PT87206B

PT87206B - Processo de decomposicao de lenhina e/ou de compostos organicos clorados, contidos em aguas residuais, em particular, de branqueamento

Info

Publication number: PT87206B
Application number: PT87206A
Authority: PT
Inventors: Kurt Messner; Gerhard Ertler; Susanne Farcher
Original assignee: Solvay Oesterreich Gmbh
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1992-07-31
Also published as: EP0286630A1; FI885671A0; ZA882424B; AT390783B; ATA90587A; WO1988007976A1; JPH01503125A; BR8806895A; PT87206A; FI885671A

Description

NEMORIA descritiva presente invento refere-se a um processo de decomposição de lenhina e/ou de compostos orgânicos contidos em águas residuais, em especial de águas residuais de branqueamento das fábricas de pasta celulósica, por meio de bolores brancos.

No âmbito da legislação concernente à gestão dos recursos hídricos, em muitos países europeus são impostas exigências mínimas ao factor mais significativo dos efluentes da fábri. cas de pasta celulósica, o consumo de oxigénio em reaeções quí. micas (valor CSB). A manutenção deste valor exige muitas vezes a utilização de instalações de depuração biológica. Especialmente problemáticos são os efluentes provenientes do branqueamento das instalações em questão, que resistem persistentemente à decomposição por meio de bactérias, do que resulta uma coloração castanho-escura das águas residuais. No caso da lixí. via de cloro aparecem ainda compostos orgânicos clorados por vja zes com elevado grau de toxicidade. 0 teor das águas residuais em cloro ligado a compostos orgânicas (valor AOX) ficará num futuro breve também submetido a regulamentação legal; do mesmo modo a cor das águas residuais será objecto de requisitos mini, mos.

Uma eventual saída para o problema dos compostos orgânicos clorados estará na utilização do branqueamento com oxigénio, água oxigenada ou ozono. Na literatura da especialidade tem-se defendido, a partir das experiências efectuadas com ox_i génio no branqueamento de pasta celulósica à base de sulfito, a tese de que se não consegue por este processo obter uma pasta para papel de qualidade aceitável.

Impõe-se, portanto procurar um novo processo que, além de proporcionar a diminuição do valor CSB, dê lugar à desclora ção e cisão dos compostos cromófaros, permitindo ainda continu ar a utilizar o cloro no branqueamento.

Tanto em instalações de depuração aeróbicas como anaeróbicas a decomposição das substâncias orgânicas é principalmente efectuada por bactérias. No entanto, como se tem demonstrado .3

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-3por experiências laboratoriais e pela experiência, essas bsctá rias não conseguem decompor moléculas de lenhina de elevados pesos moleculares. Na base desta constatação estarão deficiêni cias de natureza estereomótrica. A partir de experiências laboratoriais com processos aerébicos determinou-se como limite superior da decomposição o valor de 850 Dalton, enquanto em reactores anaeróhicos se verificava ainda a decomposição de uma fracção das águas residuais entre 1000 e 10 000 Dalton.

Uma parte considerável do material cromóforo assim como c CSB estava, no entanto, contida na fracção com peso molecular superior a 100 000.

A redução de coloração que na prática se observa em instalações biológicas ó principalmente atribuída a fenómenos de absorção por mircrorganismos, em lamas activas.

A fracção principal dos compostos orgânicos clorados oro. veniente da etapa de extracção alcalina do branqueamento é constituída por clorolenhina assim como por fenóis clorados de baixo peso molecular, por exemplo, triclorofenol, cloroguaiacol, clorovanilina, carboxi-o-xinona, mucolactona. Nalgumas destas substâncias foram encontrados efeitos provocadores de iTiutações e/ou carcinogóneos.

A remoção de 50,- do AOX das águas residuais conseguida pelo processo biológico ê devida, de acordo com a redução de coloração, principalmente a um fenómeno de incorporação na lama activa.

Para remoção de C3B e AOX não biologicamente reductiveis propõem-se processos físico-químicos ds depuração de águas resi. duais como a precipitação, adsorçSo o ultrafiltração. Com es. tes processos, no entanto, o prculema não fica resolvido mas apenas transferido para um outrc plano.

Ideal seria que a clorolenhina cromófora macromclecular fosse decomposta por microrganismos. Para tal são necessárias três etapas principais ds decomposição automática:

- despolimerização

- cisão do anel

- desci oração

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Como se referiu anteriormente as bactérias são insuficientes para a despolimerizaçãc oelo que não se terno ccssível a cisão do anel e a descloraçao posterior. A descloração < como vem referido na literatura da especialidade, só s= efectua em meio aeróbico, no ciclo do ácido tricarboxílico, depois de conseguida a cisão do anel.

A complexidade desta reacção enzimática exclui em grande medida a possibilidade de utilizar enzimas isoladas, exigindo isso sim a presença de organismos vivos.

sistema de enzimas completo para a decomposição cos pci límeros da lenhina encontra-se nos bolores brancos. Entre estes, tem maior interesse, para utilização em biotecnologia, o Phanaerochaete chrysosporium, devido às suas propriedades.

As características do Phanaerochaete chrysosporium são as seguintes:

crescimento: - temperatura óptima 383 - 4Qs (reduzido perigo de infecção por elementos estranhos; crescimento rápido)

- formação intensiva assexuada de esporos (fácil inoculação do reactor).

Decomposição da lenhina - decomposição da lenhina em retabolis mo secundário (com deficiência em M ou C)

- lenhina não utilizável como única fonte de C

- decomposição melhor a valores de pH

4,5-5,0

- elevada actividade lenhinase

- poucas enzimas oxidantes de fenóis (ausência de reacçães de condensação da lenhina)

- o sistema lenhinase actua especifica, mente sobre diversas lenhinas (também sobre a clorolenhina)

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- decomposição por oxidação (ê necessária forte ventilação ou introdução

- movimentação delicada a intensiva no meio fluido.

senvclveram um processo para decomposição de compostos orgânicos clorados presentes em águas residuais, que se encontra des. crito em pormenor na patente US-A-4 554 075. Este processo re

Neste reactor de película fixa a biomassa é fixada sobro discos até cerca de 4Cj na de vidro acrílico rotativas que mergulham solução nutritiva. Rodando lentamente os discos assegura-se um contacto Intimo dos bolores com o meio e a fase gasosa, ape. nas com a diminuta agitação necessária para tal. 0 reactor contêm, por exemplo, 2,5 1 de meio e encontra-se dividido em quatro câmaras que comunicam entre si. Em csda câmara encontram-se dois discos. 0 rector é fechado por uma tampa. A cori centração de azoto é escolhida de modo que este esteja consumi, do ao fim de uma fase de crescimento com a duração de quatro dias, após a qual o micêlio passa à fase lenhinolítica secundá. ria. Como fonte de carbono pode utilizar-se açúcar ou lâminas de celulose fixadas nos discos. Passados quatro dias substitui-se o meio nutritivo por um meio pobre em azoto e adiciona-se lenhina. Mostrou-se vantajoso adicionar veratro e tiueen 80. Desde o momento em que se inicia a adição de lenhina ini. cia-se igualmente a insuflação de Q2 (6 1 por hora). A clorimetria efectua-se do mesmo modo durante 24 horas a 465 nm.

Neste processo conhecido mostra-se vantajosa a facilidade com que 0 micêlio ccnsumido se pode remover dos discos mas, pelo contrário, são desvantajosos os factos de 0 micêlio se apresentar como uma camada espessa e estar apenas 40/ em contacto permanente com a substância a decompor. Um factor limitativo importante deste processo conhecido consiste no facto de a relação superfície/volume ser má e além disso não se tornar possível uma agitação enérgica em consequência dos elevados

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esforços de corte que daí resultariam.

Na patente EP-A1-0 192 237 encontra-se descrito um processo semelhante para decomposição de compostos orgânicos persistentes no meio ambiente, especialmente de hidrocarbonetos halogenados, em que se utiliza Phanerochaete chrysosporium. Os elementos particulares referentes ao cultivo do bolor e â sua utilização encontram-se apenas referidos em relação às experiências laboratoriais.

Verificou-se entretanto que a capacidade decompositora do bolor branco pode ser consideravelmente melhorada se a rsspectiva cultura for efectuada sobre um material de suporte poroso e em seguida se o puser em contacto com a substância a d£ compor.

objectivo do presente invento consiste assim em propoj? cionar um processo do tipo anteriormente descrito que se carac, teriza pelo facto de um bolor branco de preferência o Phanerochaete chrisosporium ser pré-cultivado sobre um material poroso, de preferência cubos de material esponjoso, e em seguida o material de suporte com o bolor cultivado ser posto em contacto com as substâncias a decompor.

processo de acordo com o presente invento compreende assim as seguintes etapas:

1.) Cultivo do bolor num material de suporte poroso: o material de suporte poroso, de preferência cubos de material esponjoso, ê embebido numa solução nutriente na qual foi feita uma inoculação do bolor (esporos ou pedaços de hifa). A composição do nutriente é escolhida de forma que, após uma curta fase de crescimento do bolor, este crescimento se reduz consideravelmente e o bolor passa à fase secundá. ria de decomposição de lenhina. Até esse momento (cerca de quatro dias) verifica-se um crescimento intensa do micê. lio no interior do material de suporte poroso. 0 crescimento do bolor faz-se de preferência sob condições de esterilidade. 0 material de suporte poroso, cheio de micêlio do bolor, pode agora ser transferido para o reactor

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em que se vai realizar a decomposição das substâncias pre. judiciais.

2.) Decomposição dos compostos de lenhina ou compostos orgâni cos clorados: como reactor pode servir qualquer sistema que assegure o embabimento dos cubos de material esponjoso com a substância a decompor assim como um abastecimento suficiente de oxigénio. Poderá, por exemplo, usar-se um sistema reactor em que os cubos de material esponjoso sejam revolvidos continuamente, mergulhando repetidas vezes por pequenos períodos na substância a decompor ou um sistema de chuveiro em que os cubos de material esponjoso se mantenham iméveis e se provoque sobre ales um fluxo da substância a decompor. Em princípio podem também utilizar-se sistemas de imersão em que os cubos de material po, roso se encontram permanentemente submersos.

No processo de acordo com o presente invento c micélio desenvolve-se através dos poros dos cubos de material esponjoso, fixa-se neste e com o grau de cultivo correspondente pode mesmo vir a constituir pelotas no interior dos poros. Deste modo o bolor não se apresenta como uma camada de micélio espes. sa e com a consistância de lama mas sim sob a forma de hifas livres ou pelotas que oferecem à substância a decompor uma superfície de contacto com o bolor, muito superior. Daqui resul ta uma proporção muito melhor entre a superfície do bolor e o volume da substância a decompor contida na solução. Além disso o micélio contido nos poros fica bem protegido contra os es. forços de corte de forma que mesmo uma forte movimentação dos cubos de material esponjoso, como por exemplo se verifica nas culturas com agitação, a capacidade de decomposição do bolor não fica diminuída. Além disso a solução a decompor é repartida em pequenas porçães pelos variadíssimos poros do que resul. ta formar-se um pequeno espaço livre restante que se enche com ar ou oxigénio. Em combinação com esta disseminação da solução, de acordo com o presente invento, possibilita-se ainda uma boa difusão do oxigénio contido no ar (ou oxigénio puro). Dado que a decomposição da lenhina é um processo de oxidação, a alimentação de oxigénio as hifasconstitui um factor limita67 590

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-8tivo da capacidade de decomposição. Esta exigência á satis feita de forma ideal no sistema esponjoso.

No processo, de acordo com o presente invento, assegura-se ainda, pela utilização do sistema esponjoso, uma utilização constante do micélio. 0 arejamento e a decomposição podem portanto efectuar-se simultaneamente.

Pelo que se conhece da literatura até agora publicada o sistema de enzimas lenhollticas dos bolores brancos sá se forma na fase de crescimento secundária, na qual se não verifica qualquer crescimento apreciável do micélio. De acordo com o presente invento, o entupimento dos poros não é possível dado que o processo se desenrola fundamentalmente na segunda fase de crescimento. Deste modo o processo de acordo com o presente invento, utilizando um sistema esponjoso, mostra-se ideal para o fim em vista.

processo de acordo com o presente invento mostrou, no laboratório, em experiências com agitação utilizando-se o bolor Phanerochaete chrysosporium e água residual do branqueameri to de uma fábrica de celulose que utilizava o processo do sulfito, um aumento da capacidade de decomposição, expressa em clarificação, de cerca de 40 a 50.1 em 24 horas, no reactor de discos de acordo com a patente US-A-4 554 075, para cerca de em 24 horas utilizando o sistema esponjoso. Além disso obteve-se com o sistema esponjoso uma regularidade dos resulta, dos sensivelmente superior. Experiências conduzidas sem intro. dução adicional de oxigénio deram resultados um tanto inferiores, o que demonstra boa transferência do oxigénio no sistema esponjoso.

processo, de acordo com o presente invento, pode utili. zar-se em todas as actividades que empreguem com vantagem os bolores brancos, especialmente a clarificação de águas residuais contendo lenhina e a respectiva descloração, descloração de outros produtos orgSnicos, produção de enzimas da decomposi. ção da lenhina e utilizações similares.

Ds cubos de material esponjoso apresentados como material

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-9preferido para a concretização do presente inuento podem ser feitos, respeitadas as condicionantes de neutralidade química, de qualquer material esponjoso com a resistência física e ao dssgaste adequadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Processo de decomposição de lenhina e/ou de compostos orgânicos clorados contidos em águas residuais, em especial em águas residuais do branqueamento de fábricas de pasta ce lulósica, por meio de bolores brancos, caracterizado por se efectuar uma pré-cultura do bolor, de preferência o Phanerochaete chrysosporium num material de suporte porosc, de preferência cubos de material esponjoso, e em seguida pôr esse mate, rial de suporte, com o bolor cultivado, em contacto com as substâncias a decompor.
2 - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterí zado por se embeber o material de suporte poroso com uma solução nutritiva inoculada ccm bolor para se fazer a cultura do bolor.
3 - Processo, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por se pôr o material de suporte poroso cheio de micélio do bolor em contacto com as substâncias a decompor, dentro de um reactor, fcrnecendo-se ac sistema durante o tempo de contacto,oxigénio em quantidade suficiente.
4 - Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 o 3, caracterizado por os cubos de material esponjoso cheios de micélio do bolor serem mergulhadas numa solução que contém as substâncias a decompor, num reactor, no qual os materiais presentes são revolvidos repetidamente.
5 - Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por os cubes de material porosc cheios de micélio do bolor serem banhados por uma solução contendo as substâncias a decompor, utilizando-se um sistema de chuveiro.