Estudos de biodegradação de retardadores de chama em águas
residuais: reactores à escala laboratorial monitorizados por HPLC
Galhanas, D.
1, Salgado, R.
1, 2, Epifâneo, L.
1, Mata, A.M.T.
1, Noronha, J.P.
2, Barreiros, A.M.
11ESTS-IPS, Escola Superior de Tecnologia de Setúbal do Instituto Politécnico de Setúbal, Rua Vale de Chaves, Campus do IPS, Estefanilha, 2910-761 Setúbal,
Portugal. dina.galhanas@estsetubal.ips.pt
2REQUIMTE/CQFB, Chemistry Department, FCT, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal. rsalgado@dq.fct.unl.pt
Introdução
Os compostos retardadores de chama (RC) são adicionados a diversos materiais de uso comum para lhes conferir resistência ao fogo.Os RC são catalogados como: micro poluentes, compostos xenobióticos e poluentes orgânicos persistentes (POPs) com potencialidade de se acumularem no ambiente por longos períodos de tempo. Os RC têm sido encontrados em muitos rios e sedimentos costeiros em Portugal, provenientes das descargas de efluentes das estações de tratamento de águas residuais (ETAR) [1].
A biodegradabilidade e a biotransformação por culturas mistas dos RC ainda não se encontra bem estudada em reactores à escala laboratorial.
Agradecimentos: Instituto Politécnico de Setúbal pelo apoio financeiro do projecto , 3-CP-IPS-07-2009, Eng. Ana Quintão e Eng. Alexandra Viena (Águas do Sado) pelo seu apoio e disponibilidade para o fornecimento das amostras de lama de ETAR
Resultados/discussões
Objectivos
• Desenvolver e optimizar métodos analíticos para detecção de RC por HPLC-UV para monitorizar reactores biológicos sequenciais (RBS)
• Estudar biodegrabilidade e/ou biotransformação, por culturas mistas de ETAR, dos RC: Difenil Éteres Polibrominados (PBDE) e Ésteres Organofosforados (OPE).
Metodologia
Escolha dos compostos RC a estudar
• Foram escolhidos RC dos dois grupos com maior toxicidade para seres vivos, PBDEs: Dibromoneopentil glicol (DBNPG), Decabromodifenil éter (PBDE-209), Hexabromociclododecano (HBCD) e Tetrabromobisfenil A (TBBPA) e pelos OPEs: Tris(2-cloroetil) fosfato (TCEP) e Trifenilfosfato (TPhP). Foi também critério para a escolha destes a sua volatilidade e capacidade de adsorção
Preparação dos reactores
• Prepararam-se 6 reactores com solução de meio mineral suplementado com soluções de micronutrientes, macronutrientes, e os compostos RC a estudar como fonte de carbono em concentrações predefinidas.
• Os reactores foram inoculados com biomassa proveniente da ETAR.
Concentração dos RC nos reactores
Monitorização dos reactores
• Os reactores foram inoculados e o respectivo RC adicionado no momento do arranque, durante 7 dias consecutivos foram colhidas amostras diárias de cada reactor. cada 7 dias foi feita novo arranque dos reactores mantendo a biomassa inicial (após centrifugação/lavagem). O estudo teve a duração total de 3 semanas.
• RC analisados por HPLC-UV e monitorização de: pH, oxigénio dissolvido (OD), temperatura e, semanalmente, a densidade óptica
Detecção e análise em HPLC
• HPLC Varian Prostar; detector UV Prostar 325 UV-Vis a 210 nm (TCEP, DBNPG, HBCD e TPhP) e 275 nm (BPA e TBBPA)
• Coluna LiChroCart 250-4 HPLC-Cartrigde Purosphere Star RP-18 endcapped (5 m) • Fase móvel: metanol:água (70:30) pH 3
• Caudal: 0,6 ml.min-1, 20 min
• Volume injectado: 20 l
Trabalho Futuro
• Estudar a volatilização dos compostos mantendo as mesmas condições mas na ausência da biomassa
• Verificar se existe adsorpção dos compostos RC à biomassa, usando técnica de extracção por ultrasons
• Caracterizar biodiversidade da biomassa por técnicas microbiológicas
Referências
[1] Clara, M., Strenn, B., Saracevic, E., Kreuzinger, N.(2004). Adsorption of bisphenol-A, 17b-estradiole and 17a-ethinylestradiole to sewage sludge. Chemos., 56, 843–851
[2] Ronen, Z., Abeliovich, A. (2000). Anaerobic-aerobic process for microbial degradation of tetrabromobisphenol A, Applied and Environ. Microbiol., 66(6), 2372-2377
DBNPG e TPPhP
• Concentração DBNPG reduziu-se para valores indetectáveis e TPhP apresentou alguma diminuição da sua concentração mas muito lentamente
• Diminuição da concentração do DBNPG é influenciada pela concentração OD, resultando em baixa remoção para valores baixos de OD
Conclusões
• Monitorização dos RC por HPLC-UV mostrou ser boa alternativa a outras técnicas analíticas apresentando boas relações lineares
• Concentração DBNPG reduziu-se para valores indetectáveis e TPhP apresentou alguma diminuição da sua concentração mas muito lentamente
• TBBPA parece participar em processos e adsorção – desadorção ainda em fase de estudo
HPLC - Linearidade dos diferentes compostos estudados
DBNPG e TBBPA apresentam uma boa linearidade para monitorização dos compostos em HPLC com detector de UV
TBBPA
• TBBPA apresenta oscilações na concentração ao longo dos ciclos de 7 dias de 3 semanas consecutivas sob condições aeróbias, sugerindo mecanismos de equilíbrio de adsorção– desadsorção
• Está ainda sob investigação se TBBPA poderá ser completamente mineralizado se houver alternância das condições anaeróbias e aeróbias, uma vez que após a remoção dos bromos do TBBPA, parece haver uma deshalogenação em meio redutor que leva ao aparecimento do BPA [2]
TBBPA (C0 =25 mgL-1)
DBNPG (C0 =100 mgL-1) TPhP (C
0 =100 mgL-1)
Composto CAS Comprimento de
onda (nm) Linearidade Coef. correlação
DBNPG 3296-90-0 210 A = 2,9x104 x C + 7,4x104 R² = 0,9967
HBCD 3194-55-6 210 A = 5,1x104 x C – 8,6x103 R² = 0,9564
TPhP 115-86-6 260 A = 2,2x102 x C + 6,8x102 R² = 0,9659
TBBPA 79-94-7 275 A = 2,5 x103 x C + 8,4 x103 R² = 0,9821
Biodegradação
Adsorção
–
desadsorção
Concentração da biomassa dentro dos reactores
Biomassa estabilizou após 3 semanas da inoculação dos
reactores
Apresentam-se resultados para RC para 3 semanas
consecutivas
500 1000 1500 2000 2500 3000
0 1 2 3 4
X
(m
g
SSV
.L
-1)
Tempo (semana)
TBBPA TPhP DBNPG
O H
Br
Br
OH
P O
O
O O
OD = 2,2 mgO2.L-1
OD = 4,7 mgO2.L-1
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0 1 2 3
C
/C
0
Tempo (d)
TPhP1 TPhP 2
OD = 4,7 mgO2.L-1
OD = 1,7 mgO2.L-1
OD = 5,0 mgO2.L-1
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0 1 2 3 4 5
C
/C
0
Tempo (d)
DBNPG 1 DBNPG 2 DBNPG 3
OD = 3,7 mgO2.L-1
OD = 4,9 mgO2.L-1
OD = 5,2 mgO2.L-1
0 2 4 6
0 1 2 3 4 5 6 7
C
/C
0
Tempo (d)
TBBPA 1 TBBPA 2 TBBPA 3
1, 2 e 3 representam as 3 semanas consecutivas
C
H3 CH3
Br
Br Br
Br O