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.1
1ESTS-IPS,
Escola Superior de Tecnologia de Setúbal do Instituto Politécnico de Setúbal, Rua Vale de Chaves, Campus do IPS, Estefanilha, 2910-761 Setúbal,
Portugal. [email protected]
2REQUIMTE/CQFB, Chemistry Department, FCT, Universidade Nova de Lisboa, 2829-516 Caparica, Portugal. [email protected]
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.
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).
Monitorização dos reactores
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
• 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.
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.
Detecção e análise em HPLC
• RC analisados por HPLC-UV e monitorização de: pH, oxigénio dissolvido (OD),
temperatura e, semanalmente, a densidade óptica
• 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
Resultados/discussões
HPLC - Linearidade dos diferentes compostos estudados
Concentração da biomassa dentro dos reactores
3000
Biomassa estabilizou após 3
semanas da inoculação dos
reactores
X (mg SSV.L-1)
2500
2000
Apresentam-se resultados para
RC para 3 semanas
consecutivas
1500
1000
1
2
3
Composto
CAS
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
onda (nm)
DBNPG e TBBPA apresentam uma boa linearidade para monitorização dos compostos em HPLC
com detector de UV
500
0
Comprimento de
4
Tempo (semana)
TBBPA
TPhP
DBNPG
DBNPG (C0 =100
Concentração dos RC nos reactores
Br
mgL-1)
TPhP (C0 =100 mgL-1)
O
O
DBNPG e TPPhP
Br
1,0
TBBPA (C0 =25 mgL-1)
0,8
0,8
0,6
0,6
OD = 4,7 mgO2.L-1
0,4
0,2
OD = 5,0
OD = 5,2 mgO2.L-1
6
Br
HO
OH
Br
Br
0,4
OD = 4,7 mgO2.L-1
0,0
0
Br
O
OD = 2,2 mgO2.L-1
0,2
mgO2.L-1
0,0
CH3
O
1,0
C/C0
Biodegradação
• Diminuição da concentração do DBNPG é influenciada pela
concentração OD, resultando em baixa remoção para
valores baixos de OD
H3C
HO
OD = 1,7 mgO2.L-1 OH
C/C0
• Concentração DBNPG reduziu-se para valores indetectáveis
e TPhP apresentou alguma diminuição da sua concentração
mas muito lentamente
P
1
DBNPG 1
2
3
DBNPG 2
4
DBNPG 3
5
Tempo (d)
0
1
TPhP1
2
3
Tempo (d)
TPhP 2
C/C0
OD = 4,9 mgO2.L-1
4
OD = 3,7
mgO2.L-1
Conclusões
2
• Monitorização dos RC por HPLC-UV mostrou ser boa alternativa a outras técnicas
analíticas apresentando boas relações lineares
0
• Concentração DBNPG reduziu-se para valores indetectáveis e TPhP apresentou alguma
diminuição da sua concentração mas muito lentamente
0
1
TBBPA 1
2
3
TBBPA 2
4
5
6
7
Tempo (d)
TBBPA 3
1, 2 e 3 representam as 3 semanas consecutivas
Adsorção – desadsorção
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 parece participar em processos e adsorção – desadorção ainda em fase de
estudo
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
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