uso do osso bovino na remoção de metais pesados na água
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Universidade do Vale do Paraíba Faculdade de Educação e Artes ANDRÉIA DE FATIMA SIQUEIRA MELQUIADES USO DO OSSO BOVINO NA REMOÇÃO DE METAIS PESADOS NA ÁGUA Jacareí – SP 2014 ANDRÉIA DE FATIMA SIQUEIRA MELQUIADES USO DO OSSO BOVINO NA REMOÇÃO DE METAIS PESADOS NA ÁGUA Relatório Final apresentado como parte das exigências da disciplina Trabalho de Conclusão de Curso à Banca Examinadora da Faculdade de Educação e Artes da Universidade do Vale do Paraíba. Orientadora: Profª. Drª. Lucia Vieira JACAREI – SP 2014 1 Universidade do Vale do Paraíba Faculdade de Educação e Artes Curso de Química (Bacharelado) Da Faculdade de Educação e Artes TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO 2014 USO DO OSSO BOVINO NA REMOÇÃO DE METAIS PESADOS NA ÁGUA ANDRÉIA DE FATIMA SIQUEIRA MELQUIADES Orientadora: Profª. Drª. Lucia Vieira Banca Examinadora: Profª. Drª. Polyana Alves Radi Gonçalves Prof. Dr. Rodrigo Sávio Pessoa Profª. Drª. Andreza Ribeiro Simioni Nota Final: _______(____) Jacareí – SP 2014 2 AGRADECIMENTOS A Deus primeiramente por ter me proporcionado condições de realizar meu sonho. A Universidade e aos diversos professores que me auxiliaram no decorrer desses 4 anos e principalmente nessa fase final. A minha orientadora Profª. Drª. Lucia Vieira, que em nenhum momento mediu esforços para me ajudar e incentivar, disponibilizando seu tempo, local de trabalho e material, para que fosse possível o desenvolvimento deste trabalho. Aos meus pais, Judite e José, e ao meu namorado Robson, pelo apoio, incentivo e por sempre confiar no meu potencial. À Quimlab, pela disponibilidade na realização das análises. 3 RESUMO Metais pesados é uma classe diversificada de metais, que engloba metais completamente tóxicos e metais que em baixas concentrações não são considerados prejudiciais ao meio ambiente e a saúde animal e vegetal. Devido a rápida absorção e acúmulo dos metais pesados nos organismos vivos e que acabam causando diversas doenças ao longo da cadeia alimentar, atualmente a preocupação e necessidade do controle pelas indústrias na qualidade da água ou efluente é essencial. Os tratamentos convencionais conhecidos e utilizados são de custo elevado, por isso esse projeto teve como objetivo utilizar a hidroxiapatita presente em osso bovino, que é um biomaterial de baixo custo, na remoção de metais pesados presentes em água, pois a hidroxiapatita é capaz de realizar troca iônica entre os metais e o cálcio. Os metais testados neste projeto são o Cobre e o Chumbo, presentes em soluções preparadas com água de osmose reversa, aonde massas diferentes de osso bovino foram adicionadas, a fim de determinar o rendimento de adsorção. A solução de chumbo apresentou melhor rendimento de adsorção devido o seu raio iônico ser maior que o do cálcio, o que facilitou a incorporação na estrutura da hidroxiapatita, diferentemente dos metais que apresentam menor raio iônico, que é o caso do cobre. Palavras-chave: água, hidroxiapatita, metais pesados. 4 ABSTRACT Heavy metals are a diverse class of metals that includes toxic metals and metals in quite low concentrations are not considered harmful to the environment and animal and plant health. Due to rapid uptake and accumulation of heavy metals in living organisms and end up causing various diseases along the food chain, the concern and need for control by industries on water quality or effluent is currently essential. The known and used in conventional treatments are expensive, so this project aimed to use this bovine boné as hydroxyapatite, which is a biomaterial with low cost used to removing heavy metals from water because hydroxyapatite is capable of performing ion exchange between metals and calcium. Metals tested in this project are copper and lead present in prepared using reverse osmosis, where different bovine bone mass water solutions were added in order to determine the yield of adsorption. The lead solution had better adsorption efficiency because their ionic radius is larger than calcium, which facilitated the incorporation in the structure of hydroxyapatite unlike metals which have lower ionic radius, which is the case of copper. Keywords: water, hydroxyapatite, heavy metals. 5 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 7 1.1 Objetivo geral ........................................................................................................................... 8 1.2 Objetivo específico ................................................................................................................... 8 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................................ 9 2.1 Metais Pesados ........................................................................................................................ 9 2.2 Descrição de alguns metais pesados .......................................................................................10 2.2.1 Arsênio .............................................................................................................................11 2.2.2 Cromo ..............................................................................................................................11 2.2.3 Cobre ...............................................................................................................................12 2.2.4 Chumbo............................................................................................................................13 2.2.5 Mercúrio ...........................................................................................................................13 2.3 Métodos convencionais de extração de metais pesados na água ............................................14 2.3.1 Precipitação......................................................................................................................14 2.3.2 Troca iônica ......................................................................................................................14 2.3.3 Processo de separação por membranas ...........................................................................15 2.3.4 Tratamento eletroquímico .................................................................................................15 2.3.5 Destilação Simples ...........................................................................................................16 2.4 Métodos alternativos de tratamento da água com metais pesados ...........................................16 2.4.1 Biomassa .........................................................................................................................18 2.4.2 Processos de biossorção ..................................................................................................20 2.4.2.1 Colunas de leito fixo...................................................................................................20 2.4.2.2 Colunas de leito fluidizado .........................................................................................20 2.4.2.3 Bioflotação .................................................................................................................20 2.5 Reagentes alternativos do processo de biossorção .................................................................21 2.5.1 Carvão de osso bovino .....................................................................................................21 2.5.2 Farinha de osso bovino.....................................................................................................22 2.5.3 Hidroxiapatita ...................................................................................................................22 2.6 Qualidade, uso e riscos da água ..............................................................................................23 3 METODOLOGIA ............................................................................................................................25 3.1 Equipamentos, reagentes e materiais para análise ..................................................................25 3.1.1 Kit para filtração................................................................................................................26 3.1.2 Vidrarias ...........................................................................................................................26 3.1.3 Equipamentos ..................................................................................................................27 3.1.4 Reagentes ........................................................................................................................27 3.1.5 Materiais diversos .............................................................................................................27 3.2 Local de realização do projeto .................................................................................................28 3.3 Procedimento experimental .....................................................................................................28 3.3.1 Preparo da farinha de osso ...............................................................................................28 3.3.2 Preparo das soluções .......................................................................................................28 3.3.3 Cálculo estequiométrico e do rendimento de adsorção......................................................29 3.3.3.1 Cobre.........................................................................................................................29 3.3.3.2 Chumbo .....................................................................................................................30 3.3.4 Método de realização dos testes .......................................................................................32 3.4 Procedimento de análise instrumental .....................................................................................33 4 RESULTADOS...............................................................................................................................34 5 DISCUSSÃO ..................................................................................................................................39 6 CONCLUSÃO ................................................................................................................................40 REFERÊNCIAS ................................................................................................................................41 6 1 INTRODUÇÃO A contaminação da água por metais pesados é um problema ambiental causado pelo homem em alguns processos produtivos, que causam a inutilização da água para consumo humano e contaminam os seres vivos que habitam neste ecossistema afetado. Os metais pesados quando são assimilados pelo organismo animal, incluindo o homem, podem causar doenças graves como câncer, deficiência do sistema nervoso, entre outras. O projeto em questão visa propor soluções para dois problemas ambientais: Dar um destino final ecologicamente correto para os ossos bovinos, que são resíduos de matadouros, frigoríficos e açougues. Este biomaterial geralmente é descartado em aterros sanitários ou em lixões, uma pequena parte utilizada como fertilizantes, ou calcinado e usado na alimentação de animais; Remover resíduos de metais pesados presentes em efluentes industriais ou em águas que serão tratadas para consumo humano, industrial ou agrícola, utilizando o osso como biossorvente. Apesar de existirem métodos de remoção de metais pesados, seu custo é elevado, já a utilização de biomassa como o osso bovino, é uma alternativa de baixo custo para resolver este problema, ou para ser utilizada em conjunto com os métodos convencionais para aumentar a vida útil dos equipamentos envolvidos. A escolha dos metais Cobre (Cu) e Chumbo (Pb) para esse estudo foi baseada na literatura, tendo o Cu, como necessário na alimentação, porém seu excesso é prejudicial, já o Pb é um elemento estranho ao metabolismo humano, sendo, completamente tóxicos em qualquer quantidade. Neste projeto a água foi inicialmente contaminada com o metal pesado numa concentração conhecida, e entrou em contato com o osso por um determinado tempo sob agitação e em seguida foi filtrada para posterior análise da concentração final. Com os resultados obtidos foi calculado o rendimento de adsorção dos metais pesados pelo osso bovino. 7 1.1 Objetivo geral Verificar a remoção dos metais pesados Cu e Pb na água utilizando o osso bovino como material biossorvente de baixo custo, que pode ser uma alternativa aos métodos convencionais de tratamento ou utilizá-los em conjunto com os métodos tradicionais. 1.2 Objetivo específico - Determinar experimentalmente os rendimentos do processo de remoção dos metais pesados Cu e Pb por osso bovino, de modo que se possa estabelecer a ordem de poder de adsorção destes. 8 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Metais Pesados Metais pesados é uma classe diversificada de metais, que na sua forma elementar apresentam densidade maior que 5 g/cm3 ou número atômico maior que 20. Esta classificação engloba muitos metais que apesar de estar na classificação de metal pesado, devido a sua não toxicidade, ele não é considerado prejudicial ao meio ambiente e a saúde animal e vegetal. Alguns metais pesados são importantes para a vida animal e vegetal pois são necessários para o ciclo vital do organismo, como exemplo pode-se citar o Sódio (Na), Potássio (K), Magnésio (Mg), Cálcio (Ca), Vanádio (V), Manganês (Mn), Ferro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni), Cobre (Cu), Zinco (Zn), Molibdênio (Mo), e Tungstênio (W). O Na, K, Mg e Ca são comuns de serem encontrados nos organismos animal e vegetal em maior quantidade, porém o Co, Ni, Zn, e Mo são necessários porém em menor quantidade e o excesso destes pode causar danos a saúde ao invés de serem benéficos. Metais como a Prata (Ag), Cádmio (Cd), Estanho (Sn), Ouro (Au), Mercúrio (Hg), Tálio (Tl), Chumbo (Pb), Bismuto (Bi) e Alumínio (Al) são considerados metais tóxicos, não tem função metabólica conhecida, podem causar doenças e tem propriedades de se acumularem nos organismos vivos. A contaminação do ambiente por metais pesados é resultado das atividades industriais, agrícolas e do descarte de resíduos com tratamento inadequado ou impossibilitado devido a natureza do metal em questão. Nas áreas de desenvolvimento industrial costumam-se encontrar arsênio, cádmio, cromo, ferro, níquel, chumbo, zinco e mercúrio. A tabela 1.1 mostra os setores industriais e os metais que geralmente produzem como resíduo. 9 Tabela 2.1 – Setores industriais com maior presença de íons de metais pesados no efluente. Indústria Operações de mineração Metal Cu, Zn, Pb, Mn, Urânio (U), Cromo (Cr), Arsênio (As), Selênio (Se), V Operações de eletrodeposição Cr, Ni, Cd, Zn Processamento do metal Cu, Zn, Mn Geração de energia Cu, Cd, Mn, Zn Indústria nuclear U, Tório (Th), Rádio (Ra), Estrôncio (Sr), Operações especiais Európio (Eu), Amerício (Am) Hg, Au, e metais preciosos Fonte: Pino (2005) Os metais pesados considerados tóxicos são muito prejudiciais a saúde humana, animal e vegetal e sua ação acontece causando o bloqueio de atividades biológicas, principalmente pela inativação enzimática devido a formação de ligações entre o metal e alguns grupos funcionais das proteínas, causando danos irreversíveis no organismo. Os metais pesados podem ainda, dependendo da concentração, ter seu efeito tóxico distribuído por todo o organismo, afetando vários órgãos, alterando os processos bioquímicos, organelas e membranas celulares. 2.2 Descrição de alguns metais pesados A seguir será detalhada a descrição de alguns metais pesados, incluindo sua abundância na crosta terrestre, uso e toxicidade para a saúde humana. 10 2.2.1 Arsênio O arsênio é um metal de símbolo As, com número atômico 33 e peso atômico 75. Foi descoberto em 1250 por Albertus Magnus que, provavelmente, foi o primeiro a isolar o elemento. Sua abundância na crosta terrestre é de 0,00018% e é encontrado naturalmente na crosta terrestre podendo estar combinado com Mn, Fe, Co, Ni, Ag e Sn na forma de compostos inorgânicos ou combinados com carbono para formar compostos orgânicos em plantas e animais. Já foi utilizado na produção de raticidas, devido a sua toxicidade, porém é utilizado na medicina para tratamento de doenças do sistema nervoso e sífilis. Como arsenato de cobre evita apodrecimento e cupins na madeira. Este elemento é tóxico e os seres humanos se contaminam com o mesmo através da exposição da água, ar, solo e comida contaminados. Consumir água prolongadamente com este elemento em mais de 0,2mg/L pode causar efeitos tóxicos após 2 anos. O Arsênio inorgânico pode causar a infertilidade e aborto em mulheres, irritação da pele, danos ao sistema imunológico, coração e cérebro, assim como pode danificar o ácido desoxirribonucleico (ADN). Já o Arsênio orgânico não desenvolve o câncer e nem causa danos ao ADN, mas provoca danos ao sistema nervoso e dores de estômago. 2.2.2 Cromo Elemento químico de número atômico 24, peso atômico 52 e símbolo Cr. Foi descoberto em 1797 por Louis Nicolas Vauquelin e sua abundância na crosta terrestre é de 0,0102%. Na natureza, encontra-se o cromo nas formas Cromo(0), Cromo(lll) e Cromo(VI). O metal é muito resistente a corrosão, por isso é utilizado para recobrimento de outros metais. A liga ferro-cromo é utilizada na fabricação de aço inox, que entre 11 suas principais aplicações são a fabricação de talheres e equipamentos para indústria alimentícia. O Cromo trivalente é um elemento importante para o organismo humano, sendo encontrado em suprimentos alimentares, enquanto que o Cromo na forma elementar e Cromo hexavalente são provenientes de atividades industriais. A falta do Cromo trivalente pode causar problemas cardíacos, transtornos de metabolismo e diabetes, porém seu excesso pode causar erupções cutâneas. O Cromo hexavalente é prejudicial a saúde podendo causar reações alérgicas, irritação na pele, dor de estômago e ulceras, danos no fígado e rins, problemas respiratórios ou com o sistema imunológico, câncer e morte. 2.2.3 Cobre Elemento de número atômico 29, peso atômico 63,5 e símbolo Cu. Foi descoberto na antiguidade, sendo seu descobridor desconhecido e sua abundância na crosta terrestre é de 0,006%. Ele é utilizado para fabricação de fios elétricos, tubos de condensadores e encanamentos, eletroímãs, motores elétricos, interruptores, relés, tubos de vácuo e magnétons de fornos de microondas, entre outras aplicações. O cobre é considerado um metal tóxico, por exemplo, apenas 30 g de sulfato de cobre é o suficiente para matar um ser humano. O metal em pó é combustível, se inalado pode provocar tosse, dor de cabeça e garganta, ele reage com oxidantes fortes como os cloratos, bromatos e iodatos acarretando risco de explosão. Na água em concentrações maiores que 1 mg/l pode contaminar com cobre as roupas e objetos, e conteúdos acima de 5 mg/L tornam a água colorida com sabor desagradável. 12 2.2.4 Chumbo Elemento de número atômico 82, peso atômico 207 e símbolo Pb. Foi descoberto na antiguidade, sendo seu descobridor desconhecido e sua abundância na crosta terrestre é de 0,0014%. É um metal tóxico, pesado, macio, maleável e pobre condutor de eletricidade, é utilizado para fabricação de acumuladores (baterias), forros para cabos, pigmentos, soldas, munições, proteção contra radiação entre outras aplicações. O chumbo é danoso ao organismo humano e geralmente é absorvido e acumulado pelo organismo através da água, comida e ar contaminados. Os efeitos tóxicos causados pelo chumbo destacam-se a perturbação da biosíntese da hemoglobina, anemia, aumento da pressão sanguínea, danos aos rins, abortos, alterações no sistema nervoso, danos ao cérebro, diminuição da fertilidade do homem através de danos ao esperma, diminuição da aprendizagem em crianças, modificações no comportamento das crianças, como agressão, impulsividade e hipersensibilidade. 2.2.5 Mercúrio Elemento de número atômico 80 e peso atômico 200,5 e símbolo Hg. Foi descoberto na antiguidade, sendo seu descobridor desconhecido e sua abundância na crosta terrestre é de 8,5x10-6%. Na temperatura ambiente ele é um metal líquido de cor prateada, não é um bom condutor de calor comparado aos outros metais, porém, é um bom condutor de eletricidade. É um metal tóxico para saúde humana e quando é evaporado torna-se corrosivo e mais denso que o ar. O mercúrio pode ser usado em termômetros, barômetros, lâmpadas, medicamentos, espelhos, detonadores, corantes e outros. Na saúde humana o mercúrio líquido ou vapor pode causar dor de estômago, diarréia, tremores, depressão, ansiedade, gosto de metal na boca, dentes moles 13 com inflamação e sangramento na gengiva, insônia, falhas de memória e fraqueza muscular, nervosismo, mudanças de humor, agressividade, dificuldade de atenção e até demência. No sistema nervoso, o mercúrio pode causar lesões leves e até a vida vegetativa ou à morte, conforme a concentração. 2.3 Métodos convencionais de extração de metais pesados na água Existem vários métodos de separação de metais pesados na água das quais destacam-se a precipitação química, coagulação, adsorção com carvão, troca iônica, processo de separação por membranas e destilação. Estes métodos são de custo elevado e muitas vezes impossibilitam que pequenas e médias empresas as utilizem. A seguir será detalhado o princípio de funcionamento dos principais métodos utilizados para tratamento da água contaminada. 2.3.1 Precipitação É um processo de remoção onde os metais são precipitados pela mudança de pH através de algum produto químico (ácidos, bases, sais ácidos e sais básicos), sendo assim, os metais precipitados formam uma espécie de lama no fundo de decantadores onde é posteriormente retirada. 2.3.2 Troca iônica No processo de troca iônica é utilizado resinas sintéticas que sequestram os íons de metais presentes na água por meio de uma reação química reversível, sendo assim, estas resinas acumulam os metais e ficam saturadas com os íons contaminantes adsorvidos. Por esse motivo ela deve passar periodicamente por um 14 processo de regeneração com solução regeneradora. No tratamento de água a regeneração da resina é feita com ácido forte que troca íons de metais pesados por íons de hidrogênio e em seguida, lava com hidróxido de sódio que troca os íons de hidrogênio por íons de sódio. A troca iônica é um valioso processo de conversão química, utilizada atualmente em vários segmentos industriais, além da produção comercial de água desmineralizada com baixa condutividade elétrica e mais de 80% das resinas são utilizadas no tratamento de água. 2.3.3 Processo de separação por membranas São utilizadas membranas com poros tão pequenos que filtram os sais, íons, matéria orgânica, bactérias e deixam passar somente a água. Este processo também é chamado de osmose reversa. Neste processo é aplicado uma pressão superior a pressão osmótica do lado concentrado para que force somente a água passar pela membrana semi-permeável e consequentemente a água passará para o lado diluído. 2.3.4 Tratamento eletroquímico É utilizada corrente elétrica através do meio aquoso contaminado para desestabilizar os contaminantes. A corrente elétrica provoca reações químicas que conduzem os contaminantes a um estado estável visando a sua precipitação e posterior remoção por eletroflotação. 15 2.3.5 Destilação Simples Uma destilação simples é utilizada para separar sólidos de líquidos, como por exemplo sal de cozinha (NaCl) e água ou metais pesados e água. Neste processo o balão é aquecido até que o elemento de menor ponto de ebulição comece a evaporar, neste caso, é a água. Ao evaporar, o vapor tem um único caminho a percorrer, que é pelo condensador. O condensador é resfriado externamente com água e suas paredes internas estão frias, sendo assim, quando o vapor de água passa por ele, o vapor é resfriado e se torna líquido novamente. Dessa maneira, é possível separar o sólido do líquido e resultará em uma água limpa no erlenmeyer e resíduo no balão de vidro. 2.4 Métodos alternativos de tratamento da água com metais pesados Os processos convencionais de tratamento da água contaminada por metais pesados possuem muitos prós e contras, sendo que o principal problema daqueles métodos é o custo financeiro em função da eficiência de remoção. A partir da década de 1980, surgiram pesquisas que visavam utilizar a biomassa e seus derivados para remoção de metais pesados a um baixo custo. A forma que os materiais biológicos reagem com os íons metálicos são divididos em duas categorias. A bioacumulação, onde o metabolismo da biomassa acumula os íons metálicos, baseia-se no mecanismo de defesa do microorganismo quando está na presença de íons metálicos tóxicos. A interação entre o metal e o microorganismo ocorre no metabolismo do mesmo. A biossorção, onde a biomassa mesmo estando inativa, realiza a captura dos íons metálicos, através de interações físico-químicas entre a superfície da biomassa e os metais tóxicos. A biomassa não precisa estar ativa nesse caso e ela tende a reter os metais pesados em questão. O processo de biossorção envolve a biomassa e a solução contendo os íons metálicos tóxicos. Quando a biomassa entra em contado com a solução, os íons são 16 atraídos para a biomassa e capturado por diferentes mecanismos até atingir um equilíbrio entre os íons capturados e dissolvidos sendo assim considerado o ponto final da remoção em função da quantidade da biomassa utilizada. Um esquema de um processo de biossorção pode ser observado na figura 2.1. Figura 2.1 – Diagrama esquemático de um processo de biossorção. Fonte: Pino (2005) O processo de biossorção de metais pesados sofrem com os fatores operacionais como pH, força iônica, concentração da biomassa, temperatura, tamanho da partícula, presença de outros íons na solução etc. 17 2.4.1 Biomassa A biomassa pode ser de origem vegetal, animal ou microbiana, podendo ser classificada em biomassa natural, que é sem intervenção humana; biomassa produzida, cultivada com o intuito de obter um material para transformá-lo em um produto comercializável e biomassa residual, que é sub-produto de atividades antropogênicas. Biomassas de origem biológica, que possuem a capacidade de adsorver metais pesados são: partes ou tecidos específicos de vegetais, como por exemplo, cascas, bagaço ou sementes; microrganismos, como por exemplo, bactérias, microalgas e fungos; e vegetais macroscópicos, como por exemplo: algas, gramíneas e plantas aquáticas. Já as biomassas residuais utilizados como biossorvente são citados na tabela 1.2. Tabela 2.2 – Classificação de resíduos que podem ser utilizadas como biossorventes. Tipo de Resíduo Resíduos florestais Cascas, serragem, cavacos, restos de plantações (galhos, raízes) Resíduos agrícolas Casca e polpa de vegetais, casca e pó de grãos secos, resíduos de safras Resíduos industriais Polpa e casca de frutas, sub-produtos de diferentes industrias fermentativas (leveduras) Resíduos urbanos Rejeitos domésticos urbanos, lixo orgânico Fonte: Pino (2005) Uma biomassa qualquer não é genérica em absorver qualquer metal pesado, para isso devem-se realizar estudos para saber em que metal a biomassa possui maior afinidade. Na biossorção de metais pesados, devido a sua toxicidade, não é muito favorável o uso de microorganismos, por sofrer inibição no crescimento 18 microbiano embora exista várias espécies de microorganismos resistentes e tolerantes. A utilização de biomassa ativa (bioacumulação) e a inativa (biossorção) possuem seus prós e contras como todo tipo de processo e a tabela 1.3 ressalta as vantagens e desvantagens de cada método. Tabela 2.3 – Vantagens e desvantagens da utilização de biomassas. Biomassa Inativa Biomassa Ativa Vantagens 1. Independente do crescimento, 1. Embora uma célula possa se não sujeita a limitações de saturar, o sistema pode se auto- toxicidade, restabelecer devido a produção de não precisa de nutrientes na alimentação. 2. Os processos governados não por novas células em condições de estão limitações crescimento. 2. Os metais são transformados biológicas. biologicamente para um estado 3. São rápidas e eficientes na químico de menor toxicidade, e é remoção de metais pesados. menos sensível a dessorção. 4. Os metais podem ser liberados 3. Pode-se melhorar as cepas por facilmente e logo recuperados. 5. Resíduos industriais de para processos meio de manipulação genética. 4. Pode-se utilizar dois ou mais serem utilizados como biossorventes organismos. 5. Degradação de compostos (baixo custo) organometálicos. Desvantagens 1. Rápida saturação dos sítios ativos. 1. Deve-se trabalhar a concentrações 2. A adsorção é sensível ao pH. baixas dos íons metálicos devido a 3. O estado de valência do metal não toxicidade. pode ser alterado biologicamente. 4. As espécies organometálicas não são biodegradáveis. 2. Os produtos metabólicos podem formar complexos com os metais impedindo a precipitação. Fonte: Pino (2005) 19 2.4.2 Processos de biossorção Em se tratando de processo de tratamento da água contaminada por metais pesados, o processo de biossorção pode ser realizado em três maneiras que são: 2.4.2.1 Colunas de leito fixo É uma coluna contendo o biossorvente que irá atuar como se fosse uma espécie de filtro, ou seja, este “filtro” tem uma entrada e uma saída de água, onde a medida que a água contaminada passa por essa coluna ela sai com um teor de metal pesado menor que a da entrada. 2.4.2.2 Colunas de leito fluidizado Nesta coluna o biossorvente encontra-se em movimento juntamente com a água contaminada. O biossorvente saturado é retirado no fundo da coluna e a água limpa com a colocação de biossorvente novo é pela parte superior da coluna. A vantagem desse método é que a água não necessita estar livre de partículas sólidas, porém seu rendimento é inferior à coluna de leito fixo. 2.4.2.3 Bioflotação Este processo pode ser realizado em unidades de flotação convencionais e consiste simplesmente em adicionar o biossorvente onde ocorrerá a captura de íons metálicos e em seguida ocorrerá a flotação, onde as partículas do biossorvente carregadas com o metal são separadas da solução tratada. 20 A reutilização do biomaterial é realizado por processo de dessorção, que remove os metais que foram adsorvidos. 2.5 Reagentes alternativos do processo de biossorção Visando a diminuição de custos no processo de biossorção, pode ser utilizado como reagente alternativo o/a: 2.5.1 Carvão de osso bovino O carvão de osso é encontrado, em maior parte, a hidroxiapatita (70 a 75%), em quantidades menores o Carbonato de Cálcio (CaCO3) e cerca de 10% em massa de carbono, o que confere uma característica alcalina, tornando-o bastante interessante para a aplicação em tratamento de efluentes ácidos e, principalmente, diferenciando-o dos carvões ativados convencionais que apresentam majoritariamente o elemento carbono. O uso do carvão de osso vem sendo investigado no tratamento de efluentes líquidos contendo metais, principalmente devido às suas características de alta porosidade, área superficial específica e características alcalinas da superfície devido aos carbonatos presentes em sua composição. A produção do carvão de osso pode ser feita por calcinação ou pirólise, sendo que o produto final apresenta cerca de 10% de carbono e esta característica distingue dos demais tipos de carvão convencionais que são constituídos apenas de carbono orgânico. Na calcinação, o osso é ativado em suprimento contínuo e limitado de oxigênio do ar atmosférico em temperaturas de 500 a 800°C. Já no processo de pirólise tem-se a ausência de oxigênio no sistema. O processo em geral é descrito pela coleta, secagem, limpeza, trituração, calcinação, classificado em tamanhos, granular e fino e comercializado. 21 2.5.2 Farinha de osso bovino A Farinha de Osso da marca West Garden, é fabricada pela Ítale Fertilizantes Organominerais. O osso é de origem bovina e é obtida de ossos selecionados diretamente em frigoríficos, triturados e cozidos em autoclave, em temperaturas entre 120°C a 140°C, por um período de tempo médio de 2 a 3 horas. Em seguida, o osso é seco, moído em moinhos de martelos, peneirado para acertar a granulometria, ensacado e comercializado. 2.5.3 Hidroxiapatita Segundo Mavropoulos (1999), a hidroxiapatita é um sal duplo de fosfato, sendo principal constituinte inorgânico dos ossos e dentes. A hidroxiapatita, fórmula Ca10 (OH)2(PO4)6, é capaz de realizar troca iônica entre os metais e o cálcio presente neste composto. Quando a hidroxiapatita encontra um metal ocorre teoricamente a seguinte equação: Ca10(OH)2(PO4)6 + X metal metal x(OH)2(PO4)6 + 10 Ca+2 A hidroxiapatita também é um elemento que pode realizar troca iônica entre ânions, pois a hidroxila presente na hidroxiapatita pode ser substituída por um ânion, como por exemplo, o flúor. Esta reação ocorre nos dentes quando entra em contato com o flúor presente na água de abastecimento ou creme dental. É importante que ocorra essa reação uma vez que a hidroxiapatita se dissolve em meio ácido, pH inferior à 5,5, ou seja, nessa condição a tendência bioquímica do dente é perder o cálcio e fosfato através da dissolução do esmalte (desmineralização). Trocador catiônico já utilizado para o tratamento de cátions metálicos em solução aquosa, constatando que a hidroxiapatita sintética tem maior seletividade por cátions metálicos e a eficiência da adsorção seguia a ordem: Pb 2+ > Cu2+ > Mn2+ > Co2+. A seletividade da hidroxiapatita por cátions metálicos foi explicada considerando-se o raio iônico e a eletronegatividade dos íons e a eficiência da 22 remoção de metais pela hidroxiapatita foi na ordem de Al > Zn > Fe(II) > Cd > Cu > Ni. A hidroxiapatita sintetizada a altas temperaturas apresentam boa cristalinidade e cristais grandes, ao contrário das sintetizadas em baixas temperaturas que apresentam baixa cristalinidade e cristais pequenos. As possíveis substituições na estrutura da hidroxiapatita são: o Ca2+ pode ser substituído por metais, como o Cu2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+, Sr2+, Co2+; os grupos fosfatos por carbonatos e vanadatos e as hidroxilas por flúor e cloro. A substituição da hidroxila pelo cloro torna a estrutura mais estável e menos solúvel, incentivando a pesquisa para proteção das cáries dentárias e tratamento de osteoporose. Devido a biocompatibilidade da hidroxiapatita, por ser o principal constituinte da fase inorgânica do osso, possibilita seu uso na área médica como material biocompatível em implantes e próteses e é utilizada para evitar perda óssea após a restauração ou extração de um dente. Na área ambiental é utilizada para remover metais pesados não só de águas e solos contaminados, como também de dejetos industriais por ser um material de baixo custo. 2.6 Qualidade, uso e riscos da água A água sempre foi e ainda é imprescindível para o desenvolvimento e sobrevivência dos seres vivos, que na maioria, a água corresponde a 70 % ou mais de seu peso. De toda a água disponível no planeta, 2,5% é água doce e desse percentual aproximadamente 0,3% apenas, forma rios e lagos, que são as principais formas de abastecimento. A qualidade da água depende da atividade que ela será destinada. Para isso é feito um controle que inclui a coleta da amostra e análises físico-químicas e bacteriológicas detectando possíveis agentes contaminantes. Para cada uso da água, geralmente existe uma lei que determina as características e limites dos parâmetros que ela deve apresentar para ser utilizada. 23 Por exemplo, a Portaria Nº 2.914 do Ministério da Saúde, de 12 de dezembro de 2011, estabelece a Norma de qualidade de água para consumo humano, citando os parâmetros microbiológicos, físicos, químicos e radioativos que devem ser controlados e estar dentro do limite para que assim, atendam ao padrão de potabilidade estabelecido e que não ofereça riscos à saúde. Além dos riscos biológicos, que causam doenças manifestadas logo após a exposição do homem ao microorganismo presente na água, há também os riscos relacionados aos elementos químicos, principalmente os metais pesados. A contaminação química é acumulativa, sendo manifestada como doenças degenerativas após anos de exposição ao agente químico. Devido o metal pesado ser acumulativo resulta num grande perigo para os organismos situados nos degraus superiores da cadeia alimentar. 24 3 METODOLOGIA Neste item estão relacionados os equipamentos, reagentes, materiais de análises, bem como o local de realização do projeto, o procedimento experimental e o tipo de análise instrumental utilizada. 3.1 Equipamentos, reagentes e materiais para análise Com o intuito de melhorar um rendimento de adsorção do metal pesado pelo osso bovino em um tempo de 5 minutos foi inicialmente considerado a diminuição da granulometria, a agitação do processo e a filtração da amostra testada. Para aumentar a superfície de contato favorecendo assim o rendimento de adsorção, foi utilizada a farinha de osso já moída encontrada em casas especializadas em jardinagem e peneirada em uma peneira de 180μm para diminuir ainda mais a granulometria. Para propiciar aumento da área de contato foram realizados testes com agitação para que houvesse um aumento na colisão entre os elementos envolvidos na reação, aumentando assim a velocidade e o rendimento de adsorção. A filtração foi um processo imprescindível neste tipo de análise. Pois a presença de osso bovino na amostra de líquido analisado pode alterar o resultado, uma vez que a hidroxiapatita já pode ter adsorvido o metal, mas como continua presente na amostra liquida. Assim ao invés de ausência desse metal a presença de particulado de osso pode considerar que o metal ainda está na solução. Por isso, finalizado o teste a amostra foi filtrada, garantindo que o osso foi separado da amostra e que somente a água tratada foi analisada. Não foi necessário um sistema à vácuo para realizar a filtração, pois a quantidade de osso utilizada foi suficiente para evitar a saturação do papel de filtro, o que dificultaria a filtração. Com isso, diminui-se o custo do processo. 25 O volume de filtrado utilizado para realizar os testes foi de 50 mL, sendo necessário 15mL para o tubo de ensaio de polipropileno que foi o tubo acondicionador da amostra. O volume restante foi considerado como perdas não recuperadas do papel de filtro inicialmente umedecido e a rinsagem do tubo de ensaio utilizado. A concentração de 2, 5 e 10 ppm foi determinada numa faixa de baixa concentração, pois em águas e efluentes com concentrações maiores podem ser feitas diluições ou aumentar a quantidade de osso proporcionalmente. Quanto a quantidade de osso utilizada, foi feito o balanceamento da reação para determinar a quantidade mínima de osso necessária para remover todo o metal, em um rendimento de 100%, porém as massas determinadas foram abaixo da faixa de trabalho da balança utilizada, não sendo possível utilizá-las. Por isso foi considerada a massa de 0,3 a 1,5 g, por estar dentro desta faixa de trabalho e também para diminuir os erros de pesagem, considerando que a farinha de osso se dispersa facilmente pelo ambiente. Neste projeto foram utilizados, além da Farinha de osso e água de osmose reversa, os seguintes equipamentos, reagentes e materiais: 3.1.1 Materiais para filtração Erlenmeyer; Funil de vidro; Filtro de papel qualitativo. 3.1.2 Vidrarias Béquer; 26 Proveta; Balão volumétrico; Pipeta. 3.1.3 Equipamentos Ultrassom de ponteira Vibra Cell VCX500 – Sonics; Balança analítica AX200 - Marte; Espectrofotômetro de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES) Optima 7300DV – Perkin. 3.1.4 Reagentes Solução padrão de Chumbo; Solução padrão de Cobre; Solução de Acido nítrico. 3.1.5 Materiais diversos Peneira – Solotest – Abertura NBR 180μm Espátula; Pêra; Pipeta de Pasteur; Pisseta de Água de osmose; Tubos de ensaio graduados de polietileno 27 Vidro âmbar. 3.2 Local de realização do projeto No Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento (IP&D) do Campus Urbanova da UNIVAP foi desenvolvido o procedimento experimental e na QUIMLAB – Produtos de Química Pura foi desenvolvido o procedimento de análise, utilizando o ICP – OES Optima 7300DV – Perkin. O equipamento ICP-OES foi utilizado na determinação da concentração dos metais pesados no osso bovino. 3.3 Procedimento experimental O procedimento experimental foi divido em etapas, com a preparação da farinha de osso e das soluções, realização dos testes e análise final. 3.3.1 Preparo da farinha de osso A farinha de osso comercial foi homogeneizada, com o intuito de obter uma quantidade representativa do todo e em seguida peneirada. 3.3.2 Preparo das soluções Foram preparadas soluções de concentrações diferentes, 2, 5 e 10 ppm, de Cu e Pb, a partir das soluções padrões de cada metal. 28 3.3.3 Cálculo estequiométrico e do rendimento de adsorção A partir da reação abaixo foi realizado o cálculo estequiométrico da hidroxiapatita com o metal. Ca10(OH)2(PO4)6 + X metal metalx(OH)2(PO4)6 + Ca+2 3.3.3.1 Cobre Cálculo da quantidade mínima de osso necessária para remover todo Cobre presente na solução padrão: A) Solução de 2 ppm de Cobre Ca10(OH)2(PO4)6 + 10 Cu+2 Cu10(OH)2(PO4)6 + Ca+2 1004,64g X 635,50g 0,1mg (Considerado 50ml) X = 0,16mg de Ca10(OH)2(PO4)6 A Hidroxiapatita (Ca10(OH)2(PO4)6) tem 400,80 g/mol de Ca+2, ou seja, 39,89%. Então: 0,16mg de Ca10(OH)2(PO4)6 100% X 39,89% X = 0,06mg de Ca+2 Em 2000mg/L de farinha de osso, tem aproximadamente, 550mg/L de Ca +2, ou seja, 27,5% de Ca+2. 0,06mg de Ca+2 27,5% X 100% X = 0,22mg de farinha de osso 29 Utilizando o modelo acima, as três equivalências podem ser descritas assim: A) Solução de 2 ppm de Cobre 0,1mg (Considerado 50mL) de Cu+2 é adsorvido por 0,16mg de Ca10(OH)2(PO4)6 39,89% de Ca+2 presente na hidroxiapatita é adsorvido por 0,06mg de Ca+2 Para a solução de 2 ppm Cobre a equação fornece a informação de que a massa mínima de farinha de osso a ser pesada é de 0,22 mg B) Solução de 5 ppm de Cobre 0,25mg (Considerado 50mL) de Cu+2 é adsorvido por 0,40mg de Ca10(OH)2(PO4)6 39,89% de Ca+2 presente na hidroxiapatita é adsorvido por 0,16mg de Ca+2 Para a solução de 5 ppm Cobre a equação fornece a informação de que a massa mínima de farinha de osso a ser pesada é de 0,58mg C) Solução de 10 ppm de Cobre 0,5mg (Considerado 50mL) de Cu+2 é adsorvido por 0,79mg de Ca10(OH)2(PO4)6 39,89% de Ca+2 presente na hidroxiapatita é adsorvido por 0,32mg de Ca+2 Para a solução de 10 ppm Cobre a equação fornece a informação de que a massa mínima de farinha de osso a ser pesada é de 1,16mg 3.3.3.2 Chumbo Cálculo da quantidade de osso necessária para remover todo Chumbo presente na água: 30 A) Solução de 2 ppm de Chumbo 0,1mg (Considerado 50mL) de Pb+2 é adsorvido por 0,05mg de Ca10(OH)2(PO4)6 39,89% de Ca+2 presente na hidroxiapatita é adsorvido por 0,02mg de Ca+2 Para a solução de 2 ppm Chumbo a equação fornece a informação de que a massa mínima de farinha de osso a ser pesada é de 0,07mg B) Solução de 5 ppm de Chumbo 0,25mg (Considerado 50mL) de Pb+2 é adsorvido por 0,12mg de Ca10(OH)2(PO4)6 39,89% de Ca+2 presente na hidroxiapatita é adsorvido por 0,05mg de Ca+2 Para a solução de 5 ppm Chumbo a equação fornece a informação de que a massa mínima de farinha de osso a ser pesada é de 0,18mg C) Solução de 10 ppm de Chumbo 0,5mg (Considerado 50mL) de Pb+2 é adsorvido por 0,24mg de Ca10(OH)2(PO4)6 39,89% de Ca+2 presente na hidroxiapatita é adsorvido por 0,10mg de Ca+2 Para a solução de 10 ppm Chumbo a equação fornece a informação de que a massa mínima de farinha de osso a ser pesada é de 0,36mg Para o cálculo do rendimento de adsorção segue modelo: Concentração inicial (X) Concentração após a análise (Y) 100% (Z) (Z) corresponde a porcentagem (%) do metal que não foi adsorvida pelo osso bovino. 31 100 - (Z) = (W) (W) corresponde a porcentagem (%) do metal que foi adsorvida pelo osso bovino, ou seja, o rendimento de adsorção. Por exemplo: Concentração inicial 2,152 Concentração analisada 1,521 100% 70,68% 100 – 70,68 = 29,32% de adsorção ou rendimento 3.3.4 Método de realização dos testes A farinha de osso foi pesada e a esta foi acrescentado 50 ml de solução padrão contaminada com o metal pesado. Esta amostra foi agitada no Ultrassom de Ponteira por um tempo determinado de 5 minutos e finalizado o teste foi filtrada, acondicionada em tubo de ensaio graduado de polietileno e preservada com 1mL ácido nítrico para garantir que todo o metal estivesse dissolvido na amostra para ser analisada. Foi retirada uma amostra de cada solução preparada de água contaminada pelo metal de 2, 5 e 10 ppm, acondicionada em tubo de ensaio graduado de polietileno e preservada com ácido nítrico. Para determinar o rendimento de adsorção foram pesadas quantidades diferentes de osso mantendo fixos a concentração do metal na água e o tempo agitação. 32 3.4 Procedimento de análise instrumental O equipamento ICP-OES é utilizado na análise de metais. O equipamento consiste de uma bobina que circunda um tubo de quartzo por onde é injetado gás argônio. Uma fonte de rádio-frequência ligada à bobina gera um campo induzido que ioniza o gás formando um plasma de argônio que é posteriormente analisado pela técnica de Espectroscopia Ótica de Emissão. A amostra é aspirada passando pela bomba peristáltica e o gás argônio em alta velocidade presente no nebulizador dispersa-a em gotículas na forma de aerossol, que são carregadas para o plasma. Os átomos constituintes da amostra são submetidos a temperaturas de plasma da ordem de 6000 a 8000 K, resultando na quase completa dissociação das moléculas, o que resulta na redução de interferentes. O equipamento permite escolher a geometria de observação, podendo ser radial ou axial. A geometria radial fornece melhor estabilidade e precisão enquanto que com axial se obtém limites de detecção mais baixos. Para início das análises foram utilizados três padrões preparados a partir de soluções estoque de um padrão certificado na calibração das curvas analíticas. As amostras que foram analisadas estavam preservadas com ácido nítrico e com pH < 2. Os elementos Cu e Pb foram selecionados e os resultados apresentados no computador que é interligado ao próprio equipamento. 33 4 RESULTADOS São apresentados a seguir os resultados dos estudos realizados com três diferentes concentrações de metal pesado e o rendimento de absorção destes utilizando três concentrações distintas de osso, com tempo de agitação constante. A partir dos testes realizados foram obtidos os seguintes resultados: A) Cobre A tabela 4.1 mostra os resultados de 3 testes realizados com o Cobre a 2,152 ppm. Nesta etapa foi considerado o tempo de agitação, a massa do osso utilizada a concentração de cobre absorvida e o rendimento da etapa. Tabela 4.1 – Testes realizados com o Cobre a 2,152 ppm. Testes Laboratoriais – Cobre Concentração inicial: 2,152 ppm Volume: 50 mL Amostra T. de agitação (minutos) Massa de osso (gramas) Concentração não adsorvida (ppm) Rendimento de adsorção (%) 1 5 1,502 1,521 29,32 2 5 0,905 1,547 28,11 3 5 0,300 1,485 30,99 A tabela 4.2 mostra os resultados dos testes de 3 testes realizados com o Cobre a 5,327 ppm. Nesta etapa também foi considerado o tempo de agitação, a massa do osso utilizada a concentração de cobre absorvida e o rendimento da etapa. 34 Tabela 4.2 – Testes realizados com o Cobre a 5,327 ppm. Testes Laboratoriais – Cobre Concentração inicial: 5,327 ppm Volume: 50 mL Amostra T. de agitação (minutos) Massa de osso (gramas) Concentração não adsorvida (ppm) Rendimento de adsorção (%) 4 5 1,504 3,452 35,20 5 5 0,908 3,233 39,31 6 5 0,310 2,823 47,00 A tabela 4.3 mostra os resultados dos testes de 3 testes realizados com o Cobre a 10,61 ppm. Nesta etapa também foi considerado o tempo de agitação, a massa do osso utilizada a concentração de cobre absorvida e o rendimento da etapa. Tabela 4.3 – Testes realizados com o Cobre a 10,61 ppm. Testes Laboratoriais – Cobre Concentração inicial: 10,61 ppm Volume: 50 mL Amostra T. de agitação (minutos) Massa de osso (gramas) Concentração não adsorvida (ppm) Rendimento de adsorção (%) 7 5 1,508 6,039 43,08 8 5 0,901 5,531 47,87 9 5 0,314 4,003 62,27 A figura 4.1 apresenta um gráfico de barras com o cálculo de rendimento de absorção do Cobre em 2, 5 e 10 ppm, o eixo Y apresenta o resultado do rendimento em % e o eixo X apresenta as massas em partes por milhão. Pode ser visto nesse gráfico que a massa mínima apresentou o maior rendimento. Este rendimento pode ser justificado pela reação estequiométrica que indica que o uso em excesso de massa de osso acarreta desperdício. 35 Rendimento de adsorção do Cobre Porcentagem (%) 70 60 Massa de osso máxima 50 40 Massa de osso média 30 Massa de osso mínima 20 10 0 2 5 10 Partes por milhão (ppm) Figura 4.1 – Rendimento de adsorção do Cobre em 2, 5 e 10 ppm. Para averiguar essa teoria estequiométrica e estudar um procedimento de aumento de absorção foi utilizado um processo de agitação em ultrassom de ponteira por 5 minutos, os testes foram realizados com três massas de pó de osso, com médias distintas de: 1,5g; 0,90 e 0,3g. A tabela 4.4 apresenta o cálculo de rendimento de absorção de 2,012 ppm de Chumbo nas três massas distintas de osso com tempo de agitação constante de 5 minutos. B) Chumbo Tabela 4.4 – Testes realizados com o Chumbo a 2,012 ppm. Testes Laboratoriais – Chumbo Concentração inicial: 2,012 ppm Volume: 50 mL Amostra T. de agitação (minutos) Massa de osso (gramas) Concentração não adsorvida (ppm) Rendimento de adsorção (%) 10 5 1,507 0,025 98,75 11 5 0,925 0,031 98,46 12 5 0,317 0,100 95,03 36 A tabela 4.5 apresenta o cálculo de rendimento de absorção de 4,806 ppm de Chumbo nas três massas distintas de osso com tempo de agitação constante de 5 minutos. Tabela 4.5 – Testes realizados com o Chumbo a 4,806 ppm. Testes Laboratoriais – Chumbo Concentração inicial: 4,806 ppm Volume: 50 mL Amostra T. de agitação (minutos) Massa de osso (gramas) Concentração não adsorvida (ppm) Rendimento de adsorção (%) 13 5 1,511 0,049 98,98 14 5 0,900 0,035 99,27 15 5 0,306 0,060 98,75 A tabela 4.6 apresenta o cálculo de rendimento de absorção de 9,518 ppm de Chumbo nas três massas distintas de osso com tempo de agitação constante de 5 minutos. Tabela 4.6 – Testes realizados com o Chumbo a 9,518 ppm. Testes Laboratoriais – Chumbo Concentração inicial: 9,518 ppm Volume: 50 mL Amostra T. de agitação (minutos) Massa de osso (gramas) Concentração não adsorvida (ppm) Rendimento de adsorção (%) 16 5 1,516 0,056 99,41 17 5 0,911 0,074 99,22 18 5 0,306 0,187 98,03 A figura 4.2 apresenta um gráfico de barras com o cálculo de rendimento de absorção do Cobre em 2, 5 e 10 ppm, o eixo Y apresenta o resultado do rendimento em % nesse eixo foi usado o intervalo de 80-100 para realce da diferença porcentagem de rendimento que ficou entre os valores de 95% a 100%. O eixo X apresenta as massas em partes por milhão. Pode ser visto nesse gráfico que a 37 massa mínima apresentou o maior rendimento. Este rendimento pode ser justificado pela reação estequiométrica que indica que o uso em excesso de massa de osso acarreta desperdício. Porcentagem (%) Rendimento de adsorção do Chumbo 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 Massa de osso máxima Massa de osso média Massa de osso mínima 2 5 10 Partes por milhão (ppm) Figura 4.2 – Rendimento de adsorção do Chumbo em 2, 5 e 10 ppm. A figura 4.3 mostra um gráfico de barras comparativo do rendimento de adsorção do Cobre e Chumbo em 2, 5 e 10 ppm e considera a massa média pesada em torno de 0,9 g dos metais. Porcentagem (%) Comparativo do rendimento de adsorção 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Cobre Chumbo 2 5 10 Partes por milhão (ppm) Figura 4.3 – Comparativo do rendimento de adsorção do Cobre e Chumbo em 2, 5 e 10 ppm. 38 5 DISCUSSÃO Conforme apresentado nos resultados, na figura 4.3 é visível que o rendimento de adsorção do cobre foi menor comparado ao do chumbo. O chumbo sempre apresentou resultados de rendimento bem próximos em diferentes concentrações e massas, já o cobre teve um aumento nos rendimentos, conforme se alterava a concentração e massa de osso pesada. O motivo do chumbo ter apresentado rendimento maior que o cobre pode ser justificado pelo raio atômico do chumbo ser maior que o raio atômico do cobre, sendo que o metal quando é ionizado, se tornando um cátion, tende a ter o raio iônico menor que o raio atômico e com isso as forças de atração são maiores. Já cátions com raio iônico maior que o do cálcio, são incorporados na estrutura da hidroxiapatita mais facilmente do que os de menor raio iônico. Sendo assim, laboratorialmente foi possível remover o chumbo em qualquer uma das situações testadas com rendimento superior a 95% e o cobre teve um rendimento crescente acompanhando o aumento da concentração e da massa de osso pesada, chegando na faixa de 60%. Os resultados mostraram ser promissores, uma vez que executou-se os experimentos sem nenhum reagente auxiliar e sem a utilização de mudança de pH para tentar aumentar o rendimento. O rendimento de adsorção do cobre, pode ser explicada pelas possíveis impurezas no osso bovino, que podem interferir diretamente no processo de adsorção deste metal, o aquecimento da água durante a agitação que chega em torno de 65ºC e a possível existência de osso na água tratada que foi analisada, ou seja, filtração deficiente, que interfere diretamente no rendimento final, para esse fim deve ser considerado em experimentos futuros o controle de porosidade de papel de filtro utilizado. 39 6 CONCLUSÃO Conclui-se que o osso bovino pode ser utilizado como material biossorvente com alta capacidade de remoção de cobre e chumbo de águas contaminadas sem a necessidade de reagentes auxiliares ou mudanças de pH. Aumentando assim, o uso do osso bovino dado como resíduo, diminuição dos custos no tratamento de água e efluente e redução da poluição ambiental, visando a qualidade de vida humana e animal. A metodologia utilizada foi simples, rápida e eficiente neste estudo, podendo ser facilmente adaptada em processos industriais. Ressaltando somente a melhoria no processo de filtração da água tratada, utilizando um filtro quantitativo. A teoria do raio iônico foi a maneira utilizada para justificar o melhor rendimento do chumbo comparado ao cobre durante a remoção dos mesmos, levando em consideração ter realizado o procedimento experimental e de análise instrumental iguais e nas mesmas condições para os dois metais. Obteve-se assim a seguinte ordem de adsorção Pb > Cu. Para projetos futuros, seria interessante testar o efeito da temperatura e pH no aumento do rendimento do processo de adsorção. E estudar meios de regeneração e recuperação dos metais do osso bovino, sendo que, os metais poderiam ser comercializados para outra empresa e o osso retornaria ao processo, diminuindo os custos da matéria-prima. 40 REFERÊNCIAS American Public Health Association. 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