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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86649| Tipo: | Tese |
| Título: | Enhancement of anaerobic azo dye decolorization under saline and sulfate-rich conditions through electron transfer-based strategies |
| Título em inglês: | Enhancement of anaerobic azo dye decolorization under saline and sulfate-rich conditions through electron transfer-based strategies |
| Autor(es): | Oliveira Júnior, José Kleber Sousa |
| Orientador: | Firmino, Paulo Igor Milen |
| Coorientador: | Silva, Marcos Erick Rodrigues da |
| Palavras-chave em português: | Salinidade;Compostos Azo;Redução de sulfato;Efluente têxtil;Materiais carbonáceos;Descoloração anaeróbia;Mediadores redox |
| Palavras-chave em inglês: | Salinity;Azo Compounds;Sulfate reduction;Textile wastewater;;Carbonaceous materials;Anaerobic decolorization;Redox mediators |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL |
| Data do documento: | 2026 |
| Citação: | OLIVEIRA JÚNIOR, José Kleber Sousa. Enhancement of anaerobic azo dye decolorization under saline and sulfate-rich conditions through electron transfer-based strategies. 2026. 102 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil-Saneamento Ambiental) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026. |
| Resumo: | Os corantes azo estão entre os poluentes mais persistentes dos efluentes têxteis, devido à elevada estabilidade de suas estruturas aromáticas e à resistência aos processos convencionais de tratamento biológico. O Reactive Black 5 (RB5), amplamente utilizado na indústria têxtil, representa um desafio ambiental relevante quando presente em águas residuárias industriais. Nesse contexto, esta tese investigou estratégias para intensificar a descoloração anaeróbia do RB5 em condições representativas de efluentes têxteis reais, com ênfase na modulação da transferência extracelular de elétrons por meio de mediadores redox solúveis e insolúveis e de materiais à base de ferro. Ensaios em batelada, com 10h de duração, confirmaram que a descoloração do RB5 ocorre predominantemente por redução biológica, com remoções inferiores a 5% em controles abióticos. A adição do mediador redox antraquinona-2-sulfonato (AQS) elevou a eficiência de descoloração de aproximadamente 70% para até 87%, além de aumentar a constante cinética de primeira ordem de 0,19 para 0,33 h-1 . O sulfato exerceu efeito limitado sobre a descoloração (~72-73%), enquanto a salinidade promoveu inibição cinética moderada. A combinação de cloreto e sulfato configurou a condição mais restritiva, reduzindo a eficiência para cerca de 65-68% e a constante cinética para valores entre 0,15 e 0,17 h-1 ; ainda assim, o AQS manteve efeito positivo em todos os cenários avaliados. Em reatores anaeróbios contínuos, a descoloração do RB5 variou tipicamente entre 66 e 75% nas condições controle, sendo reduzida para cerca de 60-68% na presença de sulfato, devido à competição por equivalentes redutores. A salinidade impactou mais severamente a remoção de matéria orgânica, reduzindo a eficiência de remoção de DQO para valores próximos de 35-40%, enquanto exerceu efeito relativamente menor sobre a descoloração do corante. A adição de AQS promoveu incrementos consistentes na remoção de RB5 (~5-7%), embora com prejuízo à remoção de DQO. Ensaios de recuperação indicaram rápida retomada da descoloração do corante, enquanto a recuperação da remoção de DQO foi parcial e mais lenta, evidenciando maior resiliência das vias de redução do RB5 em relação aos processos metanogênicos. A avaliação de materiais à base de ferro demonstrou efeitos fortemente dependentes da espécie química. O ferro zero-valente destacou-se como o aditivo mais eficiente, elevando a descoloração para valores próximos de 80-82% em ensaios contínuos e aumentando a constante cinética para até 0,24 h-1 em batelada, além de conferir elevada estabilidade operacional mesmo sob redução do tempo de detenção hidráulica. Magnetita e íons de ferro apresentaram melhorias mais modestas (~69-77%), dependentes da dosagem e da biodisponibilidade. Adicionalmente, materiais carbonáceos insolúveis, como carvão ativado e biocarvão, especialmente quando funcionalizados com AQS, permitiram alcançar remoções superiores a 80%, associadas ao enriquecimento de consórcios microbianos eletroativos. De forma integrada, esta tese demonstra que a intensificação da descoloração anaeróbia de corantes azo em efluentes têxteis complexos pode ser alcançada por meio da modulação direcionada da transferência extracelular de elétrons, resultando em ganhos significativos de eficiência, cinética e robustez operacional. Os resultados fornecem bases científicas e tecnológicas para o desenvolvimento de sistemas anaeróbios mais eficientes e resilientes aplicáveis ao tratamento de efluentes têxteis reais. |
| Abstract: | Azo dyes are among the most persistent pollutants in textile wastewaters due to the high stability of their aromatic structures and resistance to conventional biological treatment processes. Reactive Black 5 (RB5), one of the most widely used azo dyes, represents a significant environmental challenge when present in industrial effluents. In this context, this doctoral thesis investigated strategies to intensify the anaerobic decolorization of RB5 under conditions representative of real textile wastewaters, with emphasis on modulating extracellular electron transfer through the use of soluble and insoluble redox mediators and iron-based additives. Batch experiments, with 10h of duration, confirmed that RB5 decolorization occurs predominantly via biological reduction, with abiotic controls showing removals below 5%. The addition of the soluble redox mediator anthraquinone-2-sulfonate (AQS) increased decolorization efficiency from approximately 70% to up to 87% and enhanced the first-order kinetic constant from 0.19 to 0.33 h-1 . Sulfate exerted a limited effect on decolorization (~72- 73%), whereas salinity caused moderate kinetic inhibition. The combined presence of chloride and sulfate constituted the most restrictive condition, reducing RB5 removal to approximately 65-68% and the kinetic constant to 0.15-0.17 h-1 ; nevertheless, AQS maintained a positive effect under all tested scenarios. In continuous anaerobic reactors, RB5 decolorization under control conditions typically ranged from 66 to 75% and decreased to approximately 60-68% in the presence of sulfate due to competition for reducing equivalents. Salinity had a more pronounced impact on organic matter removal, decreasing COD removal to approximately 35-40%, while exerting a comparatively smaller effect on dye decolorization. AQS addition consistently improved RB5 removal by about 5-7%, although at the expense of COD removal. Recovery tests demonstrated rapid restoration of dye decolorization, whereas COD removal exhibited partial and slower recovery, indicating greater resilience of dye-reducing pathways compared to methanogenic processes. The evaluation of iron-based materials revealed strong speciation- dependent effects. Zero-valent iron (Fe0 ) emerged as the most effective additive, increasing RB5 removal to approximately 80-82% in continuous reactors and raising the kinetic constant to up to 0.24 h-1 in batch assays, while providing high operational stability even under reduced hydraulic retention time. Magnetite and soluble iron species (Fe2+/Fe3+) produced more moderate improvements (~69-77%), strongly dependent on dosage and bioavailability. In addition, insoluble carbonaceous materials, such as activated carbon and biochar, particularly when functionalized with AQS, enabled RB5 removals above 80% and promoted enrichment of electroactive microbial consortia. Overall, this thesis demonstrates that intensification of anaerobic azo dye decolorization in complex textile wastewaters can be achieved through targeted modulation of extracellular electron transfer, resulting in significant gains in efficiency, kinetics, and operational robustness. These findings provide scientific and technological foundations for the development of more efficient and resilient anaerobic treatment systems applicable to real textile effluents. |
| Descrição: | Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas. |
| URI: | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86649 |
| ORCID do(s) Autor(es): | https://orcid.org/0000-0002-9842-0323 |
| Currículo Lattes do(s) Autor(es): | https://lattes.cnpq.br/3189467721937492 |
| ORCID do Orientador: | https://orcid.org/0000-0002-3938-1264 |
| Currículo Lattes do Orientador: | https://lattes.cnpq.br/3555756278619302 |
| ORCID do Coorientador: | https://orcid.org/0000-0002-6044-3159 |
| Currículo Lattes do Coorientador: | https://lattes.cnpq.br/7579764751648280 |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| Aparece nas coleções: | DEHA - Teses defendidas na UFC |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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| 2026_tese_jksoliveirajunior.pdf | 7,56 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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