Com bactérias aeróbias e anaeróbias degradadoras de etanol e com bactérias aeróbias e anaeróbias degradadoras de benzeno e etanol

Simulou-se a coluna de solo (lisímetro), com concentrações impostas de bactérias aeróbias e anaeróbias degradadoras de etanol; além disso, concentrações de bactérias aeróbias e anaeróbias degradadoras de etanol/benzeno, em períodos de tempo; para obter o comportamento da concentração do benzeno e as bactérias. Variou-se o coeficiente de degradação linear, calculado na equação 3.18.

Na Tabela 4.17, mostra-se o aumento das concentrações de bactérias aeróbias e anaeróbias, em dois períodos de tempo. Para o benzeno e o etanol se assumiu a mesma proporção de porcentagem de concentração bacteriana do cenário 1 e mostradas na Tabela 4.4; só para a concentração de bactérias aeróbias degradadoras do etano (X1) se assumiu o duplo das anaeróbias degradadoras do etanol. O objetivo é testar a biodegradação do benzeno e etanol na coluna do solo.

Tabela 4.17 - Mudanças das populações de bactérias aeróbias e anaeróbias degradadoras de etanol e benzeno, no tempo

Populações de bactérias 0 - 16 dias 16 - 60 dias Justificativa

Aeróbicas degradadoras do etanol (X1) (mg/L)

17,60 80 O duplo das degradadoras de etanol Aeróbicas degradadoras de benzeno (X2) (mg/L) 8,80 40 Obtidos na simulação do bloco de solo Anaeróbicas degradadoras do etanol (X3) (mg/L) 8,80 40 Igual às degradadoras de benzeno Anaeróbicas degradadoras de benzeno (X4) (mg/L) 0,88 4 Obtidos na simulação do bloco de solo

Na tabela 4.18 mostra-se a concentração do benzeno e etanol na base e no topo da coluna de solo; após das mudanças bacterianas, e o porcentagem de degradação do benzeno e o etanol.

Tabela 4.18 - Concentração na base e no topo de etanol e benzeno da coluna

Concentração Na base (mg/L) No topo (mg/L) % de degradação

Benzeno 305 276,90 9,21

Etanol 3150 2648,80 15,91

Na Figura 4.50 mostram-se as isolinhas da concentração do benzeno e o etanol na coluna de solo, em 24 dias de simulação; na mistura de benzeno/etanol. Analisou-se em dois pontos de observação equidistantes. Na Figura 4.50(a) mostra-se o avanço das isolinhas de concentração do etanol na coluna. Na Figura 4.50(b) temos o avanço das isolinhas de concentração do benzeno.

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Figura 4.48 - Isolinhas de concentração de etanol e benzeno no aumento da população de bactérias. a) etanol, b) benzeno

A Figura 4.51 mostra: concentração dos substratos após o aumento da população bacteriana, concentração de bactérias degradadoras de etanol e concentração de bactérias degradadoras de etanol/benzeno; na mistura de benzeno/etanol.

Na Figura 4.51(a) tem-se a concentração do etanol, que teve maior porcentagem de biodegradação (15,91%).

Na Figura 4.51(b), observou-se a concentração do benzeno, que teve baixa porcentagem de biodegradação (9,21%) mostrada na Tabela 4.19.

Na Figura 4.51(c) tem-se o teor de concentração do oxigênio, o qual é consumido mais rapidamente que na mistura só com benzeno, feito no exemplo anterior, isto devido ao alto oxigênio requerido pela alta concentração de etanol e o benzeno existente na coluna de solo.

Na Figura 4.51(d) as bactérias aeróbias degradadoras do etanol, decaem rapidamente inicialmente, logo se estabiliza a uma concentração constante devido à alta concentração do etanol existente.

A Figura 4.51(e) mostra a rápida diminuição inicial da concentração das bactérias aeróbias degradadoras de etanol/benzeno, ficando estável no tempo, com menor valor que na Figura 4.51(d), também devido à alta concentração do etanol e benzeno existente. (a) (b) PUC-Rio - Certificação Digital Nº 1222071/CA

Na Figura 4.51(f) mostra-se o alto crescimento das bactérias anaeróbias degradadoras de etanol.

A Figura 4.51(g) mostra o alto e rápido crescimento das bactérias anaeróbias degradadoras de etanol e benzeno, tem um valor muito maior de concentração de bactérias anaeróbias devido a o etanol e benzeno existente, que é alimento das bactérias e não tem mortandade.

(a) (b) (c) (e) (d) PUC-Rio - Certificação Digital Nº 1222071/CA

Figura 4.49 - Curva de concentração dos substratos e concentração bacteriana na mistura benzeno/etanol; a) etanol; b) benzeno; c) oxigênio; aeróbias degradadoras de: d)

etanol; e) etanol/benzeno; anaeróbias degradadoras de: f) etanol; g) etanol/benzeno Na tabela 4.19, mostram-se os valores do comportamento da concentração inicial e final dos substratos e bacteriana, medidos no topo da coluna do solo, antes e depois do aumento das populações bacterianas durante a simulação.

Tabela 4.19 - Concentração inicial e máxima dos substratos e bacteriana no topo da coluna do solo, antes e depois do aumento bacteriano na simulação

Concentração _(mg/L)Inicial Máxima Antes do aumento Após do aumento

(mg/L) Dias Máxima (mg/L) Dias Etanol 3150 2648,80 2,0 2648,80 2,0 Benzeno 305 276,90 2,0 276,90 2,0 Oxigênio 5,00 0,0 1,20 0,0 1,20 Concentração de bactérias

Aeróbias degradadoras do etanol 17,60 2,10 5,0 0,90 16,3 Aeróbias degradadoras de benzeno 8,80 1,10 4,8 0,50 16,3 Anaeróbias degradadoras de etanol 8,80 135 11,5 205 26 Anaeróbias degradadoras de benzeno 0,88 390 11,5 575 25

Embora aumentasse a concentração bacteriana aeróbia, estas sempre decaem mais rapidamente que as bactérias anaeróbias. Inicialmente se teve atividade das bactérias aeróbias, logo o meio tornou-se anaeróbio. Segundo Espinoza (2002), o principal mecanismo de degradação da matéria orgânica presente nos líquidos percolados é a biodegradação anaeróbia. Supõe-se que o oxigênio presente no meio é rapidamente consumido, permitindo à biodegradação anaeróbica.

2. Com bactérias aeróbias e anaeróbias degradadoras de etanol.

Simulou-se só com bactérias aeróbias e anaeróbias degradadoras de etanol; para avaliar o comportamento das bactérias na degradação do benzeno e etanol.

(f) (g) PUC-Rio - Certificação Digital Nº 1222071/CA

Aumentou-se a população bacteriana feita em dois períodos de tempo (Tabela 4.20); se variou o coeficiente de degradação linear, calculado da equação 3.18. Tabela 4.20 - Aumento das populações aeróbias e anaeróbias degradadoras do etanol

Concentração das populações do etanol 0 a 23 dias 23 a 36,5 dias

Degradadoras aeróbias (X1) (mg/L) 17,6 40

Degradadoras anaeróbias (X3) (mg/L) 8,80 20

Na Figura 4.52, mostra-se as isolinhas de avanço da concentração de etanol e benzeno na coluna de solo saturado misturado com benzeno/etanol. Analisaram- se dois pontos de observação equidistantes (no centro e no topo). Após o aumento da população bacteriana; na Figura 4.52(a) mostra-se a concentração do etanol, que é altamente degradado. Após a mudança das bactérias, não se tem variação na concentração do etanol; na Figura 4.52(b) tem-se a concentração do benzeno com pouca variação; pois não deveria ter variação na concentração que acontece no topo da coluna de solo; que pode ser devido a um erro numérico na simulação.

Aumentou-se a concentração bacteriana aos 23 dias de simulação. Logo, a concentração do benzeno e etanol ficou constante. A população bacteriana no centro é maior que no topo. Como as bactérias são degradadoras só do etanol; o benzeno degradou-se muito pouco devido a um erro numérico. O domínio tornou- se anaeróbio; portanto, as bactérias aeróbias decaíram rapidamente ate uma mínima concentração devido ao oxigênio remanente fornecido pela água.

Figura 4.50 - Isolinhas de avanço da concentração de etanol e benzeno na mesma coluna de solo, com bactérias degradadoras de etanol; a) etanol; b) benzeno

a) b) PUC-Rio - Certificação Digital Nº 1222071/CA

Na tabela 4.21 mostra-se a concentração do benzeno e o etanol na base e no topo da coluna, após as mudanças bacterianas, e a porcentagem de degradação. Tabela 4.21 - Concentração na base e topo de etanol e benzeno no final da simulação

Concentração Na base (mg/L) No topo (mg/L) % de degradação

Benzeno 305 300,54 1,46

Etanol 3150 2839.45 9,87

Na Figura 4.53, mostra-se as curvas de concentração dos substratos e das bactérias degradadoras de etanol na mistura de benzeno/etanol na coluna de solo; na Figura 4.53(a) tem-se a concentração do benzeno; na Figura 4.53(b) temos a concentração do etanol; na Figura 4.53(c) temos a rápida queda na concentração do oxigênio; na Figura 4.53(d) a diminuição da população das bactérias aeróbias; na Figura 4.53(e) observou-se que a população de bactérias anaeróbias inicialmente teve decaimento, logo cresce rapidamente.

(a) (b) (c) PUC-Rio - Certificação Digital Nº 1222071/CA

Figura 4.51 - Concentração dos substratos com bactérias degradadoras de etanol na mistura de benzeno/etanol; Concentração de: (a) etanol, (b) benzeno, (c) oxigênio; (d)

aeróbias degradadoras de etanol, (e) anaeróbias degradadoras de etanol

Na tabela 4.22, mostram-se o comportamento da concentração inicial e máxima dos substratos e das bactérias, no tempo que atingem medidos no topo da coluna do solo, antes e após do aumento bacteriano na simulação.

Tabela 4.22 - Concentração inicial e máxima dos substratos e bacteriana no topo da coluna do solo, antes e depois do aumento bacteriano durante a simulação

Concentração Inicial

(mg/L)

Antes do aumento Após do aumento

Máxima (mg/L) dias Máxima (mg/L) dias

Etanol 3150 2839 2 2839 2

Benzeno 305 300,50 2 300,50 2

Oxigênio 5 0 1,4 0 1,4

Concentração de bactérias degradadoras do etanol

Aeróbias 17,6 2,30 4,6 1,20 24,2

Anaeróbias 8,8 135 11 162 24

3. Com bactérias aeróbias e anaeróbias degradadoras do benzeno e etanol