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;

• 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.

Introdução

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:

4222

43422

2342

.

42224

424222

2232

23)(

)(5,02

5,3

SOHOHOS

SFeSOSOFeFeS

OHSOFeSOHOHOFeSO

SOHFeSOOHOFeS

Bact

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.

Figura 5 - Pirita/Água – Fechado

com incidência de luz solar.

Fonte: Autoras

Análise de condições distintas

Fonte: Autoras

Figura 6 – Pirita/Matéria Orgânica,

fechado com incidência de luz solar.

Figura 7 - Pirita/Matéria orgânica,

aberto com incidência de luz solar.

Fonte: Autoras

Análise de condições distintas

Figura 8 - Pirita/Água, fechado, sombra.

Fonte : Autoras

Figura 9 - Pirita/Água, aberto sombra.

Fonte : Autoras

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 Fonte: Autoras

Figura 10 – Reator Bioquímico 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:

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

Parâmetros Resultado Mínimo

DQO (mg.L-1) 2.901,60 0,5

Ferro Total (mg.L-1) 1,37 0,02

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:

Tabela 5 - Caracterização das amostras após período de reação:

Parâmetro Amostra 1 Mínimo

DQO (mg.L-1) 2.140,70 0,5

Ferro Total (mg.L-1) 3,14 0,02

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 • EVANGELOU, V. P. Pyrite Oxidation And its Control: Solution Chemistry, Surface Chemistry,

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

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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

Ambientais nos Recursos Hídricos da Exploração de Carvão em Santa Catarina. CONGRESSO

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;