Bioestímulo e bioaumento na remediação de solo contaminado com óleo lubrificante usado escala piloto

O óleo lubrificante mineral é amplamente utilizado no cenário mundial no funcionamento de máquinas e motores. No entanto, o ciclo de vida deste petro-derivado resulta na geração de um resíduo (óleo lubrificante usado), o qual é nocivo ao meio ambiente quando não descartado adequadamente ou reciclado. No Brasil, apesar das normas que tratam especificamente do armazenamento, recolhimento e destino de óleo lubrificante usado, grande parte do mesmo ainda é despejado diretamente no meio ambiente, sem qualquer tratamento, sendo de grande importância estudos que visem o entendimento dos processos e o desenvolvimento de tecnologias de remediação de áreas contaminadas por esse resíduo. O objetivo geral do presente trabalho foi conduzir estudos de tratabilidade de solo arenoso contaminado experimentalmente com 5% (m m-1 seco) de óleo lubrificante usado, através de duas diferentes estratégias de biorremediação: bioestímulo e bioaumento. Foram conduzidos dois experimentos. No primeiro, foi avaliada a atividade microbiana aeróbia na biodegradação do OLU através do método respirométrico de Bartha. No segundo, foram montados três biorreatores de fase sólida simulando biopilhas estáticas com aeração forçada, cada um contendo 125 kg de solo e 5% (m m-1 seco) de óleo lubrificante automotivo usado, os quais receberam como tratamento: bioestímulo por ajuste de pH e umidade (BIOSca); bioestímulo por ajuste de pH e umidade associado ao bioaumento com a adição de composto maduro (BIOA1ca) ; e bioestímulo por ajuste de pH e umidade associado ao bioaumento com a adição de composto jovem (BIOA2ca). Foram também montados três biorreatores de bancada simulando biopilhas estáticas sem aeração forçada, cada um contendo 3 kg de solo e 5% (m m-1) do mesmo contaminante, sendo que o primeiro continha solo sem contaminação - CONTsa, o segundo, solo contaminado com ajuste de pH BIOSsa e o terceiro, solo contaminado com adição de 0,3% de azida sódica - ABIOsa. Os tratamentos foram avaliados pela remoção de hidrocarbonetos totais de petróleo (HTPs) e após 120 dias de experimento obteve-se remoções de HTPs de 84,75%, 99,99% e 99,99%, com BIOS, BIOA1 e BIOA2, respectivamente, demonstrando que a estratégia de bioestímulo associada ao bioaumento foram promissoras na remediação do solo contaminado pelo óleo lubrificante usado. Os tratamentos que receberam composto (BIOA1 e BIOA2) não apresentaram diferenças quanto à remoção de HTPs, evidenciando que a fase de maturação dos compostos não apresentou influência na eficiência do processo. No entanto, verificou-se uma eficiência nos tratamentos que receberam composto quando comparado ao tratamento sem adição de composto

Estudo termodinâmico da precipitação de parafinas em petróleos brasileiros

Um dos grandes desafios enfrentados pela indústria do petróleo é reduzir o impacto causado pela cristalização indesejável de hidrocarbonetos parafínicos de elevada massa molar em tubulações e equipamentos de produção. A cristalização de parafinas em petróleo é normalmente detectada através da determinação da temperatura inicial de aparecimento de cristais (TIAC), que pode ser estimada através de modelagem termodinâmica com base na composição do petróleo. Os objetivos deste trabalho são: estudar os principais modelos termodinâmicos adotados para descrever a precipitação de parafinas; verificar a validade desses modelos para os petróleos brasileiros e determinar qual modelo é o mais adequado para esses óleos. Para tanto, três formas de cálculo da razão entre as fugacidades das fases sólida e líquida e cinco modelos para calcular os coeficientes de atividade dos componentes em cada fase são aplicados aos dados de composição de vinte e três petróleos brasileiros. Os resultados mostram que o modelo ideal de múltiplas fases sólidas e o modelo de Escobar-Remolina geram valores bastante abaixo da TIAC experimental. Para os modelos de única fase sólida ideal, de Won e de Coutinho, foi possível observar que: a) a grande maioria dos erros é negativa; b) que estes se distribuem melhor em torno de zero quando se utiliza a correlação de Coutinho para o cálculo dos valores de i; c) os valores de erro médio para os modelos de Coutinho, de Won e ideal com única fase sólida se equivalem, qualquer que seja o modelo utilizado para o cálculo de i, exceto para o caso em que todos os compostos presentes na fase líquida podem precipitar; d) os valores obtidos através do modelo de Coutinho apresentam erro sistemático em relação ao modelo ideal de única fase sólida; e) as diferentes formas de se calcular a razão entre as fugacidades da fase sólida e líquida (i) influenciam fortemente a capacidade preditiva dos modelos, o que não era esperado; f) o perfil do primeiro cristal formado nos petróleos é influenciado pelas moléculas mais pesadas presentes nos resíduos, o que mostra a necessidade de se desenvolver metodologias precisas e robustas de caracterização de resíduos; g) a inclusão de uma estimativa para a composição dos resíduos efetivamente melhorou o desempenho dos modelos em petróleos médio; h) em petróleos pesados, houve um aumento do erro de previsão da TIAC devido à pouca ou nenhuma quantidade de parafinas nos resíduos desses óleos. A necessidade de uma melhor caracterização dos resíduos de petróleos é corroborada pelo fato da TIAC calculada pelos modelos ser, via de regra, mais baixa que a TIAC experimental e pela melhora no desempenho dos modelos quando se estimou a composição dos resíduos, em petróleos médios

Desenvolvimento e avaliação de novas abordagens de modelagem de processos de separação em leito móvel simulado

O Leito Móvel Simulado (LMS) é um processo de separação de compostos por adsorção muito eficiente, por trabalhar em um regime contínuo e também possuir fluxo contracorrente da fase sólida. Dentre as diversas aplicações, este processo tem se destacado na resolução de petroquímicos e principalmente na atualidade na separação de misturas racêmicas que são separações de um grau elevado de dificuldade. Neste trabalho foram propostas duas novas abordagens na modelagem do LMS, a abordagem Stepwise e a abordagem Front Velocity. Na modelagem Stepwise as colunas cromatográficas do LMS foram modeladas com uma abordagem discreta, onde cada uma delas teve seu domínio dividido em N células de mistura interligadas em série, e as concentrações dos compostos nas fases líquida e sólida foram simuladas usando duas cinéticas de transferência de massa distintas. Essa abordagem pressupõe que as interações decorrentes da transferência de massa entre as moléculas do composto nas suas fases líquida e sólida ocorram somente na superfície, de forma que com essa suposição pode-se admitir que o volume ocupado por cada molécula nas fases sólida e líquida é o mesmo, o que implica que o fator de residência pode ser considerado igual a constante de equilíbrio. Para descrever a transferência de massa que ocorre no processo cromatográfico a abordagem Front Velocity estabelece que a convecção é a fase dominante no transporte de soluto ao longo da coluna cromatográfica. O Front Velocity é um modelo discreto (etapas) em que a vazão determina o avanço da fase líquida ao longo da coluna. As etapas são: avanço da fase líquida e posterior transporte de massa entre as fases líquida e sólida, este último no mesmo intervalo de tempo. Desta forma, o fluxo volumétrico experimental é utilizado para a discretização dos volumes de controle que se deslocam ao longo da coluna porosa com a mesma velocidade da fase líquida. A transferência de massa foi representada por dois mecanismos cinéticos distintos, sem (tipo linear) e com capacidade máxima de adsorção (tipo Langmuir). Ambas as abordagens propostas foram estudadas e avaliadas mediante a comparação com dados experimentais de separação em LMS do anestésico cetamina e, posteriormente, com o fármaco Verapamil. Também foram comparados com as simulações do modelo de equilíbrio dispersivo para o caso da Cetamina, usado por Santos (2004), e para o caso do Verapamil (Perna 2013). Na etapa de caracterização da coluna cromatográfica as novas abordagens foram associadas à ferramenta inversa R2W de forma a determinar os parâmetros globais de transferência de massa apenas usando os tempos experimentais de residência de cada enantiômero na coluna de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Na segunda etapa os modelos cinéticos desenvolvidos nas abordagens foram aplicados nas colunas do LMS com os valores determinados na caracterização da coluna cromatográfica, para a simulação do processo de separação contínua. Os resultados das simulações mostram boa concordância entre as duas abordagens propostas e os experimentos de pulso para a caracterização da coluna na separação enantiomérica da cetamina ao longo do tempo. As simulações da separação em LMS, tanto do Verapamil quando da Cetamina apresentam uma discrepância com os dados experimentais nos primeiros ciclos, entretanto após esses ciclos iniciais a correlação entre os dados experimentais e as simulações. Para o caso da separação da cetamina (Santos, 2004), a qual a concentração da alimentação era relativamente baixa, os modelos foram capazes de predizer o processo de separação com as cinéticas Linear e Langmuir. No caso da separação do Verapamil (Perna, 2013), onde a concentração da alimentação é relativamente alta, somente a cinética de Langmuir representou o processo, devido a cinética Linear não representar a saturação das colunas cromatográficas. De acordo como o estudo conduzido ambas as abordagens propostas mostraram-se ferramentas com potencial na predição do comportamento cromatográfico de uma amostra em um experimento de pulso, assim como na simulação da separação de um composto no LMS, apesar das pequenas discrepâncias apresentadas nos primeiros ciclos de trabalho do LMS. Além disso, podem ser facilmente implementadas e aplicadas na análise do processo, pois requer um baixo número de parâmetros e são constituídas de equações diferenciais ordinárias.

Recuperação do íon amônio gerado durante a evaporação de lixiviados de aterros utilizando resinas poliméricas de troca iônica

O lixiviado gerado em aterro sanitário possui substâncias de difícil degradação e amônia, que dificulta o tratamento biológico. O tratamento do lixiviado gerado em aterros sanitários requer uma série de processos de elevado custo e, outras técnicas de tratamento têm sido investigadas no intuito de reduzir custos e aumentar a eficiência do tratamento. A evaporação do lixiviado é uma técnica que aproveita o gás de aterro como fonte de calor, e é utilizada na redução do volume a tratar; porém as emissões atmosféricas geradas durante essa evaporação indicam a presença de amônia, o que pode causar impactos negativos em torno do aterro. Desta forma, é importante a realização de estudos que aprimorem esta técnica, para que a evaporação torne-se ambientalmente e economicamente viável. A amônia presente em amostras com pH em torno de 8,0 e temperatura em torno de 25C, está na forma de íon amônio, o que favorece ao processo de troca iônica. A troca iônica é um processo que tem sido estudado por muitos pesquisadores e consiste na troca de um ou mais constituintes de uma fase fluida para a superfície de uma fase sólida (resinas poliméricas). Este trabalho apresenta a eficiência de quatro tipos diferentes de resinas poliméricas: Amberlyst 15 Wet, Lewatit VPOC 1800, Dowex Mac-3 e Purolite MN250 na remoção e posterior, recuperação do íon amônio presente nos vapores condensados da evaporação de lixiviados. A princípio foi investigado a quantidade e o momento em que o amônio é lançado durante o processo de evaporação. Em seguida, caracterizaram-se as resinas quanto à eficiência de remoção, o tempo de contato e a quantidade ideal da resina. Estão apresentadas neste estudo as isotermas de adsorção de Langmuir, Freundlich e Temkin em diferentes temperaturas (298-318 K) e as condições ideais do processo. Os resultados apontaram duas resinas com eficiência de remoção, em torno de 40%, para concentrações acima de 1000 mg dm-3 de amônio, utilizando 0,5 g de resina e um tempo de contato de 20 minutos. Diferentes modelos cinéticos foram aplicados: Pseudo-Primeira Ordem, Pseudo-Segunda Ordem, difusão intrapartícula, Elovich e o modelo cinético de difusão externa e os resultados discutidos. Foi possível tratar Através da condensação dos vapores emitidos durante a evaporação do lixiviado, foi possível tratar foi possível obter uma recuperação em torno de 70% do íon amônio contido no vapor condensado proveniente da evaporação do lixiviado.

Experimentos numéricos para deposição de parafinas com modelo Multisólido

Este trabalho objetiva a construção de estruturas robustas e computacionalmente eficientes para a solução do problema de deposição de parafinas do ponto de vista do equilíbrio sólido-líquido. São avaliados diversos modelos termodinâmicos para a fase líquida: equação de estado de Peng-Robinson e os modelos de coeficiente de atividade de Solução Ideal, Wilson, UNIQUAC e UNIFAC. A fase sólida é caracterizada pelo modelo Multisólido. A previsão de formação de fase sólida é inicialmente prevista por um teste de estabilidade termodinâmica. Posteriormente, o sistema de equações não lineares que caracteriza o equilíbrio termodinâmico e as equações de balanço material é resolvido por três abordagens numéricas: método de Newton multivariável, método de Broyden e método Newton-Armijo. Diversos experimentos numéricos foram conduzidos de modo a avaliar os tempos de computação e a robustez frente a diversos cenários de estimativas iniciais dos métodos numéricos para os diferentes modelos e diferentes misturas. Os resultados indicam para a possibilidade de construção de arcabouços computacionais eficientes e robustos, que podem ser empregados acoplados a simuladores de escoamento em dutos, por exemplo.

Avaliação de diferentes estratégias de biorremediação de solo argiloso contaminado por óleo em biorreator de fase semi-sólida

A prática da troca de óleo lubrificante usado, particularmente óleos automotivos, representa um grave problema ambiental em função de sua natureza perigosa, do manuseio incorreto e do descarte indiscriminado no meio ambiente. A investigação quanto à remediação de áreas contaminadas por esse resíduo torna-se necessária, particularmente para solo de natureza argilosa. O presente estudo teve por objetivo avaliar a biorremediação de um solo argiloso contaminado por óleo lubrificante utilizando biorreatores de fase semi-sólida. Frascos tipo Erlenmeyer, contendo 20 g de solo contaminado com 3% (m/m) de óleo lubrificante, em triplicata, foram mantidos em temperatura e agitação constantes, segundo as seguintes estratégias de tratamento: (i) Bioestímulo com ajuste de nutrientes (BIOE); (ii) Bioaumento com adição de inóculo microbiano aclimatado (BIOA); (iii) Bioestímulo e adição de surfactante sintético Tween-80 (BIOES); (iv) Bioaumento, bioestímulo e surfactante sintético Tween-80 (BIOAS) e (iv) controle, com água destilada purificada (CONT). A eficiência de remoção do contaminante foi avaliada após 68 dias de tratamento por análises de evolução de CO2, redução de COT, decaimento de HTP, de n-alcanos e frações de hidrocarbonetos saturados, aromáticos e compostos polares. O tratamento BIOAS resultou na maior produção de CO2 acumulada (1247,0 mg.20g-1 de solo) seguida pelo tratamento BIOES (1077,6 mg.20g-1 de solo). Ao final do experimento, todos os tratamentos reduziram significativamente os teores de HTPs quando comparados ao controle (11,14,2%). Os tratamentos BIOAS e BIOES não apresentaram diferenças significativas quanto à redução de HTPs (42,03,7% e 37,46,3%, respectivamente). Tanto o bioestímulo quanto o bioaumento mostraram-se estratégias com potencial para aumentar a eficácia da biorremediação de solos argilosos, sendo que a adição de surfactante foi o fator mais importante, tendo aumentado significativamente a capacidade de remoção em ambas as estratégias. O uso de biorreatores em fase semi-sólida na biorremediação de solo argiloso contaminado com óleo lubrificante mostrou-se bastante promissor e tal estratégia pode ser aplicada em escala imediatamente superior