LIXIVIAÇÃO DA PIRITA COM BACTÉRIAS DO GENERO

LIXIVIAÇÃO DA PIRITA COM BACTÉRIAS DO GENERO Acidithiobacillus,
EM BIO-REATOR CONTROLADO: NOVAS PERSPECTIVAS.
Acadêmicas: Deise Parolo Tramontin; Juliana Pavei Pizzolo;
Jussara Pavei Pizzolo;
Orientadores: Cláudio Ricken; Michael Peterson;
Objetivos
• Este estudo tem por objetivo a recuperação da pirita, um rejeito do
beneficiamento do carvão;
• Avaliar e estudar as suas transformações no decorrer do processo,
utilizando a lixiviação com as bactéria;
• Amenizar o impacto ambiental e obter produtos com maior valor
agregado (sulfatos metálicos, ácido sulfúrico, enxofre) por um custo
relativamente viável;
• Conhecer melhor os processos bacterianos e estudar novas rotas
biotecnológicas;
Introdução
• O carvão mineral é a principal fonte de energia não renovável do
país, sendo que as maiores reservas estão localizadas no Rio grande
do Sul, Santa Catarina e Paraná;
• Desenvolvimento econômico e transformação ambiental;
• Resíduos Sólidos e consequências ao meio ambiente.
Mecanismo Químico da Drenagem Ácida de Mina (DAM)
• FeS2(s) + 7/2 O2(g) + H2O(l)  Fe++ (aq) + 2SO4-(aq) + 2H+ (aq)
(1)
• Fe++(aq) + ¼ O2(g) + 2H+(aq)  Fe+++(aq) + H2O(l)
(2)
• Fe+++(aq) + 3H2O(l)  Fe(OH)3 + 3H+(aq)
(3)
• 4FeS2(s) + 15O2(g) + 14 H2O (l)  4Fe(OH)3 (s) + 8SO4 -- (aq) + 16 H+ (aq) (4)
Pirita e formas de Oxidação
• A pirita é o nome comum do dissulfeto de ferro (FeS2), mineral
sulfetado, polimorfo, associado ao carvão;
• A biodessulfurização da pirita é consequência da ação oxidativa
(direta ou indireta) de bactérias do gênero Acidithiobacillus, que
“transformam” sulfetos insolúveis em sulfatos solúveis;
• Remoção de 90 à 98% do enxofre presente no carvão mineral,
ricos em sulfetos metálicos.
Acidithiobacillus ferrooxidans / Acidithiobacillus thiooxidans
• Responsáveis pela oxidação da pirita sob condições mesofílicas;
• Metabolismo diazotrófico, estritamente autotrófico e quimiolitotrófico;
• Capacidade de se desenvolver tanto em condições aeróbias quanto
anaeróbias.
Mecanismos de reação
• Acidithiobacillus ferroxidans
Oxidação Direta:
MS + 2O2  MSO4
Na oxidação direta sobre sulfetos, a estrutura é atacada por meio de
enzimas bacterianas ou contato direto pirita bactéria.
MS é o sulfeto metálico.
Mecanismos de Reação
• Acidithiobacillus ferroxidans
Oxidação Indireta:
FeS2  3,5O2  H 2O  FeSO4  H 2 SO4
2 FeSO4  0,5O2  H 2O  H 2 SO4 Bact

. Fe2 ( SO4 )3  H 2O
FeS2  Fe2 ( SO4 )3  3FeSO4  2S
2S  3O2  2 H 2O  2 H 2 SO4
Metodologia
• Análise quantitativa;
• Avaliação dos pontos ótimos de crescimento e desenvolvimento de
acordo com a literatura;
• Preparação dos meios de cultura;
• Temperaturas;
• Concentração;
• Diluições;
Método Randômico de distribuição
Fonte: Procedimentos de diluição laboratório de microbiologia IPAT/UNESC
Figura 3 – Método Randômico de distribuição.
Análise de condições distintas
Fonte: Autoras
Figura 4 – Pirita/Água - Aberto com
incidência de luz solar.
Fonte: Autoras
Figura 5 - Pirita/Água – Fechado
com incidência de luz solar.
Análise de condições distintas
Fonte: Autoras
Figura 6 – Pirita/Matéria Orgânica,
fechado com incidência de luz solar.
Fonte: Autoras
Figura 7 - Pirita/Matéria orgânica,
aberto com incidência de luz solar.
Análise de condições distintas
Fonte : Autoras
Figura 8 - Pirita/Água, fechado, sombra.
Fonte : Autoras
Figura 9 - Pirita/Água, aberto sombra.
Parâmetros para construção de bio-reator
• Bactéria em estudo;
• Material para construção de bio- reator;
• Substrato anaeróbio de efluente de casca de arroz;
• Oxigenação em meio reacional;
• Temperatura de cultivo;
• Proporções alimentadas;
• Tempo de reação;
Resultados – (Análise Quantitativa)
• Bactérias Sulfato Redutoras
•
Temperatura: 30°C
Apresentaram crescimento de 1,2 x 106 bactérias/ml.
•
Temperatura ambiente (25°C)
Apresentaram crescimento igual 1,3 x 104 bactérias/ml.
Resultados – (Análise Quantitativa)
• Bactérias Ferro Oxidantes
•
Temperatura: 30°C
Apresentaram crescimento maior que 1,6 x 1011 bactérias/ml.
•
Temperatura ambiente (25°C)
As 8 (oito) diluições não apresentaram crescimento.
Resultados – (Análise de Condições distintas)
• As bactérias sulfato redutoras, apresentaram um crescimento maior nas
amostras inoculadas junto ao meio orgânico, sendo que teve-se um melhor
aproveitamento na amostra com incidência de luz solar com 2,9x103
bactérias/ml;
• As bactérias sulfato redutoras inoculadas e mantidas com incidência de
luz solar, tiveram um crescimento intermediário, em torno de 7,8 x101
bactérias/ml;
Resultados – (Análise de Condições distintas)
• As amostras inoculadas e mantidas na sombra tiveram um crescimento
inferior às outras amostras sendo em torno de 2,0 x 101 bactérias/ml;
• As bactérias ferro oxidantes não apresentaram crescimento para
nenhuma das condições.
Criação de Bio-reator
Fonte: Autoras
Figura 10 – Reator Bioquímico
Fonte: Autoras
Figura 11 - Respirador para
Reator bioquímico aeróbio.
Resultados – (Ação Oxidativa em Bio-reator)
• 1º teste: pH inicial do efluente: 7
Tabela 1 - Caracterização do efluente após a retirada do tanque de aeração :
Parâmetros
Resultado
Mínimo
DQO (mg.L-1)
2.901,60
0,5
Ferro Total (mg.L-1)
1,37
0,02
Tabela 2 - Caracterização das amostras após período de reação:
Parâmetros
Amostra 1
Amostra 2
Amostra 3
Ferro Total (mg.L-1)
82,96
3,14
5,74
Massa Inicial (g)
2,5073
2,5047
2,5032
Massa Final (g)
2,1349
2,2321
2,3471
pH
6,6
6,8
5,63
Resultados – (Ação Oxidativa em Bio-reator)
• 1º teste: pH inicial do efluente: 7
Tabela 3 – Caracterização da DQO do efluente após tempo de reação:
Parâmetro
Amostra 1
Amostra 2
DQO (mg.L-1)
1.178,70
211,6
• Pode-se perceber uma redução significativa da DQO do efluente de acordo com
o tempo de reação;
• A quantidade de ferro ´predisposto no efluente é muito pequena com relação
a inicial;
• A redução de massa da pirita pode ser atribuída a perdas durante o processo.
Resultados – (Ação Oxidativa em Bio-reator)
• 2º teste: Acidificação do efluente com H2SO4 – pH inicial do efluente: 5
Tabela 4 - Caracterização do efluente após a retirada do tanque de aeração :
Parâmetro
Amostra 1
Mínimo
DQO (mg.L-1)
2.140,70
0,5
Ferro Total (mg.L-1)
3,14
0,02
Tabela 5 - Caracterização das amostras após período de reação:
Parâmetros
Amostra 1
Amostra 2
Amostra 3
Ferro Total (mg.L-1)
99,70
74,6
306,27
Massa Inicial (g)
2,5039
2,5031
2,5003
Massa Final (g)
1,8575
1,724
1,587
pH
3,75
1,72
2,12
Resultados – (Ação Oxidativa em Bio-reator)
• 2º teste: Acidificação do efluente com H2SO4 – pH inicial do efluente: 5
Tabela 6 - Caracterização da DQO do efluente após tempo de reação
Parâmetro
Amostra 1
Amostra 2
DQO (mg.L-1)
1.630,70
283,5
• Redução significativa da DQO com o decorrer do tempo de reação;
• Redução das massas de pirita alimentadas no bio-reator;
•Quantidade de ferro predisposto no efluente apresenta-se significativa com
relação a inicial.
Considerações Finais
• Resultados preliminares mostraram a possibilidade de criação de um
reator bioquímico para facilitar o estudo desta reação.
• Criação e implementação de bio-reator, mostrando resultados
consideráveis para a oxidação da pirita;
• A adição de ácido sulfúrico e consequente acidificação do meio facilita
o processo de solubilização;
Considerações Finais
• O ferro se “desprende” da pirita e é liberado para o efluente,
ocorrendo redução na massa de pirita em 31,2% na amostra 2 e
36,53% na amostra 3 para o meio acidificado em relação a
alimentação do bio-reator;
• A pirita sendo rejeito de uma atividade econômica importante, deve
ser empregada para a geração de matéria-prima por custo viável.
• Usada de maneira adequada garante a preservação ambiental e o
seu produto pode atender as necessidades em vários campos da
ciência.
Agradecimentos
• Ao orientador deste trabalho Prof. Dr. Michael Peterson.
• Ao PIC, pelo apoio financeiro.
• A UNESC, por ceder os laboratórios e equipamentos.
• Ao grupo de pesquisa Desenvolvimento de Materiais a partir de
resíduos.
Bibliografia
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Acid Mine Drainage (AMD), Molecular Oxidation Mechanisms, Microbial Role, Kinetics,
Control, Ameliorates And Limitations, Microencapsulations. Boca Raton, Florida :
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• KNEGT, Fábio Henrique Pfeilsticker de. Análise da privação de fosfato em Acidithiobacillus
Ferrooxidans. Campinas, 2004. Disponível em : < http://biblioteca.universia.net/ficha.do?id
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• LOWSON, R. T. Aqueous Oxidation of Pyrite by Molecular Oxygen. Chemical Rev. 1982. p. 461.
• LUTHER, G. W. III, Pyrite Oxidation and Reduction: Molecular Orbital Theory Consideration.
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• NASCIMENTO, F. M. F.; MENDONÇA, R. M. G.; MACÊDO, M. I. F.; SOARES, P. S. M. Impactos
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BRASILEIRO DE MINA A CÉU ABERTO 2002 – Belo Horizonte, Anais.
• OLIVEIRA, Débora Monteiro de; SOBRAL, Luiz Gonzaga Santos; PAULA, Mariana Silva de.
Biodessulfurização de Carvão mineral. Duque de Caxias. Disponível em : < http://www.cetem.
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• ZIVKOVIC, Z. D.; MILOSAVLJEVIC, N.; SESTAK, J. Kinetics and Mechanism of Pyrite Oxidation.
Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, p. 215-219, 1990.
TRATAMENTO BIOQUÍMICO DA PIRITA EM BIO-REATOR COM
SUBSTRATO DE EFLUENTE ANAERÓBIO DE CASCA DE ARROZ
Acadêmicas: Deise Parolo Tramontin; Juliana Pavei Pizzolo;
Jussara Pavei Pizzolo;
Orientadores: Claudio Ricken; Michael Peterson;