Acumulação e libertação de metais pesados por briófitas aquáticas

Martins, Ramiro

http://hdl.handle.net/10198/2004

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Authors

Martins, Ramiro

Abstract(s)

Tradicionalmente a remoção de metais pesados de efluentes é feita usando diversas técnicas (precipitação, electrólise, permuta iónica, osmose inversa, adsorção), normalmente dispendiosas e/ou pouco eficientes para soluções diluídas. A biossorção, processo em que materiais naturais ou seus derivados são usados na remoção e recuperação de metais pesados, proporciona um tratamento alternativo competitivo, pelo que os respectivos parâmetros cinéticos e de equilíbrio devem ser bem conhecidos, de modo a prevenir fracassos na sua aplicação. Nesse contexto, este trabalho teve por objectivo estudar os processos de bioacumulação/eliminação e de biossorção de Cd(II), Cr(VI), Pb(II) e Zn(II) pelo musgo aquático Fontinalis antipyretica, espécie largamente dispersa nos lagos e rios Portugueses. Os musgos aquáticos são capazes de acumular iões metálicos em solução aquosa e de libertá-los parcialmente quando expostos em água isenta de metal. Desempenham um papel importante na avaliação e na remoção de elementos tóxicos na água. A vantagem dos musgos relativamente a uma amostragem directa da água é que o seu uso permite uma integração de variações no espaço e no tempo, favorece o nível de quantificação do contaminante por concentração dos elementos tóxicos e fornece informação acerca das espécies biodisponíveis. Foram realizadas treze experiências laboratoriais em contínuo para determinar as cinéticas de acumulação e libertação de metal pelo musgo. Um modelo cinético de transferência de massa de primeira ordem (modelo de dois compartimentos) foi ajustado aos resultados experimentais, para determinar as constantes de acumulação e de eliminação, k1 e k2, a concentração de metal nos musgos no fim do período de acumulação, Cmu, e no equilíbrio, para as fases de contaminação e descontaminação, Cme e Cmr, respectivamente. Foram determinados factores de bioconcentração, BCF = k1 / k2, e de eliminação biológica, BEF = 1 - Cmr / Cmu. Para avaliação dos mecanismos envolvidos no processo de acumulação global dos metais foram estudados o efeito da concentração do metal, do pH do meio, da temperatura, da intensidade luminosa, do estado fisiológico da biomassa (época de colheita), da natureza da biomassa (viva/morta), da dureza da água e da realização de ciclos de contaminação/descontaminação consecutivos. Foram ainda realizadas experiências cinéticas e de equilíbrio em adsorvedor fechado, para avaliar o potencial do musgo como biossorvente de metais pesados em futuras aplicações industriais. Numa avaliação preliminar deste tipo de biossorvente, foi estudada a influência de alguns parâmetros operacionais, como o tempo de contacto, a concentração inicial de metal, a concentração de musgo usada e a presença de outros iões metálicos, na cinética de acumulação de Cd(II), Cr(VI), Pb(II) e Zn(II). Ajustaram-se diferentes modelos cinéticos – Lagergren, pseudo-segunda ordem, segunda ordem modificado de Ritchie, de Elovich e Sorção Dinâmica – aos resultados experimentais obtidos em adsorvedor fechado. O modelo de pseudo-segunda ordem foi o que conduziu ao melhor ajuste. Nos ensaios de equilíbrio em sistema fechado foi avaliada a influência da concentração inicial de ião metálico, pH inicial, temperatura, dureza da água e natureza do sal de metal usado no processo de biossorção. Ajustaram-se quatro modelos de equilíbrio – Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson e Langmuir-Freundlich – aos resultados experimentais tendo-se obtido parâmetros estatisticamente significativos para os modelos de Langmuir e Freundlich. Para um nível de confiança de 95% qualquer dos dois modelos descreve adequadamente os resultados experimentais. A eliminação de metais pesados em solução aquosa por biossorção em musgos aquáticos revelou-se um processo interessante, podendo ser aplicado na purificação de águas residuais industriais contendo metais. A capacidade máxima de biossorção de qualquer um dos iões metálicos é elevada, apresentando valores da mesma ordem de grandeza ou mesmo superiores aos obtidos com outros biossorventes.