BIOSSORÇÃO DE ZINCO E COBRE UTILIZANDO SALVINIA SP.
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- Rosângela Santos
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1 T T HTU UTH BIOSSORÇÃO DE ZINCO E COBRE UTILIZANDO SALVINIA S. 1 2 RAFAELA DA SILVA LIMONS ; FÁBIO MARCOLINO DA SILVA. 3 SALAH DIN MAHMUD HASAN ; MÁRCIA REGINA FAGUNDES KLEN 3 1 Aluna de Mestrado em Engenharia Química. Universidade Estadual do Oeste do araná UNIOESTE. Toledo, R - Brasil. Rua da Faculdade, 645. Jardim La Salle. CE ( rafaelalimons@yahoo.com.br ). 2 Acadêmico do curso de Engenharia Química. UNIOESTE/CECE/TOLEDO. 3 Docentes do curso de Engenharia Química. UNIOESTE/CECE/NBQ/TOLEDO. TALAVRAS-CHAVE:T Metais esados; Biossorventes; Efluentes; lanejamento Experimental. RESUMO A contaminação das águas por efluentes contendo metais pesados exigem atenção especial, devido ao seu nível de periculosidade e pelo seu processo de absorção na cadeia alimentar. Na linha da consolidação de um desenvolvimento sustentável, a biossorção tem sido uma das opções mais estudadas no tratamento de águas e efluentes contendo metais pesados. O uso de plantas ou bactérias na remoção de metais apresenta-se como uma tecnologia econômica e tecnicamente viável, por se tratar de uma alternativa de baixo custo e larga aplicabilidade. Nesta pesquisa, avaliou-se a capacidade de utilização da macrófita seca salvinia sp como bioadsorvente, na remoção de íons metálicos (zinco e cobre). Foi realizado um planejamento experimental para determinar os parâmetros operacionais significativos do processo de biossorção. Os ensaios foram realizados em laboratório, em processo descontínuo, verificando-se a influência de três variáveis independentes: ph inicial, concentração de biomassa e agitação. As concentrações dos íons metálicos foram determinadas através do Espectrofotômetro de Absorção Atômica, onde se obteve os resultados da concentração inicial e final de cada um dos poluentes. A biossorção mostrou ser um método eficiente para efluentes contendo zinco e cobre, obtendo-se redução máxima de 76,7% e 99,7% respectivamente. INTRODUÇÃO Os despejos de efluentes nos cursos d água são um assunto de elevada importância, devido aos diversos tipos de poluentes descartados nos nossos rios, incluindo metais pesados, óleos, pesticidas, corantes, entre outros. A industrialização de muitas regiões aumentou a geração de efluentes contendo metais pesados e a importância dos estudos relacionados a esses poluentes deve-se aos seus intensos efeitos tóxicos ao homem e outros seres vivos. Métodos convencionais de tratamento de efluentes contendo metais pesados como precipitação, oxidação, troca iônica, tratamento eletroquímico,
2 dentre outros, são muitas vezes inviabilizados por problemas técnicos e/ou de ordem econômica. A pesquisa de novas alternativas de tratamento constitui-se, portanto, em assunto de interesse para o setor. Dentre tais alternativas, muitas delas complexas e onerosas, apresentam-se a utilização de plantas aquáticas vivas, onde estudos recentes também comprovam a sua utilização na forma seca, com alta capacidade de acumular metais pesados. Desta forma, a presente pesquisa versa sobre o aproveitamento da biomassa seca de salvinia sp como um adsorvente alternativo, para retenção de íons metálicos (zinco e cobre), para obtenção de um tratamento eficaz e economicamente viável, além da adequação do efluente as condições dispostas na Legislação Ambiental. MATERIAL E MÉTODOS REARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DOS BIOSSORVENTES A planta aquática Salvina sp. utilizada como biossorvente neste estudo foi coletada num açude, situado no município de alotina/r e em tanques de peixes, localizados no Centro de esquisas Avançadas em Aqüicultura (CAA), na cidade de Toledo/R. ara preparação da biomassa seca, após a coleta, as macrófitas foram limpas através de sucessivas lavagens em água corrente e, a posteriori, com água destilada. Em seguida, foram secas em estufa a uma temperatura média de 40ºC, até o momento em que o peso permanecesse constante, sendo então retiradas, e acondicionadas em sacos plásticos devidamente identificados, para posterior utilização nos ensaios de bancada. ESTUDO DA BIOSSORÇÃO ara o estudo da biossorção dos metais pesados, utilizou-se um efluente industrial (manipueira) fornecido por uma típica fecularia, situada no município de Toledo. O efluente foi coletado na entrada e na saída da estação de tratamento e apresentava concentrações residuais de metais pesados: zinco (0,940 mg.l ) e cobre (0,3505 mg.l ). A eficiência do processo de remoção dos íons metálicos foi estudada utilizando a técnica de planejamento experimental, com o objetivo de avaliar as variáveis que apresentam efeitos significativos na resposta. Elaborou-se um delineamento composto central rotacional (DCCR), baseado na Metodologia de Superfície de Resposta, de acordo com BARROS et al. (1995) com as variáveis independentes: ph inicial, concentração de bioamassa seca e agitação, mantendo valores fixos para a temperatura. O planejamento totalizou 17 experimentos laboratoriais, com triplicata no ponto central, os quais foram executados aleatoriamente, conforme matriz do planejamento fatorial. Os ensaios para análise do potencial de adsorção, para cada metal, foram realizados em mesa agitadora (em diferentes velocidades de agitação), em erlenmeyers de 250 ml (contendo 150 ml de efluente), temperatura ambiente, em diferentes concentrações de biomassa seca, e com ajuste do ph inicial em
3 CBiB = CBfB = CBiB x e cada ensaio(naoh 0,1N). O tempo de contato para o estudo de remoção dos metais pesados foi de 96 horas. As etapas seguintes constituíram de filtração da mistura em papel filtro 0,45 mm, com posterior análise química dos filtrados, utilizando-se da metodologia de quantificação do metal pesado por meio do Espectrofotômetro de Absorção Atômica, onde se obteve os resultados da concentração inicial e final de cada um dos poluentes. Determinou-se a taxa de remoção (%) de cada parâmetro, através da relação entre a concentração do afluente e do efluente em mg/l, através da Equação 1: Taxa de Remoção (%) = UCUBUiUBU CUBUfUB 100 (1) Onde: concentração inicial do metal (ppm) Concentração final do metal (ppm) RESULTADOS E DISCUSSÃO Com o objetivo de estudar a influência do ph, concentração de biomassa e agitação sobre o processo para se obter maior biossorção dos metais com a salvinia sp. elaborou-se um planejamento de delineamento composto central, com triplicata no ponto central, totalizando 17 ensaios. As condições das variáveis independentes estudadas foram: 1- ph (5; 5,8; 7,0; 8,2 e 9,0); 2 - Agitação (rpm) (0; 30; 75; 120 e 150); 3 - Concentração de Biomassa (g/150ml) (0; 0,20; 0,5; 0,8 e 1). O efeito médio de remoção do zinco nas condições estudadas foi de 59%, com uma máxima remoção de 76,70%, no ensaio 1, que apresentava um ph inicial de 5,0, agitação de 30 rpm e uma concentração de biomassa de 0,20g/150ml. A taxa mínima de biossorção foi de 12,66%, no ensaio 14, com um ph de 7, agitação de 75 rpm e concentração de biomassa de 0,5g/150ml. O limite permitido de concentração de zinco para descarte de efluentes é de 5,0 mg.l (Resolução n o 357, de 17 de março de 2005). A concentração final de zinco nos ensaios ficou na faixa compreendida entre 0,219 mg.l 0,821 mg.l. assim, observa-se que a concentração do elemento zinco encontra-se abaixo do limite em todos os ensaios. A partir dos resultados obtidos no planejamento gerou-se uma equação dos dados experimentais. A Equação 2 apresenta o modelo codificado das variáveis significativas para a remoção do metal zinco nas condições estudadas, com um intervalo de confiança de 95%: Remoção de Zinco (%) = 59,43 16,42pH ,85Agitação 7,69Agitação 2 + 7,4882 ph*agitação + 10,3421 ph*concentração de Biomassa Os ajustes significativos para a equação de 2º grau (R 2 = 98%), sugerem que as variações ocorridas neste período de exposição ao zinco foram em função dos fatores estudados e não devido ao acaso, desta forma, os altos ajustes dos
4 até dados à equação de regressão tendem a se manter em experimentos semelhantes. Através da Análise de Variância, conclui-se que o modelo é estatisticamente significativo, com um coeficiente de correlação de 0, 97795, e o teste F, mostra que o valor de F calculado (133,05) é aproximadamente 40 vezes maior que o valor de F tabelado (3,26) mostrando que o modelo foi bem ajustado. Os valores obtidos de remoção de zinco nesta pesquisa estão de acordo com outros estudos que utilizaram o processo biossorção para redução deste metal, como SANTANSER (1998) e FÉRIS et al. (1998) que realizaram estudos recentes empregando rejeitos de carvão e obtiveram altos índices de remoção de zinco, na ordem de 90%. Em relação ao cobre, observa-se que a taxa mínima de remoção foi de 1%, no ensaio 1, que apresentava as seguintes características: ph = 8,2; agitação de 30 rpm e 0,20g/150 ml de concentração de biomassa inicial. Enquanto a taxa máxima de redução foi de 99,78%, no ensaio 8, que apresentava um ph de 8,2, agitação de 120 rpm e concentração inicial de biomassa de 0,8g/150ml. O limite permitido de concentração de cobre para descarte de efluentes é de 1,0 mg.l (Resolução n o 357, de 17 de março de 2005), assim a concentração do elemento cobre encontra-se abaixo do limite exigido pela legislação em todos os ensaios, pois os valores da concentração final variam -4 de 7,563x10 mg.l o máximo de 0,347 mg.l. A remoção do íon cobre pode ser representada pelo modelo matemático empírico, mostrado pela Equação 3, com os seus respectivos coeficientes adquiridos nos ensaios fatoriais, com um intervalo de confiança de 95%. Remoção de Cobre = 214,15 93,48Agitação 2 897,51Concentração de Biomassa +281,16 ph*agitação 1888,94 ph*concentração de Biomassa +367,96 Agitação*Concentração de Biomassa Através da Análise de Variância, verifica-se que o ajuste do modelo teve um coeficiente de correlação de 0, 82649, e o teste F, mostra que o valor de F calculado (14,290) é maior que o valor de F tabelado (3,26), mostrando que o modelo é estatisticamente significativo. A taxa de remoção máxima de cobre (99,78%) obtida neste trabalho foi muito elevada, com valores superiores ao observado em diversas pesquisas de remoção do cobre com diferentes biossorventes. Como por exemplo, SCHENEIDER (1995), que obteve uma redução média de 55% na remoção de cobre, em efluentes oriundos de indústrias de galvanoplastia. ela análise das curvas de nível, no estudo de remoção dos íons de metal do zinco e cobre chegou-se a uma faixa ideal de ph compreendida entre 6,0 e 9,0, agitação entre 70 e 90 rpm e determina-se que nas concentrações iniciais de metais estudadas, a quantidade de biomassa não interferiu na taxa de remoção dos poluentes.
5 3,0 3,0 904,26 601,58 298, , , ,869-88, , , ,844 above Concentração de Macrófitas (g) 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Agitação (rpm) 13,715 24,633 35,552 46,47 57,389 68,308 79,226 90, , ,982 above Concentração de Macrófitas (g) 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Figura 1 - Curvas de nível da taxa de remoção (%) de biossorção do zinco e cobre. ph CONCLUSÕES O processo de biossorção utilizando a biomassa seca apresentou elevada remoção dos metais pesados, com taxa máxima de remoção do íon zinco de 76,70% e do cobre de 99,78%. Desta forma, em função da elevada eficiência de remoção dos metais, e do elevado ajuste dos modelos determinados para remoção destes poluentes, confirma-se à potencialidade da utilização de salvinia seca, como um biossorvente alternativo no tratamento de efluentes contendo metais pesados. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARROS, N, B; SCARMINIO, J.S. e BRUNS, R.E. lanejamento e otimização de experimentos. São aulo: Ed. Unicamp, CEREDA, M..; Caracterização dos resíduos da industrialização da mandioca. In: Resíduos da industrialização da mandioca no Brasil. São aulo: Editora aulicéia, p FÉRIS, L. A, KIER., TESSELE F. e RUBIO J. Remoção de Íons de Metais esados por Flotação de artículas Sorventes. Congresso Brasileiro de Engenharia Química (COBEQ, 1998), 17/09/1998. ontifícia Universidade Católica/ orto Alegre/ RS/ Brasil. SANTANDER, M. Separação de óleos emulsificados por flotação não convencional. Tese de Doutorado, 123p., GEM-UFRGS, orto Alegre, SCHNEIDER, I. A. H. Biossorção de metais pesados com a biomassa de macrófitos aquáticos. Tese de doutorado - Escola de Engenharia, Curso de ós- Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e dos Materiais da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. orto Alegre, VOLESKY, B. Biosorption and biosorbentes. In: Volesky, B. (Ed.) Biosorption of Heavy Metals. Boca Raton: CRC ress, 1990, p.3-6.
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