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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-03092020-110012
Documento
Autor
Nome completo
Diego Armando Santos Alves
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Baltazar, Marcela dos Passos Galluzzi (Presidente)
Avanzi, Ingrid Regina
Gimenes, Luciana Jandelli
Título em português
Estudo dos processos de biossorção e dessorção de íons metálicos de Cu2+ e Zn2+ em solução sintética através de coluna de leito fixo.
Palavras-chave em português
Adsorção
Biorremediação
Consórcio microbiológico
Eluição ácida.
Isotermas
Resumo em português
Os recursos hídricos propícios ao consumo humano vêm sofrendo com diversos casos de contaminação e desperdício ano após ano. Muitas dessas contaminações são originárias de processos industriais e de mineração, os quais têm uma participação negativa no meio ambiente através de efluentes e rejeitos contendo metais tóxicos. Motivando a indústria da mineração a investir em novas tecnologias práticas e economicamente viáveis para que possa reaproveitar o metal residual nos rejeitos, devolver ao meio ambiente uma água de melhor qualidade e que atenda as condições legais de despejo. A adsorção por biomassa vem se revelando uma boa forma de diminuir o teor de metais nesses efluentes de forma eficiente e acessível. O objetivo deste trabalho foi estudar o processo de biossorção e recuperação de íons de zinco e cobre de uma solução sintética, usando coluna de leito fixo e utilização de biomassa proveniente de consórcio de micro-organismos inativos do solo da cidade de CubatãoSP. O consórcio foi cultivado em meio de cultura LB a agitação e temperatura controlada, com o crescimento microbiológico o consórcio foi separado do meio e submetido ao processo de liofilização, concomitante a isso colônias de duas das possíveis bactérias presentes no consórcio foram isoladas e identificadas por técnica de MALDI-TOF. Após isso a biomassa liofilizada foi empregada em ensaios numa coluna de leito fixo com a passagem de soluções metálicas. Nesta etapa foram realizados ensaios com o bombeamento de 20 mL das soluções sintéticas monoelementar contendo os metais cobre e zinco, separadamente, com concentrações variando de 10 a 175 mg/L e a massa de biossorvente variando entre 0,5 g a 1 g, desse modo avaliou-se a influência dessas variáveis na biossorção. Posterior a etapa de biossorção foram bombeadas soluções 0,2 M de ácido clorídrico e ácido nítrico para determinar o melhor agente eluente na dessorção dos íons. Ensaios comparativos da etapa de adsorção com carvão ativado também foram realizados. Para a determinação da eficácia do processo, as soluções obtidas após passagem pela coluna foram analisadas para determinação da concentração dos metais estudados por técnica de espectroscopia de emissão atômica (ICP-OES). Os modelos de isotermas de Langmuir e Freundlich foram aplicados para determinar o comportamento do fenômeno da adsorção. Foi constatado que ambos os metais acompanham o modelo de Langmuir de adsorção. Através dos resultados obtidos, foi possível identificar as bactérias isoladas a partir do consórcio, sendo elas Enterococcus faecalis e Pseudomonas aeruginosa. Os dados do processo analisados indicaram as melhores taxas de remoção para o Zn2+ e Cu2+ de 89% e 82% respectivamente, ambos os resultados foram obtidos com soluções metálicas com concentração de 10 mg/L em contato com 1 g de biossorvente e capacidade teórica de remoção máxima de 200 mg de Zn2+ por grama de biomassa e de 164 mg de Cu2+ por grama de biomassa, nas mesmas condições. Já na recuperação do metal a porcentagem de eficácia ficou na faixa de 95% para o zinco e de 82% para o cobre com uso da solução de ácido nítrico, também na condição de 10 mg/L de íons metálicos e 1 g de biossorvente. Foi constatado que o carvão ativado obteve melhor desempenho para adsorver íons de cobre e a biomassa sobressaiu quando utilizada em contato com íons de zinco.
Título em inglês
Study of biosorption and desorption processes of Cu2 and Zn2+ metalic ions in synthetic solution using a fixed bed column.
Palavras-chave em inglês
Acid elution
Adsorpti
Bioremediation
Isotherms
Microbial consortium
Resumo em inglês
The hydric sources suitable to human consumption have been suffering several contamination and waste cases, year after year. Many of these contaminations originate from industrial processes and mining, which have a negative participation in the environment through effluents containing toxic metals. The mining industry has invested in new practical and economically viable technologies, so that it can reuse the waste metal in the mining tailings and also return to the environment better quality water that meets the legal conditions of disposal. The adsorption by biomass has been revealed as a way to decrease the metal content in these effluents in an efficient and affordable manner. This work had the purpose to study the process of biosorption and recovery of zinc and copper ions from synthetic effluents in bed fixed column, using biomass from inactive soil microbial consortium from Cubatão-SP. The consortium was cultivated in controlled temperature and agitation, lyophilized and two of the possible microorganisms present in the consortium were isolated and identified by MALDI-TOF technique. The experiments were performed with the pumping of 20 mL of the monoelemental synthetic solutions containing the copper and zinc metals separately, with concentrations ranging from 10 to 175 mg / L and the biosorbent mass ranging from 0.5 g to 1 g. After the biosorption step 0.2 M solutions of hydrochloric acid and nitric acid were pumped to determine the best eluting agent in desorption of ions. Comparative adsoption tests between activated carbon and the biomass were also performed. To determine the process effectiveness, the solution obtained after the passage through the column, was analyzed determining the concentration of metals studied by atomic emission spectroscopy technique (ICP-OES). The Langmuir and Freundlich models were applied to determine the phenomenon behavior. It was found that the process for both metals follow the Langmuir adsorption model, the presence of biopolymers on the surface of the biosorbent was identified. It was possible to identify the bacteria isolated from the consortium, namely Enterococcus faecalis and Pseudomonas aeruginosa. With the process reaching maximum removal efficiency for ions of zinc and ions of copper of 89% and 82% respectively, in a condition of 10 mg/L of metalic ions and 1 g of biosorbent for both cases. The maximum theoretical uptake capacity found for zinc per unit of biomass was 200 mg/g and for copper 164 mg/g. In the recovery of the metal, the percentage of effectiveness was in the range of 95% for zinc and 82% for copper under the same optimum conditions of adsorption tests (10 mg/L Cu2+/Zn2+ and 1 g of biosorbent). Activated charcoal was found to perform better for adsorbing copper ions and biomass excelled when used in contact with zinc ions.
 
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Data de Publicação
2020-09-22
 
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