1- Quantificação de polissacáridos e polímeros totais

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1 CAPÍTULO IV- DISCUSSÃO DOS RESULTADOS - Quantificação de polissacáridos e polímeros totais A quantificação dos EPS excretados pelas células faz-se através do doseamento dos polímeros totais e dos polissacáridos. Os EPS são constituidos por polímeros, entre eles polissacáridos, proteínas, lípidos, ácidos nucleícos e outros resíduos celulares que se encontram retidos na rede polimérica. Deste modo, o doseamento dos polissacáridos e dos polímeros totais são uma estimativa da quantidade de EPS existentes no sistema. O doseamento dos polissacáridos é feito por estimativa da quantidade de glucose presente nas amostras. O facto da cápsula da bactéria Arthrobacter viscosus conter glucose foi o factor determinante para a escolha desta macromolécula como referência para a estimativa da quantidade de polissacáridos. A produção de EPS e a adesão de microrganismos parecem depender fortemente da superfície de suporte e não tanto das características dos microrganismos utilizados ou do meio de cultura (Oliveira et al., 994). Por este motivo efectuaram-se experiências com os dois tipos de carvão disponíveis, com o intuito de verificar em qual deles a produção de EPS, e consequentemente, a adesão dos microrganismos, é melhor. Os ensaios realizados para a quantificação de polissacáridos e polímeros totais consistiu no crescimento, ao longo de três dias, de biofilme ao qual foi aplicado o procedimento descrito no ponto do Capítulo II. Ao longo dos três dias foi possível observar o crescimento de uma massa branca a envolver as partículas de carvão. O facto de, nos últimos dois dias de crescimento do biofilme, se utilizar um meio de crescimento com uma razão C/N de 2, prende-se com o facto da célula entrar em "stress" com uma razão C/N elevada (limitação de azoto). Esta situação induz a bactéria à utilização do nutriente mais abundante, a glucose, maximizando assim a produção de EPS. Como se poderá verificar pela análise das figuras. e.2 do capítulo III, a produção de polímeros totais e de polissacáridos é maior para o carvão tratado com. Mestrado em Biotecnologia Pag 64 de 7

2 A ph entre 4-5 os grupos carboxílicos têm uma grande influência nas ligações devido às interacções electrostáticas entre o catião e a superfície negativa das células (Avery e Tobin, 992). A maior incidência de grupos carboxílicos no carvão tratado com poderá justificar assim a maior produção de polímeros totais e polissacáridos. A heterogeneidade de resultados obtidos para cada ensaio deve-se à enorme dificuldade em proporcionar a formação da mesma quantidade de biomassa em todos os ensaios e ao facto de existirem muitas variáveis que não é possível controlar, tais como, quantidade de microrganismo inoculada, a quantidade de gás formada pelo microrganismo durante a fermentação, o qual por se apresentar em forma de pequenas bolhas provoca a diminuição da área de transferência de substrato, a granulometria e distribuição espacial do GAC que podem causar diferentes disposições do biofilme e a existência de caminhos preferenciais. A existência de todas estas variáveis não controladas, introduz um erro bastante significativo na quantificação de polissacáridos e polímeros totais, pelo facto destes serem parâmetros com uma ordem de grandeza muito pequena, e como tal mais susceptíveis a erros de medição. 2- Estudos de Biossorção 2.- Biossorção do crómio(vi) Pela análise das figuras 2... e 2...2, do capítulo III, verifica-se que para as mais elevadas concentrações de crómio estudadas existe uma elevada retenção inicial de metal, que poderá estar relacio nada com processos de acumulação superficiais tais como adsorção, ligações iónicas, covalentes, etc. Após esta fase inicial, é atingido um equilíbrio permanecendo constante a quantidade de crómio retida ao longo do tempo. É de esperar que o tempo necessário para a obtenção do estado estacionário diminua com o aumento da concentração de metal, devido à rápida saturação dos locais de fixação do metal Mestrado em Biotecnologia Pag 65 de 7

3 existentes à superfície do biossorvente. A observação das figuras 2...e 2...2(Cap.III) permite-nos confirmar tal afirmação. O estado de equilíbrio atingido para todas as concentrações estudadas, e que é sempre inferior à unidade excepção feita para as duas concentrações mais elevadas e no caso do suporte de carvão activado tratado com, revela a presença de mecanismos de acumulação de crómio dependentes do metabolismo celular. Verifica-se que à medida que a concentração inicial de metal aumenta, o equilíbrio é atingido a valores de concentração normalizada de crómio crescente, ou seja, a quantidade de cró mio retida, em estado estacionário e em relação à sua concentração inicial, é menor. O facto de não se atingir a saturação do sistema está relacionado, essencialmente, com a acção de mecanismos de acumulação dependentes do metabolismo celular, o que é ind icativo que os microrganismos permanecem viáveis e são capazes de resistir a concentrações de crómio dentro da gama estudada. A protecção fornecida pelos EPS e/ou por mecanismos internos de defesa devem ser os responsáveis pela resistência das bactérias ao efeito xenobiótico do crómio. As figuras seguintes permitem-nos avaliar a influência do suporte no processo de biossorção. São apresentadas as curvas de biossorção para dois suportes distintos que diferem no tratamento dado à superfície dos mesmos e para concentrações iniciais de crómio que variam de 4 mg/l até 77 mg/l. Os ensaios tiveram uma duração média de cerca de,5 dias. (Cr)inicial= 4mg/l (Cr)/(Cr),9,8,7,6,5,4,3,2, Tempo (min) Mestrado em Biotecnologia Pag 66 de 7

4 Figura 2..- Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 4 mg/l (Cr)inicial = mg/l (Cr)/(Cr),9,8,7,6,5,4,3,2, Tempo (min) H22 Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de mg/l (Cr)inicial=22mg/l (Cr)/(Cr),9,8,7,6,5,4,3,2, Tempo (min) Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 22 mg/l Mestrado em Biotecnologia Pag 67 de 7

5 (Cr)inicial=35mg/l (Cr)/(Cr),9,8,7,6,5,4,3,2, Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 35 mg/l (Cr)inicial=77mg/l (Cr)/(Cr),9,8,7,6,5,4,3,2, Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 77 mg/l Mestrado em Biotecnologia Pag 68 de 7

6 Após observação atenta das figuras verifica-se que a biossorção do crómio não é especialmente afectada pela diferença existente entre os suportes utilizados. Apenas para a concentração de crómio inicial de mg/l se verifica que a retenção de crómio é substancialmente inferior para o carvão activado tratado com. A maior presença de grupos ácidos na superfície do carvão tratado com poderia ser indicativo de uma maior afinidade deste suporte com o crómio visto este último se encontrar na forma aniónica (HCrO4 -, ph 4-5), no entanto a carga aniónica das células poderá ser um factor prejudicial para a biossorção do crómio (Marqués, 2). A observação das figuras apresentadas no ponto 2..3 do capítulo III, permite verificar que a percentagem de remoção diminui com o aumento da concentração inicial de crómio, e o uptake apresenta, de uma maneira geral, um crescimento. Este crescimento, que não atinge um patamar na escala de concentrações utilizadas neste estudo, indica que estamos aquém da saturação da matriz biossorvente em termos de fixação de iões metálicos. Os resultados sugerem também que embora a quantidade de crómio acumulada pelo biofilme aumente em valor absoluto com a concentração inicial de metal, em valor relativo verifica-se a diminuição da percentagem de remoção devido à diminuição dos sítios disponíveis para a fixação do metal. Por exemplo, fazendo a comparação entre o ensaio realizado para uma concentração inicial de crómio de 4 mg/l e o ensaio efectuado para uma concentração inicial de 77 mg/l, verifica-se que em termos de uptake se passa de valores de cerca de 2 mg Cr/gGAC (para ambos os suportes) para valores de 3 mgcr/ggac e 9 mg Cr/gGAC, respectivamente para o suporte tratado com e com, enquanto a percentagem de remoção passa de 4% para 5%, no ensaio realizado com o suporte tratado com e de 3% para 2% no ensaio realizado com o suporte tratado com e ao fim de um dia de passagem da solução pela coluna. As figuras seguintes pretendem ilustrar a influência do suporte nas taxas de remoção. Tal como já foi referido as diferenças existentes entre os suportes utilizados residem no tratamento efectuado à superfície dos mesmos verificando-se a presença de grupos anidrido carboxílicos na superfície do carvão tratado com. Mestrado em Biotecnologia Pag 69 de 7

7 (Cr)inicial=4mg/l %Remoção Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 4mg/l Como se verifica pela observação da figura anterior o suporte utilizado não parece ter influencia na percentagem de remoção para concentrações de crómio da ordem dos 4 mg/l. O sistema de biossorção apresenta remoções elevadas nas primeiras horas, tendendo para um estado de equilíbrio. No fim do ensaio conseguem-se taxas de remoção de cerca de 25%. (Cr)inicial=mg/l %Remoção Mestrado em Biotecnologia Pag 7 de 7

8 Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de mg/l Os resultados evidenciados na figura 2..7 reforçam os evidenciados na figura 2..2, ou seja, verificam-se melhores percentagens de remoção para o carvão activado tratado com. Para concentrações iniciais de crómio superiores a mg/l verifica-se que o equilíbrio é atingido mais rapidamente e as percentagens obtidas são mais baixas, o que pode indicar que este sistema específico, isto é, o suporte tratado com, apresenta um óptimo de biossorção para concentrações iniciais de crómio de cerca de mg/l. (Cr)inicial=22mg/l %Remoção Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 22mg/l (Cr)inicial=35mg/l %Remoção Mestrado em Biotecnologia Pag 7 de 7

9 Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 35mg/l (Cr)inicial=77mg/l %Remoção Figura 2..- Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 77mg/l Verifica-se ainda que o tempo necessário para atingir o estado estacionário diminui com o aumento da concentração inicial de crómio na solução a tratar. É interessante verificar o comportamento do biossorvente tratado com durante o tratamento das duas soluções de concentração mais elevada: em ambos os ensaios se atinge um período em que a percentagem de remoção é igual a zero, retomando posteriormente a sua capacidade de remoção para valores entre os e os 2%. A retoma da capacidade de remoção poderá dever-se ao deslocamento de partes do biofilme o que expõe novos sítios de ligação. Em relação ao carvão activado tratado com ácido nítrico, e para estes mesmos ensaios, verifica-se que a partir de aproximadamente,5 horas de ensaio a percentagem de remoção é praticamente constante não ultrapassando os % de remoção. Estudos efectuados por Marqués (2) utilizando Pseudomonas fluorescens chegaram a valores de uptake na ordem dos 8 mgcr/gbiomassa, para uma concentração inicial de crómio de 45 mg/l, valores estes inferiores aos por nos obtidos. Gonçalves (997), utilizando um biofilme de Arthrobacter suportado em carvão activado conseguiu obter percentagens de remoção de 4%, Mestrado em Biotecnologia Pag 72 de 7

10 para uma concentração inicial de mg/l, valores estes que se revelam superiores aos obtidos neste estudo Biossorção do cádmio A análise das figuras e , do Capítulo III, permite verificar que existe uma elevada retenção inicial para todas as concentrações estudadas. Tal como se afirmou para o crómio, tal facto poderá estar relacionado com processos de acumulação superficiais, nomeadamente adsorção, ligações iónicas e covalentes. O equilíbrio é atingido logo na primeira hora do ensaio de biossorção e aproxima-se bastante, chegando mesmo a atingir em alguns ensaios, o valor da unidade. A rápida obtenção do equilíbrio poderá estar relacionada com a rápida saturação dos locais de fixação do metal à célula bacteriana. Também como no caso do crómio, o equilíbrio é atingido mais rapidamente quanto mais alta for a concentração de cádmio. Scott et al. (992) afirmam que o tempo necessário para se obter um equilíbrio é função da concentração inicial do metal, dado que os locais disponíveis para a adsorção directa são mais rapidamente ocupados para concentrações elevadas. O facto de se obterem valores de concentração normalizada muito próximos da unidade significa que quase todo o cádmio que entra no sistema sai, ou seja, não houve retenção por parte do sistema biossorvente. Uma das hipóteses apontadas poderá ser o efeito tóxico do cádmio sobre a bactéria Arthrobacter viscosus, levando à sua morte (ou inactivação). Avery e Tobin(992), referem que a capacidade de adsorção aumenta com o peso atómico do elemento. Como o cádmio apresenta um peso atómico superior ao do crómio e ferro, esperavam-se melhores resultados experimentais. No entanto, a difusão do cádmio através camada limite junto ao biofilme poderá ser dificultada pelo seu elevado raio iónico. Estudos efectuados por Duncan et al. (994), permitem chegar à conclusão que a biomassa apresenta específicidade em relação aos vários metais devido à constituição polimérica da Mestrado em Biotecnologia Pag 73 de 7

11 parede celular. Assim nem todos os metais se ligam de igual forma à biomassa, podendo ser este mais um dos motivos para justificar os resultados obtidos. Grappelli et al. (992), nos seus estudos de biossorção com Arthrobacter sp., verificaram que a remoção de cádmio com a espécie Arthrobacter viscosus é mínima tendo-se obtido bons resultados com Arthrobacter giocomelloi, concluindo assim que diferentes espécies de microrganismos, dentro de um mesmo género, podem possuir diferentes capacidades de biossorção. As figuras seguintes permitem-nos avaliar a influência do suporte no processo de biossorção. São apresentadas as curvas de biossorção para dois suportes distintos que diferem no tratamento dado à superfície dos mesmos e para concentrações iniciais de cádmio que variam de 5 mg/l até 95 mg/l. Os ensaios tiveram uma duração média de cerca de,5 dias. (Cd)inicial=5mg/l (Cd)/(Cd),9,8,7,6,5,4,3,2, Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 5mg/l Mestrado em Biotecnologia Pag 74 de 7

12 (Cd)inicial=2mg/l (Cd)/(Cd),9,8,7,6,5,4,3,2, Tempo (min) Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 2mg/l (Cd)inicial=28mg/l (Cd)/(Cd),9,8,7,6,5,4,3,2, Mestrado em Biotecnologia Pag 75 de 7

13 Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 28mg/l (Cd)inicial=48mg/l (Cd)/(Cd),9,8,7,6,5,4,3,2, Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 48mg/l (Cd)inicial=95mg/l (Cd)/(Cd),9,8,7,6,5,4,3,2, Tempo (min) Mestrado em Biotecnologia Pag 76 de 7

14 Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 95mg/l As figuras anteriores permitem afirmar que embora a superfície não seja um factor muito determinante, se conseguem obter resultados ligeiramente melhores com o carvão activado tratado com peróxido de hidrogénio sobretudo no período pré -saturação. O facto do ião cádmio se apresentar na forma catiónica poderá estar na origem destes resultados pois a maior incidência de grupos ácidos presentes no carvão tratado com não lhe é favorável. Com o carvão tratado com peróxido de hidrogénio o ponto de equilíbrio é atingido quando a concentração de saída do sistema é cerca de 8-9% da concentração de entrada, para as concentrações iniciais de 5mg/l, 28mg/l e 95mg/l de cádmio. As figuras constantes do ponto 2.2.3, Capítulo III, mostram uma fase inicial de remoção muito elevada, durante a primeira hora do ensaio experimental, seguida de um decréscimo acentuado. A duração da fase de elevada remoção diminui com o aumento da concentração de cádmio. Os valores de uptake são de ordem de grandeza bastante inferior aos obtidos para outros metais, não ultrapassando os mgcd/ggac, para uma concentração inicial de cádmio de 28 mg/l e para o carvão tratado com peróxido de hidrogénio e de 8 mgcd/ggac, para a mesma concentração e para o carvão tratado com. Após um dia de ensaio experimental conseguem-se taxas de remoção de 3% ( carvão tratado com ) e de 5% (carvão tratado com ). Apesar destes valores serem relativamente baixos, constituem um óptimo de biossorção para este metal. A carga negativa das células poderia constituir um factor favorável para a biossorção do cádmio nesta forma iónica, como tal não se verifica, depreende-se que o efeito tóxico exercido pelo cádmio sobre as células bacterianas seja bastante acentuado. As figuras seguintes pretendem ilustrar a influência do suporte nas taxas de remoção. Os dois carvões estudados apresentam resultados muito semelhantes, verificando-se apenas e como já Mestrado em Biotecnologia Pag 77 de 7

15 foi referido anteriormente, um comportamento ligeiramente melhor para o carvão tratado com e para uma concentração inicial de cádmio de 28 mg/l. (Cd)inicial=5mg/l %Remoção Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 5mg/l (Cd)inicial=2mg/l %Remoção Mestrado em Biotecnologia Pag 78 de 7

16 Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 2mg/l (Cd)inicial=28mg/l %Remoção Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 28mg/l (Cd)inicial=48mg/l %Remoção Mestrado em Biotecnologia Pag 79 de

17 Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 48mg/l (Cd)inicial=95mg/l %Remoção Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 95mg/l Para a concentração de 2 mg/l é atingido um valor de percentagem de remoção de % após horas de funcionamento do sistema, o que ultrapassa largamente o tempo de retenção na coluna que é de cerca de 2 minutos. A diferença acentuada existente entre o comportamento observado para os dois suportes e para a concentração inicial de cádmio de 28 mg/l, concentração que como já foi dito anteriormente Mestrado em Biotecnologia Pag 8 de 7

18 parece estar na zona óptima, poderá estar relacionada com uma maior afinidade do ião cádmio com os grupos existentes à superfície do carvão tratado com peróxido de hidrogénio. Wallis e Costley (2) utilizando um sistema de lamas activadas com um tempo de retenção de 24 h, obtiveram percentagens de remoção na ordem dos 2% (após dia de contacto e para uma concentração inicial de mg/l). Estes autores afirmam ainda ser o tempo de retenção hidráulico uma das variáveis a ter em conta num processo de remoção de metais pesados, tendo obtido melhores resultados para tempos de retenção elevados (? 2 horas). Estudos efectuados por Volesky (994), permitiram chegar a valores de uptake de 7 mgcd/gbiomassa, para uma concentração inicial de 2 mg/l, utilizando Saccharomyces cerevisiae na fase exponencial de crescimento. A utilização de células da mesma espécie mas noutras fases de crescimento levou à obtenção de valores mais baixos de uptake, sugerindo que a idade das células é um factor determinante no processo de biossorção. Esta teoria é reforçada pelos estudos desenvolvidos por Gasbarro et al. (997) utilizando Arthrobacter sp., os quais afirmam que a diferença verificada na capacidade de biossorção desta bactéria pode estar associada com mudanças morfológicas exibidas pela bactéria durante o seu ciclo de vida Biossorção do chumbo A análise das figuras e , do Capítulo III, sugere os comentários seguintes: para uma concentração de 65mg/l de chumbo, verifica-se que, tal como para o crómio e o cádmio, existe uma elevada retenção inicial, devido eventualmente aos mesmos factores referidos para os outros metais. Para concentrações inferiores ocorre um fenómeno diferente dos obtidos com os outros metais, ou seja, após uma fase inicial que corresponde a uma elevada remoção seguese uma fase de decréscimo, para logo se retomar valores mais elevados. Uma possível explicação para este fenómeno poderá ser um efeito de retenção em duas fases, uma da responsabilidade da estrutura exterior do biossorvente e, após saturação dos sítios de ligação exteriores, retenção em zonas mais interiores do sistema ( talvez por retenção no carvão activado). Outra das explicações possíveis poderá ser um fenómeno de dessorção espontânea, Mestrado em Biotecnologia Pag 8 de 7

19 seguido do recomeço do processo de biossorção por ocupação dos sítios de ligação entretanto vagos. Tal como já foi referido anteriormente, estudos efectuados por Avery e Tobin (992) permitem afirmar que a capacidade de adsorção aumenta com o peso atómico do elemento. Como o chumbo é, de entre os metais estudados, aquele que apresenta um peso atómico mais elevado são de esperar bons resultados de biossorção. O facto de na zona de ph utilizada, entre 4 e 5, o chumbo se encontrar na forma catiónica é mais um dos factores favorável à biossorção do chumbo (afinidade para com a carga aniónica das células). Para a mais alta concentração estudada o equilíbrio é obtido logo nos minutos iniciais e atinge a saturação do sistema (Pb/Pb =). Para concentrações mais baixas é muito difícil de prever quando é que o equilíbrio é atingido. Para tirar conclusões sobre o assunto seria necessário efectuar estudos com duração mais longa. As figuras seguintes permitem-nos avaliar a influência do suporte no processo de biossorção. São apresentadas as curvas de biossorção para dois suportes distintos que diferem no tratamento dado à superfície dos mesmos e para concentrações iniciais de chumbo que variam de 8 mg/l até 65 mg/l. Os ensaios tiveram uma duração média de cerca de,5 dias. A análise das curvas de biossorção permite fazer os seguintes comentários: para a concentração mais elevada (65 mg/l) verifica-se que, como já foi referido, é atingida a saturação do sistema para os dois suportes utilizados. Tal facto poderá dever-se ao possível efeito xenobiótico que esta alta concentração de chumbo provoca nas células bacterianas. Para a concentração inicial de chumbo de 85 mg/l, o equilíbrio é atingido após 2.5 horas de ensaio experimental sendo nesse ponto o valor da concentração de saída de chumbo cerca de 9% da concentração de entrada. Para uma concentração inicial de 3 mg/l verifica-se um comportamento mais favorável para o carvão tratado com ácido nitrico, esta tendência é contrariada para as concentrações mais baixas (7 mg/l e 8 mg/l), nas quais se verifica um melhor comportamento por parte do carvão tratado com peróxido de hidrogénio. Este melhor comportamento poderá ser justificado pela menor presença de grupos carboxílicos na superfície deste tipo de carvão. Mestrado em Biotecnologia Pag 82 de 7

20 (Pb)inicial=8mg/l (Pb)/(Pb),,9,8,7,6,5,4,3,2,, Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 8mg/l (Pb)inicial=7mg/l,9,8,7,6,5,4 Mestrado em Biotecnologia,3 Pag 83 de 7 (Pb)/(Pb),2,

21 Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 7mg/l (Pb)inicial=3mg/l (Pb)/(Pb),9,8,7,6,5,4,3,2, Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 3mg/l (Pb)inicial=85mg/l (Pb)/(Pb),9,8,7,6,5,4,3 Mestrado em Biotecnologia Pag 84 de 7,2,

22 Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 85mg/l (Pb)inicial=65mg/l (Pb)/(Pb),9,8,7,6,5,4,3,2, Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 65mg/l As figuras apresentadas no ponto 2.3.3, do Capítulo III, permitem confirmar o que já foi discutido anteriormente, ou seja, taxas de remoção elevad as na fase inicial para altas concentrações de chumbo e taxas de remoção oscilantes para as outras concentrações estudadas. Os valores de uptake não são muito conclusivos pois não obedecem ao teoricamente esperado, que seria um aumento dos valores com o aumento das concentrações estudadas. Assim, por exemplo para o Mestrado em Biotecnologia Pag 85 de 7

23 carvão tratado com consegue -se um uptake de 36,7 mgpb/ggac para a concentração mais baixa (8 mg/l) e um uptake de 5,4 mgpb/ggac para a concentração mais elevada (65 mg/l). Estudos efectuados por Gasbarro et al. (997), utilizando Arthrobacter sp. livres, permitiram chegar a valores de uptake da ordem dos 3mg/g (para uma concentração inicial de 25 mg/l de chumbo), valores que se revelam superiores aos obtidos neste trabalho. Estes autores afirmam ainda que a concentração da biomassa parece influenciar fortemente os valores de uptake. Ozcengiz et al. (2), num estudo realizado com Phanerochaete chrysosporium chegou a valores de capacidade de biossorção de 9 mg/gpeso seco e 2 mg/gpeso seco, para respectivamente células vivas e células mortas (concentração inicial de mg/l). A utilização de células mortas evita que o efeito tóxico do metal para com as células afecte o processo de biossorção. As figuras seguintes pretendem ilustrar a influência do suporte nas taxas de remoção. Para a mais baixa concentração inicial testada (8 mg/l) as taxas de remoção vão diminuindo ao longo do primeiro dia do ensaio experimental, para ambos os suportes utilizados. Após este primeiro dia de ensaio a capacidade de remoção sofre um acentuado aumento ( de % de remoção para cerca de 8%, no caso do carvão tratado com e de 25% de remoção para 8%, no caso do carvão tratado com ) para de seguida decrescer novamente. Este pico de remoção elevada ao fim do primeiro dia de ensaio também está presente para as concentrações iniciais de 3 mg/l, 85 mg/l e 65 mg/l, embora de amplitude mais reduzida à medida que se aumenta a concentração inicial de metal (até 35% para uma concentração inicial de 3 mg/l, até 2% para uma concentração inicial de 85 mg/l e até 5% para uma concentração inicial de 65 mg/l). Para a concentração inicial de chumbo de 7 mg/l verifica-se que a capacidade de remoção decresce nas primeiras 8 horas de ensaio tendo neste ponto o seu primeiro pico de remoções elevadas e conseguindo-se assim maiores taxas de remoção por um período de tempo mais longo. Para esta concentração, o carvão tratado com peróxido de hidrogénio apresenta um comportamento claramente superior ao do outro carvão tend o-se obtido taxas de remoção que vão de 4% a 9%. Tal como já foi afirmado anteriormente a melhoria de comportamento verificado com este tipo de carvão prende-se com a maior afinidade do catião chumbo com a superfície menos ácida do carvão tratado com. Mestrado em Biotecnologia Pag 86 de 7

24 (Pb)inicial=8mg/l %Remoção Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 8mg/l (Pb)inicial=7mg/l %remoção Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 7mg/l (Pb)inicial=3mg/l 9 Mestrado em Biotecnologia 8 Pag 87 de 7 7 o

25 Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 3mg/l (Pb)inicial=85mg/l 2 %remoção Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 85mg/l (Pb)inicial=65mg/l 9 Mestrado em Biotecnologia Pag 88 de 7 8 7

26 Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 65mg/l 2.4- Biossorção do ferro A observação das figuras e , do Capítulo III, sugere os mesmos comentários efectuados para o chumbo, ou seja, para a concentração de ferro mais alta, entre as estudadas, verifica-se que existe uma elevada retenção inicial, devido eventualmente aos mesmos factores referidos para os outros metais. Para concentrações inferiores ocorre o mesmo fenómeno obtido para o chumbo, eventualmente pelas mesmas razões apontadas para aquele outro metal. Para a mais alta concentração estudada o equilíbrio é obtido logo ao fim da primeira hora não atingindo no entanto a saturação do sistema (Fe/Fe o? ). Para a concentração imediatamente inferior, verifica-se que apesar de na fase inicial se terem obtido algumas oscilações na concentração normalizada, o equilíbrio é atingido ao fim de 8 horas de ensaio. Para as outras concentrações é muito difícil de prever o equilíbrio sem efectuar estudos mais longos. As figuras seguintes permitem-nos avaliar a influência do suporte no processo de biossorção. São apresentadas as curvas de biossorção para dois suportes distintos que diferem no tratamento dado à superfície dos mesmos e para concentrações iniciais de ferro que variam de 2.5 mg/l até 42 mg/l. Os ensaios tiveram uma duração média de cerca de,5 dias. Mestrado em Biotecnologia Pag 89 de 7

27 O relativamente pequeno raio iónico exibido pelo ião ferro poderá contribuir para um bom desempenho do ferro no processo de biossorção devido a facilidade de difusão do ferro através do biofilme, a esta vantagem poderá somar-se a maior afinidade entre o catião ferro e a estrutura aniónica das células. A análise das figuras permite concluir que o sistema funciona claramente melhor para concentrações baixas de ferro, o que poderá indicar a existência de um óptimo para concentrações entre os 5 mg/l e os mg/l. A influência do suporte na biossorção do ferro não é muito nítida pois conseguiram-se melhores resultados com o carvão tratado com para as concentrações intermédias e com o carvão tratado com para as concentrações extremas. Como já foi referido a presença de grupos carboxílicos favorece a ligação entre o suporte e as bactérias, assim a melhor eficiência do biofilme suportado em carvão activado tratado com é justificada. Para a concentração mais elevada é de supor que o efeito tóxico já se comece a sentir provocando a morte celular e consequente participação do carvão activado no processo de biossorção, o que justifica a maior afinidade do carvão tratado com com o ião ferro. (Fe)inicial=2.5mg/l (Fe)/(Fe),,9,8,7,6,5,4,3,2,, Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 2.5mg/l (Fe)inicial=5mg/l Mestrado em Biotecnologia Pag 9 de 7,9

28 Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 5mg/l (Fe)inicial=mg/l (Fe)/(Fe),9,8,7,6,5,4,3,2, Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de mg/l (Fe)Inicial=2mg/l,9,8 Mestrado em Biotecnologia Pag 9 de 7,7 Fe),6

29 Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 2mg/l (Fe)inicial=42mg/l (Fe)/(Fe),9,8,7,6,5,4,3,2, Figura Comparação entre os dois suportes de carvão utilizados no processo de biossorção para uma concentração inicial de metal de 42mg/l As figuras apresentadas no ponto 2.4.3, do Capítulo III, permitem confirmar o que já foi constatado anteriormente, ou seja, taxas de remoção elevadas na fase inicial para altas concentrações de ferro e taxas de remoção oscilantes para as outras concentrações estudadas, Mestrado em Biotecnologia Pag 92 de 7

30 embora de valores bastante aceitáveis ao longo de todo o ensaio (variando entre os 3 e os 99% para a concentração mais baixa e entre os 3 e os 85% para a concentração de 5 mg/l). Os valores de uptake apresentam-se como teoricamente esperado, ou seja, verifica-se um aumento dos valores de uptake com o aumento das concentrações de ferro estudadas: de 2,5 mgfe/ggac para a concentração de 2,5 mg/l até,3 mgfe/ggac para a concentração de 42 mg/l (carvão tratado com ) e de 3, mgfe/ggac para a concentração de 2,5 mg/l até 2,2 mgfe/ggac para a concentração de 42 mg/l (para o carvão tratado com ). Sakaguchi e Nakajima (2), realizaram um estudo com células de Persimmon tannin imobilizadas em gel de aldeído e gel de persulfato, tendo chegado a valores de remoção de 83-85% com o gel de persulfato e de 55-57% com o gel de aldeido, valores que estão dentro da gama de valores obtidos neste trabalho. O facto de apenas a baixas concentrações iniciais de ferro se verificarem picos de remoção elevada após um dia de funcionamento poderá ter a ver com o facto de a mais altas concentrações de ferro o efeito tóxico deste metal começar a ter algum efeito sobre as células bacterianas, não se obtendo assim percentagem de remoção tão elevadas. As figuras seguintes pretendem ilustrar a influência do suporte nas taxas de remoção. Tal como já foi referido, verificam-se melhores taxas de remoção para o carvão tratado com com as concentrações de 2,5 mg/l e 42 mg/l, sendo que para as outras concentrações estudadas os dois carvões apresentam comportamentos muito próximos. (Fe)inicial=2.5mg/l %Remoção Mestrado em Biotecnologia Pag 93 de 7

31 Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 2.5mg/l (Fe)inicial=5mg/l %Remoção Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 5mg/l (Fe)inicial=mg/l %Remoção Mestrado em Biotecnologia Pag 94 5 de 7 4

32 Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de mg/l (Fe)inicial=2mg/l %Remoção Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 2mg/l (Fe)inicial=42mg/l Remoção Mestrado em Biotecnologia 6 Pag 95 de 7 5 4

33 Figura Comparação entre as percentagens de remoção obtidas para os dois suportes utilizados para uma concentração inicial de 42mg/l Fazendo uma análise global ao comportamento dos quatro metais estudados verifica-se que existem grandes diferenças de comportamento entre os metais crómio e cádmio e os metais chumbo e ferro. Em relação ao cádmio tudo parece apontar para o facto deste metal ser muito tóxico para a bactéria utilizada. O melhor comportamento global verificado para o chumbo e o ferro poderá ser justificado com a possível maior afinidade destes metais para com os sítios de ligação à bactéria. Esta maior afinidade poderá estar relacionada com a atracção exercida pela carga negativa das células bacterianas sobre os catiões ferro e chumbo. O elevado peso atómico do chumbo e o relativamente pequeno raio iónico do ferro contribuem para o seu melhor desempenho. A tabela seguinte mostra os valores de uptake e percentagem de remoção, após um dia de funcionamento do sistema, para os quatro metais estudados e para as dois suportes utilizados. Verifica-se que as melhores taxas de remoção se verificam para as mais baixas concentrações iniciais de metal e que se obtém melhores resultados para os metais chumbo e ferro. Veglió et al. (2), referem que as bactérias do género Arthrobacter não apresentam uma elevada capacidade de uptake, o que poderá justificar os baixos valores de uptake, de um modo global, obtidos neste estudo. Mestrado em Biotecnologia Pag 96 de 7

34 Tabela 2.- Valores de uptake (mgmetal/ggac) e percentagens de remoção para os quatro metais estudados e para os dois diferentes suportes Metal Concentração (mg/l) Uptake Uptake %Remoção* %Remoção (mgmetal/ggac) (mgmetal/ggac) () * () () () Crómio 4 2,2,7 42,3 3,9 Crómio 5,7 8,5 28, 35,3 Crómio 22 4,,3 8,3 3,8 Crómio 35 2,7 52,5 8, 9,8 Crómio 77 3, 9,5 5,2,3 Cádmio 5 2,5 2,4 7,3 9,8 Cádmio 2 3,2 4,2 2, 6,8 Cádmio 28,4 7,9 5, 3, Cádmio 48 3,9 3,3,2 2,2 Cádmio 95 6,3 9,8,8 3,6 Chumbo 8 6,7 36,7 77,9 79,3 Chumbo 7 6,7 6,2 8,8 36,7 Chumbo 3 5,3 2,7 3,5 38,6 Chumbo 85 27, 22,5 2,5 3,2 Chumbo 65 7,9 5,4 3,4 2, Ferro 2,5 2,5 3, 46,6 86,6 Ferro 5 4,4,7 45,2 38,8 Ferro 4,6 4,,3 3,3 Ferro 2 7,2 4,9 9,7 6,2 Ferro 42,3 2,2 2, 2, *Percentagem de remoção após um dia de funcionamento Mestrado em Biotecnologia Pag 97 de 7