ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: Processos Cinéticos da Biossulfetogênese
AUTORES: SILVA FILHO, J. S. (UESB) ; MENDES, F. (UESB) ; GESTEIRA, L. A. (UESB) ; RAMOS, E. (CEFET-BA) ; ALMEIDA, P. F. (UFBA)
RESUMO: Métodos da cinética química clássica foram usados para obtenção de lei de velocidade da biossulfetogênese, a reação de geração de gás sulfídrico que envolve a combinação de mecanismos de ação enzimática e de transferência de elétrons, composta de etapas de formação do íon sulfito e posteriormente a formação de ácido sulfídrico.A aproximação do estado estacionário para a concentração do íon sulfito foi usada, considerando que a velocidade de dormação de sulfato em sulfito é muito menor do que a do sulfito em ácido sulfídrico. Uma lei de velocidade de segunda ordem em relação à concentração do íon sulfato e número de bactérias redutoras de sulfato foi obtida para prever a concentração de gás sulfídrico em função do tempo em meios de cultura em condições estáticas.
PALAVRAS CHAVES: cinética, geração de gás sulfídrico, modelagem
INTRODUÇÃO: Em muitos experimentos efetuados no laboratório, a geração de H2S em meios de cultura selecionados, apresenta uma curva suave quando os intervalos de tempo tomados são de 24 horas, e um comportamento não-ordinário, quando são investigados em intervalos de tempo de duas ou de quatro horas.
O maior desafio do estudo está principalmente na mudança de tendência do comportamento de crescimento ou decrescimento microbial ou aumento ou diminuição da concentração de H2S entre os intervalos de tempo durante os experimentos. A investigação cinética usada até o momento no presente estudo, busca o ajuste de curvas experimentais, usando equações ordinárias embora o estudo se caracterize por fenômenos mais complexos e possivelmente não lineares.
O extermínio dos microorganismos em poços de petróleo para evitar a biossulfetogênese é o objetivo principal do presente estudo do Laboratório de Biotecnologia e Ecologia de Microorganismos do ICS/UFBA.
Embora a biossulfetogênese seja estudada já há algum tempo, ainda não é possível relacionar satisfatoriamente todas as variantes neste mecanismo, as quais incluem temperatura, pressão, pH, força iônica, tipos de populações microbiais,quantidade de nutrientes, ação enzimática e outros.
As características intrínsecas da biossulfetogênese, aliadas com aspectos
complexos para acompanhamento em laboratório, dificultam uma análise estatística e matemática de modo
convencional, causado principalmente pela pequena quantidade de pontos durante os experimentos com intervalos variados de tempo junto às variações de tendência do comportamento de contagem microbiana e concentrações de ácido.
Resultado,uma análise bastante complexa é encontrada, e muito provável que não se consiga uma solução matemática analítica satisfatória.
MATERIAL E MÉTODOS: As dificuldades envolvidas em um modelo cinético da biossulfetogênese, avaliando todas as variantes discutidas anteriormente, tornam o trabalho muito dispendioso. A proposta para a resolução do problema é a efetuar ajustes de curvas experimentais deste laboratório em condições estáticas à uma reação de segunda ordem.
A lei de velocidade da geração de gás sulfídrico é
Vel.(H2S) = f(NBRS, [SO42-], ε´s, pH, T, P,C,Z)
onde:
NBRS número de bactérias redutoras de sulfato
[SO42-] concentração de íon sulfato, mg.L-1
ε´s atividade enzimática
pH - log[H+], [H+] = mol.L-1
T temperatura absoluta, K
P pressão, em bar
C concentração de nutrientes para BRS
Z força iônica do meio
Baseando em dados experimentais do laboratório:
tempo, h NBRS [SO42-], mg.L-1 [H2S], mg.L-1
24 10^5 2700 60
48 10^7 2500 165
72 10^9 2300 175
96 10^9 2100 250
120 10^7 2000 250
144 10^6 1900 200
O modelo apresentado está fundamentado em considerações de que pH, potencial redox, temperatura, pressão, força iônica, não sofrem variações muito bruscas durante o experimento, grosseiramente consideradas como constantes.
Outra consideração, é que as enzimas são produzidas pelas BRS, logo a concentração está ligada diretamente ao número de BRS, por isso não foram incluídas na lei de velocidade.
Nas semi-reações da conversão de SO42- para H2SO3 e de H2SO3 para H2S, não foram incluídas elétrons, íon H+ e H2O, que fazem o balanço de cargas e massa de cada uma delas por questões de simplicidade.
A velocidade de formação do íon sulfito catalisada pela ATP sulfurilase e APS redutase a partir do íon sulfato e bactérias redutoras de sulfato e considerada neste modelo como a etapa determinante da reação.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Não existem na literatura modelos para a biossulfetogênese, daí o modelo efetuado no presente é uma proposta inédita, onde o valor de sua estimativa está fundamentado nas suas suposições e considerações envolvidas somente com os dados experimentais.
A lei de velocidade resultante é:
v(H2S) = k(NBRS)(SO4=)
e a constante de velocidade obitida com os dados apresentados anteriormente é
k ~ 10^-9 N(BRS)L.mol^-1.h^-1
A partir destes dados, nas condições do experimento, é possível estimar o teor de gás sulfídrico em função do tempo, quantidade de sulfato e número de basctérias redutoras de sulfato.
CONCLUSÕES: Pode-se concluir que o modelo apresentado reflete o comportamento da curva de geração de H2S em condições estáticas nos experimentos efetuados quando os intervalos de tempo são de 24 horas ou quando são tomados os valores médios das concentrações de H2S para intervalos de tempo menores de 2 ou 4 horas, a despeito da simplicidade do modelo para uma reação tão complexa.
AGRADECIMENTOS: UFBA, PETROBRÁS
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Physical Chemistry, A Molecular Approach, Donald A. McQuarrie and John D. Simon, University Science Books, 1997, nos capítulos 26 e 27.
