Biossorção - Biosorption

A biossorção é um processo físico-químico que ocorre naturalmente em certa biomassa, o que permite que ela se concentre passivamente e ligue contaminantes em sua estrutura celular. A biossorção pode ser definida como a capacidade de materiais biológicos de acumular metais pesados ​​de águas residuais por meio de vias de absorção mediadas metabolicamente ou físico-químicas. Embora o uso de biomassa na limpeza ambiental já esteja em prática há algum tempo, os cientistas e engenheiros esperam que esse fenômeno forneça uma alternativa econômica para a remoção de metais pesados ​​tóxicos de águas residuais industriais e auxilie na remediação ambiental .

Usos ambientais

A poluição interage naturalmente com os sistemas biológicos. Atualmente não é controlado, infiltrando-se em qualquer entidade biológica dentro da faixa de exposição. Os contaminantes mais problemáticos incluem metais pesados, pesticidas e outros compostos orgânicos que podem ser tóxicos para a vida selvagem e humanos em pequenas concentrações. Existem métodos de remediação, mas são caros ou ineficazes. No entanto, um extenso corpo de pesquisa descobriu que uma ampla variedade de resíduos comumente descartados, incluindo cascas de ovo, ossos, turfa, fungos, algas marinhas, fermento, baggase e cascas de cenoura podem remover com eficiência íons de metais pesados ​​tóxicos da água contaminada . Os íons de metais como o mercúrio podem reagir no meio ambiente para formar compostos prejudiciais como o metilmercúrio , um composto conhecido por ser tóxico para os humanos. Além disso, a adsorção de biomassa, ou biossorventes, também pode remover outros metais prejudiciais como: arsênio , chumbo , cádmio , cobalto , cromo e urânio . A biossorção pode ser usada como uma técnica de filtragem amiga do ambiente. A quitosana está entre os adsorventes biológicos usados ​​para a remoção de metais pesados ​​sem impactos ambientais negativos.

A ideia de usar biomassa como uma ferramenta na limpeza ambiental existe desde o início de 1900, quando Arden e Lockett descobriram que certos tipos de culturas de bactérias vivas eram capazes de recuperar nitrogênio e fósforo de esgoto bruto quando eram misturados em um tanque de aeração. Essa descoberta ficou conhecida como o processo de lodo ativado, que é estruturado em torno do conceito de bioacumulação e ainda hoje é amplamente utilizado em estações de tratamento de águas residuais. Não foi até o final dos anos 1970 quando os cientistas notaram a característica de sequestro na biomassa morta, que resultou em uma mudança na pesquisa de bioacumulação para biossorção.

Diferenças de bioacumulação

Embora a bioacumulação e a biossorção sejam usadas como sinônimos, elas são muito diferentes na forma como sequestram os contaminantes:

A biossorção é um processo metabolicamente passivo, o que significa que não requer energia, e a quantidade de contaminantes que um sorvente pode remover depende do equilíbrio cinético e da composição da superfície celular do sorvente. Os contaminantes são adsorvidos na estrutura celular.

A bioacumulação é um processo metabólico ativo impulsionado pela energia de um organismo vivo e requer respiração.

Tanto a bioacumulação quanto a biossorção ocorrem naturalmente em todos os organismos vivos, no entanto, em um experimento controlado conduzido em cepas vivas e mortas de bacillus sphaericus , verificou-se que a biossorção de íons cromo era 13-20% maior em células mortas do que em células vivas.

Em termos de remediação ambiental, a biossorção é preferível à bioacumulação porque ocorre em uma taxa mais rápida e pode produzir concentrações mais altas. Como os metais estão ligados à superfície celular, a biossorção é um processo reversível, enquanto a bioacumulação é apenas parcialmente reversível.

Fatores que afetam o desempenho

Uma vez que a biossorção é determinada pelo equilíbrio, ela é amplamente influenciada pelo pH , pela concentração de biomassa e pela interação entre os diferentes íons metálicos.

Por exemplo, em um estudo sobre a remoção de pentaclorofenol (PCP) usando diferentes cepas de biomassa fúngica, como o pH mudou de pH baixo para pH alto (ácido para básico) a quantidade de remoção diminuiu na maioria das cepas, porém uma tensão não foi afetada pela mudança. Em outro estudo sobre a remoção de íons cobre, zinco e níquel usando um sorvente composto conforme o pH aumentou de baixo para alto, o sorvente favoreceu a remoção de íons cobre sobre os íons zinco e níquel. Devido à variabilidade do sorvente, isso pode ser uma desvantagem para a biossorção, no entanto, mais pesquisas serão necessárias.

Usos comuns

Mesmo que o termo biossorção possa ser relativamente novo, ele tem sido usado em muitas aplicações há muito tempo. Um uso muito conhecido de biossorção é visto em filtros de carvão ativado . Eles podem filtrar o ar e a água, permitindo que os contaminantes se liguem à sua estrutura de área de superfície incrivelmente porosa e alta. A estrutura do carvão ativado é gerada como resultado do carvão sendo tratado com oxigênio. Outro tipo de carbono, o carbono sequestrado, pode ser usado como meio de filtração. É feito por sequestro de carbono , que usa a técnica oposta à da criação de carvão ativado. É feito pelo aquecimento de biomassa na ausência de oxigênio. Os dois filtros permitem a biossorção de diferentes tipos de contaminantes devido às suas composições químicas - um com oxigênio infundido e outro sem.

Figura 1. Uma coluna de sorção usando texto alternativo de biossorventes
Figura 1 . Uma coluna de sorção usando biossorventes.

Na industria

Muitos efluentes industriais contêm metais tóxicos que devem ser removidos. A remoção pode ser realizada com técnicas de biossorção. É uma alternativa ao uso de resinas de troca iônica feitas pelo homem , que custam dez vezes mais do que os biossorventes. O custo é muito menor, porque os biossorventes usados ​​muitas vezes são resíduos de fazendas ou são muito fáceis de regenerar, como é o caso das algas marinhas e outras biomassas não colhidas.

A biossorção laboriosa é frequentemente feita usando colunas de sorção, como visto na Figura 1 . O efluente contendo íons de metais pesados ​​é alimentado em uma coluna a partir do topo. Os biossorventes adsorvem os contaminantes e permitem que o efluente isento de íons saia da coluna na parte inferior. O processo pode ser revertido para coletar uma solução altamente concentrada de contaminantes metálicos. Os biossorventes podem então ser reutilizados ou descartados e substituídos.

Referências