Enhanced removal of emerging micropollutants by applying microaeration to an anaerobic reactor / Remoção acelerada de micropoluentes emergentes pela aplicação de microaeração em reator anaeróbio

ABSTRACT The present paper aimed to evaluate the impact of microaeration on both the removal performance of some emerging micropollutants (pharmaceuticals, hormones, and bisphenol A) and the microbial community structure of an anaerobic reactor treating synthetic wastewater. Under anaerobic conditions, the removal efficiencies of the micropollutants were very low (< 10%). However, the microaeration (1.0 mL air·min-1 at 27 °C and 1 atm, equivalent to a QAIR/QINF ratio of 0.1) expressively improved the removal efficiencies of all compounds (> 50%). Therefore, supplementing anaerobic reactors with low amounts of oxygen seems to be an interesting strategy to enhance the removal of the micropollutants tested. However, further studies should be carried out with other compounds in order to evaluate the wide applicability of microaeration to different classes of micropollutants in lab- and full-scale treatment systems. Concerning the microbiota structure, both bacterial and archaeal communities were not compromised by the different operational conditions and preserved their functional organization with high richness during the whole experiment.

RESUMO O presente trabalho teve como objetivo avaliar o impacto da microaeração tanto no desempenho de remoção de alguns micropoluentes emergentes (fármacos, hormônios e bisfenol A) quanto na estrutura da comunidade microbiana de um reator anaeróbio tratando uma água residuária sintética. Sob condições anaeróbias, as eficiências de remoção dos micropoluentes foram muito baixas (< 10%). Entretanto, a microaeração (1,0 mL de ar·min-1 a 27 °C e 1 atm, equivalente a uma relação QAR/QAF de 0,1) melhorou expressivamente as eficiências de remoção de todos os compostos (> 50%). Portanto, a suplementação de reatores anaeróbios com baixas quantidades de oxigênio parece ser uma estratégia interessante para melhorar a remoção dos micropoluentes testados. Entretanto, mais estudos devem ser realizados com outros compostos para avaliar a ampla aplicabilidade da microaeração a diferentes classes de micropoluentes em sistemas de tratamento em escala laboratorial e real. Com relação à estrutura da microbiota, tanto as comunidades de bactérias quanto as de arqueias não foram comprometidas pelas diferentes condições operacionais e preservaram sua organização funcional com elevada riqueza durante todo o experimento.

Avaliação do uso de argilas montmorilonitas modificadas na adsorção de nitrato em meio aquoso / Evaluation of nitrate adsorption from aqueous medium using modified montmorillonites

RESUMO Este estudo investigou a eficiência da remoção de nitrato em meio aquoso usando adsorção em argilas montmorilonitas comerciais, comparativamente a uma resina aniônica comumente usada nessa operação. Algumas dessas argilas foram intercaladas como o íon hexadeciltrimetilamônio para avaliação. Áreas superficiais específicas, capacidades de troca catiônica e espectros de infravermelho médio foram obtidos para caracterização das argilas. Testes preliminares indicaram a nanoargila funcionalizada com aminopropiltrietoxisilano e octadecilamina como a mais eficiente na adsorção de nitrato, conquanto não tenha superado em eficiência a resina aniônica comercial também testada. Curvas cinéticas e isotermas de equilíbrio de adsorção de nitrato em fase aquosa na nanoargila e na resina comercial foram determinadas e modeladas para comparação, como também para seleção de modelos representativos e para estimativa de propriedades termodinâmicas dos sistemas estudados. Todos os ensaios foram realizados a 25°C e com pH neutro. Isotermas de equilíbrio também foram determinadas a 35 e 45°C. Os resultados obtidos mostram que o processo adsortivo estudado é físico, espontâneo e favorável tanto para a resina como para a nanoargila, as quais possuem muito boa afinidade com o nitrato. O modelo mais representativo para a cinética foi o de pseudossegunda ordem, enquanto para o equilíbrio foi a isoterma de Freundlich.

ABSTRACT This study investigated the efficiency of nitrate removal in aqueous medium using adsorption on commercial montmorillonites compared to an anionic resin widely used in this operation. Some of these clays were intercalated with hexadecyltrimethylammonium ion for this investigation. Specific surface areas, cation exchange capacities and mid-infrared spectra were determined for clays characterization. Preliminary tests indicated that the nanoclay functionalized with aminopropyltriethoxysilane and octadecylamine was the most efficient in nitrate adsorption, although it did not exceed anionic resin in efficiency. Adsorption kinetic and equilibrium of nitrate from aqueous phase on the nanoclay and anionic resin were determined and modeled for comparison, as well as for the selection of representative models and estimation of thermodynamic properties of the studied systems. All experiments were carried out at 25°C and at pH 7. Equilibrium isotherms were also determined at 35 and 45°C. The obtained results show that the adsorption processes studied are physical, spontaneous and favorable for both the resin and the nanoclay, which have very good affinity with nitrate. The most representative models for the systems were the pseudo-second order kinetic model and the Freundlich equilibrium isotherm.

Adsorption of congo red dye from aqueous solution onto amino-functionalized silica gel / Adsorção do corante vermelho congo em solução aquosa com sílica aminofuncionalizada

ABSTRACT This study investigates the potential use of amino-functionalized silica gel as an adsorbent for the recovering of congo red dye from aqueous solution. The effects of pH, contact time, and temperature were determined and evaluated. Equilibrium isotherms were also studied. The adsorption kinetics was modeled by pseudo-first order and pseudo-second order. Furthermore, desorption of congo red was preliminarily studied. The pH range from 4.5 to 7.0 was favorable for the adsorption of congo red onto amine modified silica at 25ºC. Higher adsorption capacity was obtained at 50ºC. Langmuir and Freundlich models were fitted to the adsorption equilibrium data. The best fittings were obtained with the pseudo-second order and Langmuir model for kinetics and equilibrium, respectively. Desorption studies suggest that ion exchange might be the major mode of adsorption. KOH solution was the best desorbing agent for recovering the adsorbed dye.

RESUMO Este estudo investiga o potencial uso de sílica gel aminofuncionalizada como adsorvente para a recuperação de corante vermelho congo em solução aquosa. Efeitos do pH, do tempo de contato e da temperatura foram determinados e avaliados. As isotermas de equilíbrio também foram estudadas. A cinética de adsorção foi modelada por pseudoprimeira ordem e pseudossegunda ordem. Além disso, a dessorção do vermelho congo foi preliminarmente estudada. O intervalo de pH de 4,5 a 7,0 foi favorável para a adsorção do corante pela sílica modificada com amina a 25ºC. Obteve-se maior capacidade de adsorção a 50ºC. Modelos de Langmuir e Freundlich foram ajustados aos dados de equilíbrio de adsorção. Os melhores resultados foram obtidos com a pseudossegunda ordem e o modelo de Langmuir para cinética e equilíbrio, respectivamente. Estudos de dessorção sugerem que a troca iônica pode ser o principal modo de adsorção. O hidróxido de potássio foi o melhor agente de dessorção para recuperar o corante adsorvido.

Descoloração de efluentes aquosos sintéticos e têxtil contendo corantes índigo e azo via processos Fenton e foto-assistidos (UV e UV/H2O2) / Decolorization of synthetic and laundry wastewater containing indigo and azo dyes by the Fenton, photolytic and UV/H2O2 processes

No presente trabalho, processos de oxidação avançada, Fe2+/H2O2 e UV/H2O2, e de fotólise (UV) foram empregados na descoloração de dois efluentes sintéticos, contendo corantes tipo índigo e azo, e de um efluente de lavanderia industrial. Experimentalmente, soluções em concentração de 20 mg/L dos corantes índigo carmim e vermelho congo, respectivamente 43 µmol/L e 29 µmol/L, e o efluente têxtil (pH = 3) foram submetidos a diferentes condições oxidantes sob temperatura ambiente (27 ºC). As remoções de cor e de DQO foram avaliadas em cada sistema oxidativo estudado. Em geral, os resultados obtidos mostraram que os processos utilizados são muito promissores na descoloração dos efluentes. A descoloração completa das soluções foi alcançada nos processos Fenton e com UV/H2O2. Estudos cinéticos revelam que a taxa de descoloração em meio aquoso segue uma cinética de pseudo-primeira ordem em relação à concentração do corante.

In the present work, advanced oxidation processes, Fe2+/H2O2 and UV/H2O2, and direct photolysis (UV light) have been applied in the decolorization of two synthetic wastewater containing indigo and azo dyes and laundry effluent. Individual aqueous solutions containing 20 mg/L indigo carmine and congo red dyes (43 µmol/L and 29 µmol/L, respectively) and textile laundry wastewater at pH 3 were subjected to different experimental conditions in the oxidation reactions at room temperature (27 ºC). Color and COD removals were evaluated for each oxidation systems. The results showed that the utilized processes are able to successfully decolorize the wastewaters. Complete bleaching was achieved by Fenton and UV/H2O2. Also, kinetics investigations revealed that the decolorization follows pseudo-first order kinetic with respect to the dye concentration.

Adsorção de índigo carmim em biomassas mortas de aspergillus niger / Adsorption of indigo carmine on dead biomass of aspergillus niger

As indústrias têxteis geram efluentes ricos em corantes durante toda a sua cadeia produtiva. Neste estudo, ensaios cinéticos foram realizados utilizando biomassas mortas de Aspergillus niger, diferentemente tratadas, como adsorvente para a remoção de índigo carmim a partir de soluções aquosas. Ensaio cinético com carvão ativado comercial também foi realizado para comparação. Os resultados obtidos indicam que a biomassa fúngica sem tratamento algum foi capaz de remover 95% do índigo carmim da solução aquosa, remoção equivalente àquela obtida pelo carvão ativado comercial. Os experimentos mostraram que os tratamentos ácidos melhoraram consideravelmente a cinética da remoção do corante, não influenciando, contudo, a capacidade adsortiva máxima do material. Os tratamentos salinos e alcalinos diminuíram tanto a capacidade máxima quanto a cinética de adsorção.

Textile industries produce effluents rich in dyes throughout its production chain. In this study, kinetic experiments were carried using the dead and treated biomass of Aspergillus niger for indigo carmine removal from the synthetic aqueous solutions of this dye. A kinetic run with activated carbon was also carried for comparison. The obtained results suggest that non-treated fungal biomass has been capable of remove 95% of carmine indigo from the aqueous solutions. This removal was similar to that obtained with activated carbon. The results also indicate that acid treatments considerably improve the kinetic of the dye removal, but they are not influenced the maximum adsorptive capacity of the adsorbent. Moreover, saline and alkaline treatments decreased both the maximum capacity and the kinetic of adsorption.