DESSORÇÃO DE NÍQUEL DA BIOMASSA SARGASSUM FILIPENDULA EM COLUNA DE LEITO FIXO

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1 DESSORÇÃO DE NÍQUEL DA BIOMASSA SARGASSUM FILIPENDULA EM COLUNA DE LEITO FIXO Jeferson S. Oliveira, Maurício M. Câmara, Eneida Sala Cossich, Célia Regina Granhen Tavares Bolsista de iniciação Científica PIBIC/CNPQ/UEM, discente do curso de Engenharia Química Professora da Universidade Estadual de Maringá, Departamento de Engenharia Química da Universidade Estadual de Maringá. Av Colombo, 90, Bloco D90, jardim universitário, Maringá -PR, CEP RESUMO - O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a dessorção do níquel da biomassa Sargassum filipeula por meio dos eluentes H SO (0,M) e MgSO (,%, ph ) em coluna de leito fixo. Foram realizados 0 ciclos consecutivos de biossorção-dessorção. A biossorção foi realizada pela passagem de uma solução conteo níquel pela biomassa até sua saturação. A dessorção do metal retido pela biomassa foi efetuada por meio da recirculação de eluente pela coluna. Amostras foram coletadas em intervalos de tempos pré-determinados para análise de níquel em espectrofotômetro de absorção atômica. Os resultados obtidos mostraram que a dessorção foi eficiente (acima de 9%). Contudo, observou-se uma redução gradativa da capacidade de biossorção da biomassa a cada ciclo. Este efeito foi mais pronunciado do primeiro para o seguo ciclo e quao se utilizou o eluente H SO 0, M. O uso do H SO 0, M apesar de ter sido mais eficiente na dessorção do níquel (média de eficiência de 9,%) provocou maiores danos à biomassa. Apesar disso, a reutilização da biomassa pode se apresentar como uma alternativa no tratamento de efluentes, uma vez que dispensa trocas sucessivas de biomassa, reduzio o custo com o biossorvente, além de diminuir a quantidade de resíduos gerados. Palavras-Chave: dessorção, níquel, coluna de leito fixo. INTRODUÇÃO A ação humana provoca graes alterações no ambiente, seja de forma positiva ou negativa. O crescente consumo, produção e exploração de matérias-primas, como fósseis e minerais, associado ao crescimento da população nas últimas décadas têm causado uma série de graves problemas ambientais em função da geração de resíduos. A poluição química talvez seja um dos tipos mais graves de contaminação da água. Dentre os vários agentes contaminantes, o despejo de compostos orgânicos e minerais pode causar variações danosas na acidez ou alcalinidade, na salinidade e na toxicidade das águas. Uma classe particularmente perigosa de compostos é a dos metais pesados (Cu, Zn, Pb, Cr, Cd,Hg, Ni e Fe), pois muitos deles estão ligados à alterações degenerativas do sistema nervoso central, uma vez que não são metabolizados pelos organismos, produzio, assim, o efeito de bioacumulação. Os efluentes que contêm metais podem ser provenientes de diversos tipos de iústrias, tais como fábricas de papel, iústrias petroquímicas, fábricas de reagentes inorgânicos e fertilizantes, refino de petróleo, fuições que trabalham com aço e metais, fábrica de produtos têxteis, curtimento de couro, entre outras, que possuem em seus efluentes metais tóxicos como o cádmio, cromo, cobre, ferro, níquel e zinco. Essas iústrias produzem graes volumes de efluentes que requerem tratamentos eficientes e de baixo custo (Seollato et al., 009). Diversas tecnologias têm sido estudadas para o tratamento dos efluentes e reciclagem das águas. Uma destas tecnologias é a biossorção (captação passiva de íons metálicos por meio de materiais biológicos, biossorvente), que, além de amenizar o problema ambiental, possibilita a recuperação dos metais retidos e a diminuição do consumo de água. Seguo Lodeiro et al. (00), as colunas de leito fixo são uma das configurações mais eficientes para processo contínuos de remoção de metais pesados, permitio melhor aproveitamento do biossorvente. Para aplicação em escala iustrial, o processo de biossorção requer investigações quanto à viabilidade da regeneração (dessorção) do mesmo, pois desta forma, é possível operar as colunas de leito fixo em ciclos (adsorção/dessorção). A dessorção VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica a 0 de julho de 009 Uberlâia, Minas Gerais, Brasil

2 pode ser realizada com o uso de diferentes soluções eluentes (sais, ácidos, bases). Diversos estudos têm sido realizados com inúmeras espécies de algas na biossorção de metais pesados; no entanto, o processo de dessorção tem sido pouco estudado. Na dessorção obtém-se uma solução concentrada do metal removido do biossorvente; para se recuperar os metais extraídos da fase líquida é necessário que se efetue a retirada destes do material biossorvente, possibilitao sua utilização em outro ciclo de biossorção (Volesky, 00). A dessorção de metais pesados de biossorventes pode ser alcançada utilizao vários agentes eluentes. Entretanto, estes eluentes interagem diferentemente com a biomassa carregada de metal, resultao em diferentes porcentagens de recuperação (Suhasinia et al., 999). Assim, este projeto visou o estudo do processo de dessorção do níquel da alga Sargassum filipeula, bem como verificar a reutilização da biomassa. MATERIAIS E MÉTODOS Biomassa A biomassa utilizada foi a alga marinha Sargassum filipeula. A biomassa foi lavada com água de torneira e com água desionizada, seca a 0ºC por horas e em seguida triturada em liquidificador doméstico. A biomassa moída foi separada por meio de peneiras da série Tyler e a fração de algas retida entre as peneiras de mesh e 9, correspoente a um diâmetro médio de, mm, foi armazenada em um recipiente plástico e conservada em temperatura ambiente para posterior utilização nos experimentos. Solução de níquel, soluções eluentes e efluente real A solução de níquel utilizada na biossorção foi preparada a partir do cloreto de níquel. As soluções eluentes utilizadas foram H SO (0,M) e MgSO (,%, ph ). O efluente real foi coletado em uma iústria de galvanoplastia da região de Maringá PR. Preparação e Operação da Coluna Os ensaios foram realizados em coluna de aço inoxidável, encamisada, com, cm de diâmetro interno e 0 cm de altura. A coluna foi preenchida com aproximadamente g de alga (base seca). A Figura apresenta o esquema do aparato experimental utilizado. -Banho termostático -Tanque de alimentação - Coletor de amostra -Termopar - Iicador de temperatura - Coluna - Bomba peristáltica - Controlador de vazão Figura Esquema do módulo experimental Após a saturação da biomassa com o metal, a alimentação com a solução metálica foi interrompida e a biomassa foi então lavada com água por horas para prepará-la para a dessorção. A dessorção do metal retido foi realizada por meio da recirculação de 0 ml da solução eluente, a uma vazão de ml/min, por horas (determinado em ensaios preliminares). Amostras foram coletadas em intervalos de tempo pré-estabelecidos para posterior análise de níquel em espectrofotômetro de absorção atômica. A massa de metal removida, m d, foi calculada por meio da Equação : m E d = Q C dt = VF C f () A eficiência, E, foi calculada por meio da Equação : md E (%) = 00 m ad () em que Q é a vazão volumétrica do eluente (ml.min - ); V F é o volume da solução eluente utilizada (L); C E f é a concentração de metal na solução eluente ao final da recirculação (mg.l - ); m d é a massa de metal dessorvida (g); m ad é a massa de metal adsorvida (g). Ao final da dessorção a biomassa foi lavada até que o ph da água de lavagem atingisse o valor de, (coição para outro ciclo de biossorção). Esse procedimento foi repetido por 0 vezes consecutivas.

3 Depois de realizados os testes com efluente sintético foram realizados 0 ciclos de biossorção-dessorção com o efluente real. O primeiro ciclo de biossorção foi realizado com a mesma quantidade de biomassa e nas mesmas coições de temperatura e ph utilizadas para os ensaios com efluente sintético. O efluente coletado na saída da coluna era estocado enquanto era realizado o ciclo de dessorção. O efluente estocado era submetido a um novo processo de biossorção com a biomassa regenerada no processo de dessorção. Este procedimento foi repetido por vários ciclos, até que a concentração do efluente atingisse o limite estabelecido pela legislação ou até que o biossorvente não apresentasse capacidade de biossorção satisfatória (estipulou-se umvalor de mínimo de 0 mg.g - ). RESULTADOS E DISCUSSÃO As Figuras e apresentam as curvas de dessorção do níquel nos dez ciclos realizados. Estas curvas mostram a concentração de níquel na solução eluente que circulava pela coluna ao longo do tempo. Figura Curvas de Dessorção do Níquel com H SO (0,M) Figura Curvas de Dessorção do Níquel com MgSO (,% ph ) A análise das curvas de dessorção permite concluir que o equilíbrio da dessorção ocorre em torno de 00 minutos, embora a maior parte de metal tenha sido dessorvido em cerca de 0 minutos de contato. Pode-se verificar aia que houve uma diminuição da quantidade de metal dessorvida a cada ciclo, iicao um decréscimo da capacidade de biossorção da biomassa a cada ciclo de operação. Este efeito foi mais pronunciado do primeiro para o seguo ciclo, e para o sistema que operou com o eluente H SO 0, M. Estes resultados estão quantificados nas Tabelas e, que mostram a quantidade de metal biossorvida, bem como a eficiência de dessorção, em cada ciclo de operação. Tabela - Eficiência de dessorção do Níquel com H SO 0,M ciclo m ad (mg) m d (mg) E(%),, 9,,, 9,9, 0, 9,,, 9,,, 9,,0 9, 9, 0,9, 9,,0 0, 9, 9 0, 0, 9, 0 0, 99, 9, Tabela Eficiência de Dessorção do Níquel com MgSO,% (ph ) ciclo m ad (mg) m d (mg) E(%),, 9,,,9 9,, 0,0 9,,,0 9,,, 9, 9,, 9,,, 9,, 0, ,, 9,9 0, 0,, Com os resultados apresentados na Tabela pode-se verificar que ambos os eluentes utilizados foram eficientes na dessorção do níquel, com eficiências médias de 9,% e 9,0% para as soluções de H SO 0, M e MgSO,%, respectivamente. A perda de capacidade de biossorção

4 quao se utilizou a solução de H SO 0, M foi de cerca de %, seo que do primeiro para o seguo ciclo a redução atingiu cerca de %. Quao se utilizou a solução de MgSO,% a redução total foi de cerca de %, com cerca de % do primeiro para o seguo ciclo. Depois de realizados os ensaios com solução de níquel sintética, foram realizados ensaios com um efluente real. A Tabela apresenta a caracterização deste efluente, gerado após o processo de niquelagem, submetido à precipitação química realizada no laboratório. Tabela Caracterização do Efluente Real Concentração Parâmetro (mg/l, exceto ph) ph,9 Materiais sedimentáveis 0, Óleos e graxas,0 DQO Níquel, Cobre, Ferro,0 Alumínio, Zinco, Cianeto, Bário Cádmio Chumbo Cromo Fenol total Sulfeto Cloreto Verifica-se que mesmo depois da precipitação química, vários parâmetros estão acima do limite estabelecido pela Resolução nº do CONAMA para lançamento de efluentes iustriais. Dentre os parâmetros analisados destaca-se, além da concentração de níquel, a concentração de cobre. Nas Tabelas e estão apresentados os resultados obtidos com o efluente real para os eluentes H SO (0,M) e MgSO,% (ph ), respectivamente. Tabela Eficiência de Dessorção do Níquel (Efluente Real) com H SO (0,M) ciclo 9 0 Final C alimentação (mg/l) m ad (mg) E (%),,9 9, 9,, 9,,, 9,0,0, 9,9, 9, 9,,, 9,,, 9, 0, 9, 9,,0, 9,0,, 9,9, Tabela Dessorção do Níquel (Efluente Real) com MgSO,% (ph ) ciclo 9 0 Final C alimentação (mg/l) m ad (mg) E (%),,9 9, 9, 9, 9,9,, 9,,0 9, 9, 0, 0, 9,,, 9,, 9,9 9,0, 9,,, 9,,,0 9,, A eficiência média de dessorção do níquel manteve-se acima dos 9%, no mesmo nível dos experimentos realizados com o efluente sintético, iicao que o processo de dessorção não foi prejudicado pelos contaminantes presentes no efluente real. Verifica-se aia que o processo que utilizou o eluente MgSO,% (ph ) na dessorção foi capaz de reduzir a concentração de níquel para o valor imposto pela legislação ( mg.l - ). Com relação ao sistema em que se utilizou o eluente H SO (0, M), verifica-se que o mesmo, apesar de ter sido eficiente na remoção de metal da biomassa, causou maiores danos à mesma, uma vez que ao final dos dez ciclos o efluente aia não atingia o padrão de lançamento, mesmo comportamento observado nos experimentos com efluente sintético.

5 CONCLUSÕES A eficiência dessorção do níquel da biomassa Sargassum filipeula foi bastante elevada, superior a 9%, mostrao que a biomassa pode ser reutilizada no processo, uma vez que apresentou, mesmo depois de dez ciclos, alta capacidade de biossorção. A regeneração da biomassa utilizada na biossorção de metais por meio do uso de soluções eluentes adequadas pode se apresentar como uma excelente alternativa no tratamento de efluentes, uma vez que dispensa trocas sucessivas de biomassa e diminui a quantidade de resíduos gerados. No sistema estudado, a solução de MgSO (,% ph ) pode ser considerada mais vantajosa na dessorção do níquel, pois o seu uso resultou num menor dano à biomassa sem comprometer a eficiência da dessorção do metal. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS LODEIRO, P., Herrero, R., Sastre de Vicente, M.E. 00. Batch desorption studies a multiple sorption-regeneration cycles in a fixed-bed column for Cd(II) elimination by protonaded Sargassum muticum, Journal of Hazardous Materials, v., pp. 9-. SEOLLATO, A. A.; TAVARES C. R. G.;COSSICH, E. S.; SILVA E. A.; GUEDES, T. A. Planejamento experimental e estatístico para a otimização das coições e batelada de dessorção de níquel da alga marinha Sargassum filipeula, Acta Scientiarum. Technology, Vol., No (009) P.0 SUHASINIA, I. P.; SRIRAM, G.; ASOLEKAR, S. R. Biosorptive removal a recovery of cobalt from aqueous systems. Process Biochemistry, v., n., p. 9-, 999. VOLESKY, B. Detoxification of metal-bearing effluents: biosorption for the next century. Hydrometallurgy, v. 9, n., p. 0-, 00. AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus; à professora doutora Eeida Sala Cossich; à professora doutora Araceli Aparecida Seolatto; ao meu grae amigo Maurício Melo Câmara; ao CNPq pelo apoio financeiro