4.3.1 Métodos físico-químicos
As amostras de afluente e efluente foram filtradas em um aparato de filtração com membrana de nitrocelulose de 0,45 de μm (Unifil). Na Tabela 4 estão expostas as metodologias empregadas na caracterização do efluente cedido pela indústria e na avaliação da eficiência do tratamento de lodos ativados com o CAP e com GO.
Tabela 4- Frequência de análises e métodos analíticos utilizados na pesquisa.
Parâmetro Frequência Método/Equipamento/ Referência CFTs 3 vezes por semana Abs215- Espectrofotômetro UV-Vis
Varian (CHAMORRO et al., 2009) Compostos aromáticos 3 vezes por semana Abs254- Espectrofotômetro UV-Vis
Varian (CEÇEN, 2003) Compostos
fluorogênicos 1 vez por etapa
MEEF- Varian Cary Eclipse Fluorescence Spectrophotometer Compostos lignínicos 3 vezes por semana Abs280- Espectrofotômetro UV-Vis
Varian (CEÇEN, 2003) Compostos
lignossulfônicos 3 vezes por semana
Abs346- Espectrofotômetro UV-Vis
Varian (CEÇEN, 2003) Cor 3 vezes por semana Abs440- Espectrofotômetro UV-Vis
Varian (CEÇEN, 2003)
As análises de DQO, cor e de compostos fenólicos totais (CFT), lignínicos, aromáticos e lignossulfônicos foram
realizadas em triplicatas. A de DBO5 em duplicata com CV <5%. MEEF= Matriz de emissão e excitação de
fluorescência; MEV= Microscopia Eletrônica de Varredura. Fonte: Autoria própria (2020).
Tabela 4- Frequência de análises e métodos analíticos utilizados na pesquisa. (Continuação) Parâmetro Frequência Método/Equipamento/ Referência
COT 1 vez por semana 5310 C- Equipamento HiPerTOC APHA (2017)
DBO5 3 vezes por semana 5210 B Incubadora- BOD
(APHA, 2017) Desenvolvimento do
biofilme 1 vez por etapa
MEV- Microscópio eletrônico de varredura Quanta Quorum Q150R DQO 3 vezes por semana 5220 D- Espectrofotômetro UV-Vis
Varian (APHA, 2017)
OD 1 vez por semana Oxímetro Lutron DO- 5519
pH 3 vezes por semana pHmetro CienlaBmPA- 210 SST e SSV 1 vez por etapa 2540 D, E e F (APHA, 2012) Temperatura 1 vez por semana Oxímetro Lutron DO- 5519
As análises de DQO, cor e de compostos fenólicos totais (CFT), lignínicos, aromáticos e lignossulfônicos foram
realizadas em triplicatas. A de DBO5 em duplicata com CV <5%. MEEF= Matriz de emissão e excitação de
fluorescência; MEV= Microscopia Eletrônica de Varredura. Fonte: Autoria própria (2020).
Para avaliação de remoção de matéria orgânica, foram utilizados os parâmetros de DQO, DBO5, e COT. Já para os compostos específicos, os parâmetros de cor, compostos fenólicos
totais (CFT) e compostos derivados de lignina foram avaliados. Além desses, também foram avaliadas as remoções de compostos fluorescentes, a partir da Matriz de Excitação e Emissão de Fluorescência (MEEF).
Conforme apresentado na Tabela 4, as análises de DQO foram determinadas pelo método colorimétrico a 600 nm após digestão em refluxo fechado, utilizando um espectrofotômetro (Cary 50 da Varian) com a adaptação do método 5220 D (APHA, 2017). Para análise de DBO5,
as amostras foram primeiramente ajustadas para pH 7. Posteriormente, calculou-se a concentração de oxigênio dissolvido (OD) por titulometria em cada amostra antes e após da incubação de 5 dias, em temperatura de 20±1°C de acordo com o método 5210 B do Standard Methods (APHA, 2017).
Para a determinação de carbono orgânico total (COT), as amostras foram analisadas através da diferença entre carbono total (CT) e carbono inorgânico (CIT), determinados a partir do método espectrofotométrico adaptado de APHA (2017), 5310 C em equipamento HiPerTOC (Thermo Scientific).
Para realizar as análises de cor verdadeira (Vis440nm), o pH das amostras foi ajustado para
pH 9,0±0,1, e em seguida submetidas a leituras de absorbâncias em espectro (Espectrofotômetro UV-VIS Cary-50, da Varian) em comprimento de onda de 440nm (CEÇEN, 2003). A determinação de CFT foi realizada através da metodologia descrita por
Chamorro et al. (2009), lidos no espectrofotômetro em comprimento de onda de 215 nm (UV215nm) após realização de curva analítica com padrão de fenol.
Os compostos aromáticos, lignínicos e lignossulfônicos em pH 7,0 ± 0,1 foram determinados em cubeta de quartzo 1x1 cm através da adaptação do método descrito por ÇEÇEN (2003). Para as leituras, foi usado um espectrofotômetro (UV-VIS Varian) e os comprimentos de onda de 280nm (UV280nm), 254nm (UV254nm) e 346 nm (UV346nm), para
compostos lignínicos, aromáticos e lignossulfônicos respectivamente.
As análises realizadas a partir de leituras de absorbância no espectrofotômetro UV-VIS Varian foram feitas em amostras previamente diluídas de modo a obter valores passíveis de leitura no equipamento. Assim, para apresentação desses resultados, foram considerados os fatores de diluição aplicados nas amostras.
As análises que necessitaram do equipamento de espectrofotômetro UV-VIS Varian e a determinação de COT foram realizadas no Laboratório de Multiusuários de Análises Químicas (LAMAQ) da UTFPR.
Os parâmetros de temperatura e OD foram medidos simultaneamente dentro do tanque de aeração através de um oxímetro modelo Lutron DO - 5519. As determinações de pH foram realizadas por meio de um pHmetro CienlaBmPA- 210 e utilizou-se soluções de ácido sulfúrico e hidróxido de sódio à 0,01 mol L-1 para ajuste de pH das amostras.
As eficiências de remoção de DQO, DBO5, COT, cor, CFT e compostos lignínicos,
lignossulfônicos e aromáticos foram calculadas considerando os parâmetros determinados no afluente (Co) e efluente (Cf) dos tratamentos através da equação 1.
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖ê𝑛𝑐𝑖𝑎 (%) = (𝐶𝑜−𝐶𝑓
𝐶𝑜 ) ∗ 100 Equação 1
O monitoramento do pH, OD e temperatura foram realizados para controle de operação dos sistemas.
4.3.2 Sólidos no licor misto dos sistemas de lodos ativados com CAP e GO
Ao final de cada etapa de tratamento, foram retirados 50 ml do licor misto do reator para a realização das análises de sólidos e posteriormente de Microscopia Eletrônica de Varredura. A determinação dos sólidos presente no reator, realizou-se a metodologia descrita por APHA (2012).
É valido ressaltar que, retirando 50 ml do licor misto do reator para análise de sólidos do LA-CAP e LA-GO, foram retirados 5% do meio suporte contido no sistema no final de cada etapa, o que corresponde uma retirada aproximada de 0,1 g; 0,195 g e 0,285 g de CAP ou GO do reator ao final das etapas II, III e IV, respectivamente. Assim, as concentrações resultantes de meio suporte no reator foram de 2, 3,9 e 5,7 g L-1 nas etapas II, III e IV. Entretanto, como
intuito de facilitar as discussões, considerou-se as concentrações aproximadas de 2, 4 e 6 g L-1
nas etapas do LA-CAP e LA-GO.
Também, para analisar a influência do carvão ativado e do grafeno nas análises de sólidos presente nos tratamentos, fez-se a diferença entre os sólidos presente no licor misto do reator (LM) e a contribuição dos meios suporte (MS) CAP e GO nas concentrações de 2, 4 e 6 g L-1. Assim, os valores finais de sólidos para cada etapa foram calculados a partir das equações
2 e 3:
𝑆𝑆𝑇 (𝑚𝑔/𝐿) = 𝑆𝑆𝑇𝐿𝑀 − 𝑆𝑆𝑇𝑀𝑆 Equação 2
𝑆𝑆𝑉(𝑚𝑔/𝐿) = 𝑆𝑆𝑉𝐿𝑀 − 𝑆𝑆𝑉𝑀𝑆 Equação 3
Utilizando os valores de sólidos totais e voláteis corrigidos, calculou-se a relação de Alimento/Microrganismo (A/M), que determina o substrato disponível por unidade de biomassa presente no sistema:
𝐴
𝑀
=
𝑄𝑒∗𝑆0
Em que, Qe é a vazão diária do afluente durante cada etapa, S0, a DBO5 média, SSV os
sólidos suspensos voláteis determinados no final de cada etapa e V o volume do reator (1L). Também se calculou a taxa de utilização do substrato (U), relação de indica a quantidade de alimento (substrato) efetivamente consumido no processo de tratamento, considerando a DBO5 do afluente (S0) e do efluente (S). O cálculo foi realizado através da
equação 5.
𝑈 =
𝑄𝑒∗(𝑆0−𝑆)𝑉∗𝑆𝑆𝑉
Equação 5
4.3.3 Matriz de Excitação e Emissão de Fluorescência (MEEF)
As análises de remoção de compostos fluorogênicos, foram realizadas a partir de MEEF. Para isso, amostras afluentes e efluentes dos sistemas de tratamento LA-CAP e LA-GO foram filtradas em membrana de nitrocelulose com porosidade de 0,45 µm. As análises foram realizadas em equipamento Varian Cary Eclipse Fluorescence Spectrophotometer, com lâmpada de xenônio e voltagem de 900V no Laboratório de Multiusuários de Química Analítica (LAMAQ) da UTFPR. Nos espectros de MEEF, as medidas foram analisadas nos comprimentos de onda de 200 a 700 nm para emissão e 200 a 600 nm para excitação utilizando cubeta de quartzo de 1 cm².
4.3.4 Caracterização do meio suporte
O carvão ativado utilizado neste estudo foi gentilmente cedido pelo Professor Dr. Pedro Ramos da Costa Neto da UTFPR e o grafeno adquirido da empresa Sigma-Aldrich. Esses materiais foram submetidos a análises para determinação da área superficial específica, volume e diâmetro dos poros, além da avaliação por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).
4.3.5 Área superficial específica e distribuição de volume de poros
A determinação da área superficial específica (ASE) e distribuição de volume de poros do carvão ativado e grafeno foi realizada no Laboratório de Química de Materiais Avançados (LAQMA) da Universidade Federal do Paraná- UFPR. A amostra de carvão foi pré-tratada com aquecimento a 150 ºC à vácuo durante 4 horas. As isotermas de adsorção e desorção de nitrogênios foram obtidas em um analisador de sorção de gás QUANTACHROME modelo NOVA 2000e. A área superficial específica da amostra foi calculada utilizando o método com pontos múltiplos Brunauer- Emmet – Teller (BET) desenvolvido para multicamadas, de acordo com a ISO 9277/2010 (International Organization for Standardization, 2010). O volume dos poros e o raio do poro médio foi calculado pela análise da curva de dessorção utilizando o modelo de Barret-Joyner-Halenda (BJH), conforme descrito por LUZ et al. 2015.
4.3.6 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
Análises de Microscopia Eletrônica de Varredura do carvão ativado, do grafeno e de lodo proveniente do final de cada etapa dos sistemas de tratamento LA-CAP e LA-GO foram realizadas no Centro Multiusuário de Caracterização de Materiais – CMCM da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). As amostras de lodo foram liofilizadas por 5 dias com o objetivo de retirar a água do sólido. Posteriormente, as amostras foram metalizadas no equipamento Quanta Quorum Q150R para recobrimento das mesmas com ouro. Após essa preparação, as amostras foram analisadas no microscópio eletrônico de varredura com filamento de tungstênio em aumento de 1.000, 2.500 e 10.000 vezes.