Biorreatores a base de biocarvão para a remoção de sulfato e elementos-traço em águas de drenagem ácida de mina

Abstract

O carvão mineral é o combustível, não renovável, de maior abundância no globo terrestre, e responsável por grande parte do consumo energético mundial. Um dos principais impactos gerados pela exploração do carvão mineral é a drenagem ácida de mina (DAM). A DAM geralmente ocorre quando o mineral de interesse nas operações de extração encontra-se associado a sulfetos e ao ferro piritoso, cujos materiais de origem, sob influência de componentes bióticos e abióticos, ocasionam acidificação dos recursos hídricos e liberam elementos potencialmente tóxicos nos ecossistemas afetados. Este cenário compromete o uso e a ocupação do solo, mesmo depois de cessadas as atividades de mineração. Atualmente, métodos tradicionais de atenuação e controle da DAM envolvem procedimentos que apresentam resultados incipientes ou de baixa eficiência. Neste contexto, este estudo utilizou metodologia inovadora com base em biocarvão e bactérias redutoras de sulfato (BRS), para mitigar a acidez e a presença de contaminantes nas águas da DAM na região carbonífera de Criciúma, Santa Catarina, Sul do Brasil. O biocarvão, produto oriundo de pirólise, apresenta elevada alcalinidade, alta área superficial específica e, portanto, afinidade por adsorção de componentes químicos, além de servir como nicho para a colonização de microrganismos. Neste estudo, biorreatores foram montados com biocarvão oriundo da pirólise de cama de aviário (400 °C) e fontes de BRS (70% do volume do reator) na proporção 4:1 (v/v). Foram avaliadas as seguintes fontes de inóculo de BRS: lodo de esgoto doméstico, sedimento de DAM e esterco bovino. Os biorreatores foram avaliados quinzenalmente durante um período de seis meses. Foram realizadas a caracterizações de comunidades de bactérias totais e de BRS, monitoramento do pH da água, temperatura e potencial redox, presença de coliformes e os teores de elementos-traço e sulfato. Após 30 dias de funcionamento dos biorreatores, Al, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Pb e Zn estavam abaixo dos níveis aceitáveis de acordo com CONAMA (Conselho responsável qualidade da água do Brasil), e não foram detectados coliformes. Dentre as fontes de inóculo de BRS o esterco bovino proporcionou uma redução de 41% na concentração de sulfato (382,4 mg/L inicial) na água de DAM após 180 dias de tratamento. As análises moleculares por DGGE mostraram diferenças na comunidade de BRS em cada um dos tratamentos avaliados, indicando que a fonte de inóculo teve participação decisiva no tratamento da DAM. Os resultados indicaram que a metodologia de emprego de biocarvão enriquecido com populações bacterianas é eficiente na redução de elementos-traço e de sulfato em águas de DAM.<br>

Abstract : Coal is the non-renewable fuel in greater abundance on the globe, responsible for much of the world's energy consumption. One of the main impacts generated by the exploitation of coal is acid mine drainage (AMD). AMD usually occurs when the mineral of interest in mining operations is associated with pyritic sulfides and iron, whose source materials, under the influence of biotic and abiotic components, cause acidification of water sources releasing potentially toxic elements in the affected ecosystems. This scenario affects the use and occupation of the land, even after ceased the mining activities. Currently, traditional methods for the mitigation and control of AMD involve procedures that have incipient results or low efficiency. In this context, this study employed innovative methodology, based on biochar and sulfate-reducing bacteria (BRS), to mitigate the acidity and the presence of contaminants in AMD waters in the coal-mining region of Criciúma, Santa Catarina, southern Brazil. Biochar, a product originated from pyrolysis, generally presents high alkalinity, high specific surface area and, therefore, high affinity for the adsorption of chemical components, while serving as niche for the colonization of microorganisms. In this study, bioreactors containing poultry-litter derived biochar (400 °C) enriched with BRS (70% of reactor volume) in a 4:1 ratio (v/v) were evaluated. BRS sources included domestic sewage sludge, AMD sediment and cow manure. The reactors were evaluated fortnightly for a period of six months. Evaluations included the characterization of communities of total bacteria and BRS, monitoring of the water pH, temperature, oxide-reduction potential, presence of coliforms and levels of trace elements and sulfate. Among the sources of BRS inoculum, cow manure stood out since it caused a 41% reduction in sulfate concentration (382.4 mg/L initial) in the water after 180 days of treatment. DGGE molecular analysis showed different BRS communities in each of the treatments tested, indicating that the inoculum source is of vital importance in AMD treatment. The results indicate that the use of biochar enriched with BRS is effective in the reduction of sulfate and trace elements in AMD waters.