O documento descreve um estudo sobre a utilização de fungos para remover íons de cobre de efluentes de mineração. Foram realizados experimentos para determinar a cinética e o equilíbrio da adsorção de cobre por fungos. Os resultados mostraram que a adsorção segue a isoterma de Langmuir e a cinética de segunda ordem. Simulações com diferentes configurações de reatores concluíram que reatores em contracorrente ou corrente cruzada são mais eficientes do que reatores unitários para esta aplicação.

1. Agradecimento: Lucas Makrakis Policarpo
DETERMINAÇÃO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO E DA CINÉTICA DA REAÇÃO DE BIOSSORÇÃO EM
FUNGO E DIMENSIONAMENTO DE REATORES PARA REMOÇÃO DE ÍONS DE COBRE (II) PRESENTES
EM EFLUENTE AQUOSO DA MINERAÇÃO
Eden Aurélio Laurindo1*
, Karen Yuriko Kato1*
, Marcelo Martins Seckler1,
1Departamento de Engenharia Química, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, Brasil
*email : eal3336@gmail.com, karenyurikokato@gmail.com
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Química
1. FOGLER, H.S. Elements of Chemical Reaction Engineering. 4th. ed. Massachusetts, Pearson Education, 2006.
2. PINO, G.A.H., Biossorção de Metais Pesados Utilizando Pó da Casca de Coco Verde (Cocos nucifera).
Dissertação de Mestrado da Pontifícia Universidade Católica. Rio de Janeiro, 2005.
3. SEADER, J. D.; HENLEY, E. J. Separation Process Principles. 2nd. ed. Danvers: John Wiley & Sons, Inc., 2006.
INTRODUÇÃO
Princípios Teóricos
que, com êxito, têm potencial de retorno econômico estimado de
2.8 bilhões de reais, e também redução do impacto ambiental
causados pela atividade na mineração. Nesse contexto, foi estudado
o equilíbrio e a cinética de adsorção do fungo Rhizopus Microsporus
em solução de cobre (II), cuja parte experimental não foi escopo
deste trabalho.
PRINCÍPIOS TEÓRICOS
A Vale, maior grupo de mineração brasileiro, se reuniu com pesquisadores da
Universidade de São Paulo (USP) e com o apoio do BNDES para pesquisar sobre a
utilização de micro-organismos na recuperação de cobre de efluente aquoso, num
projeto a ser desenvolvido na Mina do Sossego, localizada na cidade de Canaã dos
Carajás/PA.
Em uma primeira avaliação, foram encontrados cerca de 35 bactérias e fungos
com potencial biominerador e está sendo estudado os mecanismos pelos quais a
biomineração ocorre. Numa segunda etapa, haverá o desenvolvimento de um processo
EQUILÍBRIO DE ADSORÇÃO
Isoterma de Langmuir
 Há formação de monocamada de adsorção;
 Não há interação entre moléculas adjacentes na superfície;
 A energia de adsorção é a mesma em toda a superfície;
 Moléculas se adsorvem em sítios fixos e não ficam migrando pela superfície.
𝑞 𝑒𝑞 =
𝐾 𝑎𝑑𝑠 . 𝑞 𝑚á𝑥. 𝐶 𝑒𝑞
1+𝐾 𝑎𝑑𝑠 . 𝐶 𝑒𝑞
𝐶𝑒𝑞 = Concentração do adsorvato na solução (g/L)
𝐾𝑎𝑑𝑠 = Constante de equilíbrio de adsorção (𝐿 𝑚𝑔)
𝑞 𝑒𝑞 = Quantidade de adsorvato retido no sólido no equilíbrio (𝑚𝑔/𝑔)
𝑞 𝑚á𝑥 = Quantidade de adsorvato máxima retido no sólido (𝑚𝑔/𝑔)
CINÉTICA DA REAÇÃO
Método da integral
Este método testa uma equação de velocidade, integrando e comparando os
valores teóricos e experimentais de C e t. A equação de velocidade é sugerida por um
mecanismo hipotético, quando o ajuste não é satisfatório, rejeita-se o modelo e um
outro é sugerido e testado.
Cinética da reação Equação
Ordem zero −𝑟𝐴 = −
𝑑𝐶𝐴
𝑑𝑡
= 𝑘
1 𝑎
ordem −𝑟𝐴 = −
𝑑𝐶 𝐴
𝑑𝑡
= 𝑘𝐶𝐴
2 𝑎
ordem −𝑟𝐴 = −
𝑑𝐶𝐴
𝑑𝑡
= 𝑘𝐶𝐴
2
Pseudo 1 𝑎
ordem −𝑟𝐴 =
𝑑𝑞 𝑡
𝑑𝑡
= 𝑘1(𝑞 − 𝑞𝑡)
Pseudo 2 𝑎
ordem −𝑟𝐴 =
𝑑𝑞 𝑡
𝑑𝑡
= 𝑘2(𝑞 − 𝑞𝑡)2
Equação da cinética da reação:
−𝑟𝐴= −
𝑑𝐶 𝐴
𝑑𝑡
= 𝑓 𝑘, 𝐶
Em que:
−𝑟𝐴 = Taxa de reação (𝑚𝑜𝑙 L. min)
𝐶𝐴 = Concentração do reagente A (𝑚𝑜𝑙 𝐿)
𝑘, 𝑘1, 𝑘 𝟐 = Constante cinética da reação
Princípios TeóricosRESULTADOS E DISCUSSÕES
CONCLUSÕES
PRINCIPAIS REFERÊNCIAS
REATORES CSTR
Configuração dos reatores Esquema
Unitário
Contra corrente
Corrente cruzada
0
2
4
6
8
10
12
0 50 100 150 200 250 300 350
qeq(mgCu/gbiomassa)
Ceq (mgCu/ L)
Isoterma de Langmuir
Parâmetros da equação
qmáx Kads R2
0.01726 13.2802 0.9999
EQUILÍBRIO DE ADSORÇÃO
CINÉTICA DA REAÇÃO
Pseudo Primeira Ordem Pseudo Segunda Ordem Experimental
q k1 R2 Q k2 R2 Q
mg/g min-1 mg/g g/(mg.min) mg/g
6.533 0.013818 0.9926 7.782 0.00453 0.9997 7.625
y = -1900ralx + 1900ral
R² = 1900ral
-01
-01
-01
00
00
00
00
00
01
01
01
1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral
log(q-qt)
t (min)
Pseudo Primeira Ordem
y = 1900ralx + 1900ral
R² = 1900ral
0
25
50
75
100
125
150
175
200
1900ral 1900ral 1901ral 1902ral 1902ral 1903ral 1904ral
t/qt
t (min)
Pseudo Segunda Ordem
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral
Conversão(XA)
no de reatores
Reatores em contra corrente
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral
Conversão(XA)
no de reatores
Reatores em corrente cruzada
0.00E+00
4.00E+05
8.00E+05
1.200E+06
1.600E+06
2.00E+06
000 000 000 000 000 001 001
Volume(m3)
Fração Convertida XA
Reator unitário
0.00E+00
1.00E+06
2.00E+06
3.00E+06
4.00E+06
5.00E+06
6.00E+06
000 000 000 000 000 001 001 001
Volume(m3)
Concentração de fungo (Cf)
Reator unitário
REATORES CSTR
A isoterma de Langmuir ajustou-se muito bem aos dados experimentais,
representando satisfatoriamente a adsorção de íons cobre (II) em solução aquosa para o
fungo Rhizopus Microsporus.
Os resultados do estudo da cinética sugerem que a reação de adsorção do cobre no
fungo estudado segue uma cinética de pseudo segunda ordem.
Utilizando um reator CSTR, foi obtido volumes impraticáveis na indústria para que
se alcance conversões na faixa dos 50%. Entretanto, os reatores em contracorrente
alcançaram a mesma eficiência com um volume 8 mil vezes inferior. Para os reatores em
corrente cruzada o volume necessário é ainda menor, da ordem de 40 mil vezes quando
comparado com um reator e 5 vezes menor quando comparado com reatores em contra
corrente. Entretanto, para este cálculo, levou-se em consideração uma mesma vazão
mássica de fungo em cada reator, e, como necessita-se 4 reatores para tal conversão, a
vazão mássica total é 4 vezes maior também.
Por fim, pode-se atingir conversões superiores a 99% com reatores em corrente
cruzada. Entretanto, necessita-se 7 reatores e uma vazão 7 vezes superior de biomassa
também. Portanto, há um trade-off entre a massa de fungo utilizada e o número de
reatores que deve ser analisado economicamente para a melhor tomada de decisão.