Experimental analysis and simulation of heavy metals (Pb, Zn and Ni) bioadsorption process using Sargassum sp Marine algae

Orientadores: Osvaldir Pereira Taranto, Meuris Gurgel Carlos da SilvaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenhariaa QuimicaResumo: O aumento mundial das atividades industriais tem intensificado a poluição ambiental e a deterioração de ecossistemas, com o acúmulo de poluentes tais como: metais pesados, compostos sintéticos e resíduos nucleares. Em conseqüência, crescente atenção de todos os setores da sociedade está sendo dada aos perigos contra a saúde e danos ocasionados por metais pesados no ambiente. Por muito tempo, teve-se o sentimento de que a Natureza, com um formidável poder regenerador, depurador e regulador, digeriria as agressões do homem. E também, que as descobertas da ciência corrigiriam os eventuais danos gerados pelo Progresso. Isso não deixa de ser verdade, desde que estas pesquisas científicas sejam orientadas, estruturadas e trabalhadas nessa direção. Devido aos grandes avanços tecnológicos e conseqüentemente à geração de resíduos de descarte contaminando o solo, água e ar de nosso planeta, fez-se necessário inovadoras linhas de pesquisa para o tratamento destes resíduos. Uma das linhas de pesquisa é a bioadsorção, processo usado como uma alternativa para o tratamento de efluentes contaminados com metais pesados. Considerando a necessidade de soluções para este problema, este projeto foi desenvolvido para estudar o processo de bioadsorção ¿ um processo para a remoção de metais pesados de resíduos industriais através do uso de fungos, bactérias e algas ¿ e verificar a viabilidade de sua utilização nas indústrias. O principal objetivo deste trabalho consistiu em avaliar a efetividade do processo de bioadsorção na remoção de metais pesados de soluções contendo chumbo, zinco e níquel. O estudo incorporou análise experimental e simulação analítica do processo de bioadsorção utilizando as isotermas de adsorção, cinéticas de bioadsorção, bem como os processos em batelada e contínuo. Os resultados deste estudo mostram que a bioadsorção é eficiente na remoção de metais pesados (Pb, Zn e Ni); além disso, os resultados também mostram que a alga Sargassum sp. é um bioadsovente especialmente efetivo, apresentando afinidade para o metal chumbo. Entre os modelos de isotermas estudados avaliando as relações de equilíbrio do processo de bioadsorção, verifica-se que a isoterma de Langmuir representa adequadamente estas relações de equilíbrio. Como descoberta adicional, o planejamento experimental demonstrou que a concentração inicial para o processo em batelada e a vazão no processo contínuo são variáveis significativas para o estudo da efetividade na remoção dos metais por alga marinha. As considerações definidas para a modelagem do processo batelada são viáveis, demonstrando que o coeficiente de transferência de massa é uma variável importante na avaliação da afinidade do bioadsorvente aos metais Pb, Zn e NiAbstract: The increase in worldwide industrial activity has intensified environmental pollution and the deterioration of ecosystems, a result of the accumulation of pollutants such as: heavy metals, synthetic composites and nuclear residues. Consequently, growing attention from all sectors of societies everywhere has focused on the health hazards and damages caused by heavy metals in the environment. Until not too long ago, it was assumed that Nature, with its formidable regenerating, purifying and stabilizing powers, would neutralize the aggressive acts of mankind. It was also assumed that scientific discoveries would correct any possible harm generated by Progress. This latter assumption is not unfounded as long as scientific research is guided, structured and fashioned to achieve this end. Due to great technological advances and to the resulting generation of residues contaminating the soil, water and air of our planet, it has become necessary to develop innovative lines of research for the treatment of industrial pollutants. One such line of research is bioadsorption, a process that has been used as an alternative for the treatment of effluents containing heavy metals. In light of the need to devise solutions for this problem, this particular project was designed to study bioadsorption¿a process for the removal of industrial waste through the use of fungi, bacteria and algae¿and verify the effectiveness and viability of its use in industry. The major objective of the study at hand was to assess the extent to which bioadsorption was effective in the removal of heavy metals from solutions containing lead, zinc and nickel. The study incorporated experimental analysis and analytical simulation of the bioadsorption process using adsorption isotherms, bioadsorption kinetics as well as batch and continuous processes. The results of this study show that bioadsorption is efficient in removing heavy metals (Pb, Zn and Ni); moreover, the results also show that Sargassum sp. algae are especially effective bioadsorbents for the removal of lead. Among the isotherm models tested in the study as measures of equilibrium relations, it was found that the Langmuir Isotherm most adequately represented the bioadsorption equilibrium relation. An additional finding was that experimental planning demonstrated that the initial concentration for the batch process and the rate of flow in the continuous process are significant variables in studies involving the assessment of the effectiveness of the removal of metals by marine algae. The considerations defined in the study for the modeling of the batch process proved viable, demonstrating that the mass transfer coefficient is an important variable in the evaluation of the affinity of bioadsorbents to Pb, Zn and NiDoutoradoEngenharia de ProcessosDoutor em Engenharia Químic