Remoção biológica de enxofre em carvão utilizando Acidithiobacillus ferrooxidans.

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Pereira, L.F. (UNESP) ; Bevilaqua, D. (UNESP)

Resumo

O presente trabalho avaliou o uso da bactéria oxidante de ferro e enxofre At. ferrooxidans a fim de obter uma máxima redução no teor de enxofre no carvão. Foi realizado ensaio de biolixiviação em frasco agitado durante 30 dias e os seguintes parâmetros foram monitorados na fase líquida: pH, Eh e Fe²⁺. No controle abiótico o Eh atingiu um valor de 418 mV (Ag/AgCl_sat) enquanto o ensaio com a bactéria alcançou valor acima de 582 mV (Ag/AgCl_sat). O ensaio demonstrou que a pirita associada ao carvão é facilmente solubilizada utilizando essa bactéria como catalisadora da reação. A quantificação do total de sulfeto oxidado a sulfato ainda será analisado por normas ASTM.

Palavras chaves

carvão; At. ferrooxidans; Biolixiviação

Introdução

O carvão é a fonte de energia não renovável mais importante do mundo. Ele é constituido por carbono, oxigênio, nitrogênio, enxofre e traços de outros elementos. Um dos problemas no uso do carvão se deve a presença de enxofre nas formas: pirita, orgânico, sulfato e uma pequena quantidade na forma elementar (ACHARYA et al.,2004; SINGH et al.,2013). Entre os compostos que contém enxofre, a pirita corresponde entre 50% a 80% do valor total do elemento (CARDONA and MARQUEZ,2009; CAICEDO and MARQUEZ,2010). Durante o processo de combustão é lançado na atmosfera gases como CO₂, NO_x e SO_x que geram efeitos danosos ao meio ambiente. Os métodos físicos e químicos para a dessulfurização do carvão são muito dispendiosos e envolvem o uso de condições extremas de temperatura e pressão. Como alternativa a esses processos, tem sido desenvolvida uma técnica de remoção biológica mais eficaz para tal fim (PRAYUENYONG,2002; CARA et al.,2003). Alguns microrganismos são capazes de metabolizar o enxofre presente no carvão e utilizar a energia liberada para seu crescimento. Os microrganismos mesófilos, termófilos moderados e extremamente termófilos exibem a capacidade de aumentar a oxidação da pirita e sua conversão para compostos solúveis (PANDEY et al.,2005). Entre eles, o At. ferrooxidans é a bactéria mais utilizada para remoção da pirita no carvão (ALLER et al.,2001; KIM et al.,2013). A energia para manutenção e crescimento dessa bactéria provêm da oxidação de compostos de ferro e enxofre, sob condições ácidas (QUATRINI et al.,2005). Assim, o presente trabalho propõe o uso desta bactéria oxidante de ferro e enxofre a fim de obter uma redução no teor de enxofre piritico do carvão.

Material e métodos

O carvão utilizado no ensaio foi fornecido pel Carbonífera do Cambuí localizado no estado do Paraná e apresentava 10,96% de cinzas, 3,30% de enxofre, 55,25% de carbono fixo e 34,59% de matéria volátil. No ensaio de biolixiviação foi analisada a eficiência de remoção do enxofre utilizando a bactéria acidofílica At. ferrooxidans - LR com adição de fonte energética suplementar (30 mMol L^-1 Fe²⁺). O ensaio de remoção biológica de enxofre dessa amostra de carvão foi realizado em frascos agitados utilizando erlenmeyer de 500 mL com volume final de 300 mL de meio T&K (TUOVINEN and KELLY, 1972), 2,5% (m/V) de carvão moido e peneirado (115 mesh), 5% (v/v) de inóculo da bactéria At. ferrooxidans - LR fresca a 150 rpm e 30°C. Para este ensaio foi preparado frascos sacrifício de 5, 10, 20 e 30 dias nos quais foi feita uma separação da fase líquida e sólida por centrifugação. Na fase sólida foi realizada analises por DRX, FTIR e SEM/EDX a fim de estudar as transformações mineralógicas ocorridas durante o processo e avaliar a evolução da redução do teor de enxofre presente na forma orgânica e inorgânica, além de observar a precipitação de novas fases cristalinas. A fase liquida foi utilizada para determinar o pH, o potencial de óxido redução (Eh) e as concentrações de Fe²⁺ e ferro total. Durante a biolixiviação o pH foi ajustado com H₂SO₄ 1 mol L^-1 esterilizado para pH 1,8. Perdas de água por evaporação foram compensadas antes de cada amostragem pela adição de água destilada igualmente estéril. Todos os ensaios foram realizados em duplicata.

Resultado e discussão

No ensaio contendo o microrganismo, até o 5° dia o pH sofreu um aumento em seus valores necessitando de correções ácidas para pH abaixo de 2. Após o 5° dia ocorreu uma queda nos valores de pH não ultrapassando 1,61. A correção ácida foi realizada para evitar a precipitação de ferro na forma de jarosita, o que pode interferir na solubilização da pirita. Nas amostras de carvão, a oxidação bacteriana de íons ferrosos consome ácido aumentando o pH enquanto as reações bacterianas de oxidação do sulfeto são produtoras de ácido diminuindo o pH. O frasco abiótico não obteve uma variação significativa do pH pois, na ausência de microrganismos, não ocorrem as reações biológicas de produção de ácido. O ensaio com o At. ferrooxidans apresentou um comportamento crescente no valor do Eh iniciando-se em 410 mV e se estabilizando em torno de 582 mV a partir do 20° dia de ensaio. Esta elevação dos valores de Eh é característico da atividade bacteriana, uma vez que a atividade dos organismos oxidantes de ferro elevam a razão Fe³⁺/Fe²⁺. Para o controle abiótico dessa condição o Eh não ultrapassou o valor de 418 mV. Outro parâmetro estudado foi a concentração dos íons Fe²⁺ nas soluções lixiviantes. Foram detectadas concentrações menores que 1,02 mMOl L^-1 de Fe²⁺ nos frascos inoculados enquanto seu controle abiótico apresentou valores acima de 27 mMol L^-1. Esse comportamento no meio biótico indica que as bactérias estão ativas, uma vez que a fonte de energia (Fe²⁺) está sendo consumida continuamente. Os dados apresentados até o momento estão condizentes com os relatados na literatura para esse tipo de microorganismo em amostras de carvão (ACHARYA et al.,2004).

Variação do pH e do Eh no ensaio de biolixiviação para At. ferrooxidans – LR e seu respectivo controle abiótico.


Variação nas concentrações dos íons Fe2+ nos ensaios de biolixiviação para a linhagem da At. ferrooxidans – LR.

Conclusões

De acordo com os resultados apresentados pode-se observar que durante o ensaio houve uma característica atividade bacteriana na amostra de carvão. O At. ferrooxidans é capaz de aumentar a razão Fe3+/Fe2+ elevando os valores de Eh e utilizando o Fe2+ como fonte energética. A presença de ferro na forma de pirita (FeS2) nesta amostra de carvão possibilita sua solubilização removendo o enxofre da matriz sólida deste mineral. Ainda serão realizadas análises para determinar a concentração de ferro total e a quantificação do teor de enxofre total e de suas formas serão avaliadas por normas ASTM.

Agradecimentos

CAPES/Cnpq

Referências

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