms that increase the removal. The Infrared Spectroscopy analyzes corroborated the rupture tests, as it was found that Cr (III) was present in the biomass after treatment of the synthetic effluent. The morphology of the mixed culture analyzed by scanning electron microscopy showed no changes with the presence of chromium and a magnetic field. It was concluded therefore that the experiments in the bioreactor with magnetic field frequency of 5 Hz and only intensity of magnetic field presented the best Cr (VI), total Cr, and TOC removal compared to the bioreactor without a magnetic field for the evaluated time. |
Keywords: | Campo magnético Cultura mista Cromo hexavalente Biorremoção Magnetic field Mixed culture Hexavalent chromium Bioremoval Engenharia química Águas residuais - Purificação - Tratamento biológico Cromo |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Química |
Quote: | DIAS, Roseli Mendonça. Efeitos do campo magnético gerado por ímãs em cultura mista para biorremoção de cromo em efluentes contaminados. 2018. 131 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.803. |
Document identifier: | http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.803 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/22509 |
Date of defense: | 18-Jul-2018 |
Appears in Collections: | TESE - Engenharia Química |
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