Remoção de corantes têxteis utilizando o substrato residual da produção de cogumelo Pleurotus ostreatus: degradação enzimática e adsorção

Abstract

Este estudo avaliou a remoção da mistura de corantes em efluente têxtil sintético utilizando o Substrato Residual da Produção de Cogumelos (SRC) sem nenhum tipo de tratamento, visando à realização simultânea dos processos de adsorção e degradação enzimática. O percentual de degradação enzimática foi obtido pela diferença entre a remoção com o SRC aquecido a 90ºC para desnaturação das enzimas e o SRC com enzimas. O SRC foi avaliado por MEV, EDS e FTIR. O ponto de carga zero obtido para o SRC foi de 5,5. A lacase presente no SRC foi caracterizada e apresentou atividade máxima em pH 2,0 e 45°C, constante de Michaelis-Menten (Km) de 0,264 mM e velocidade máxima de reação (Vmáx) de 117,95 µmol L-1 min-1. A presença de NaCl a 5 mM inibiu a atividade da enzima e nenhuma inibição foi observada por Na2SO4. Um planejamento fatorial foi realizado e a adsorção máxima do corante (57,22%) foi alcançada em pH 8,0, 25°C e 100 g L-1 de SRC, enquanto a degradação enzimática máxima (14,18%) foi obtida nas mesmas condições, mas no pH 4,0. Com a avaliação isolada das variáveis foi alcançada uma remoção total máxima de 75,67% em pH 8, 155 g SRC L-1 e 25°C. As enzimas lacase, lignina peroxidase e manganês peroxidase aderidas no SRC resultaram em maior descoloração do corante quando comparado com a solução enzimática extraída do SRC, o que significa que o SRC é uma matriz de imobilização natural que melhora a degradação enzimática dos corantes. O tratamento com SRC resultou na remoção de 28,75% da cor verdadeira, mas aumentou os demais parâmetros de qualidade (DQO solúvel e particulada, amônia, fósforo total, cor aparente, turbidez e pH). O modelo cinético de Pseudo-segunda ordem melhor representou a cinética de adsorção e a isoterma Sips promoveu o melhor ajuste dos dados experimentais. Nas temperaturas de 25°C e 35°C a adsorção é exotérmica e química, mas na temperatura de 45°C o processo é endotérmico e ocorre a fisissorção. O tratamento do efluente têxtil com SRC não aumentou a toxicidade para o organismo Daphnia magna. O SRC pode ser utilizado no tratamento de efluentes têxteis para remoção de corantes por mecanismos simultâneos de adsorção e degradação enzimática, com redução de impactos ambientais e de custos associados a enzimas e adsorventes comerciais.

Abstract: This study evaluated the removal of the mixture of dyes in synthetic textile effluent using the Spent Mushroom Substrate (SMS) without any type of treatment, aiming at the simultaneous realization of adsorption and enzymatic degradation processes. The percentage of enzymatic degradation was obtained by the difference between the removal with the SMS heated to 90ºC for enzyme denaturation and the SMS without treatment. SMS was evaluated by SEM, EDS and FTIR. The zero load point obtained for the SMS was 5.5. The laccase present in the SMS was characterized and showed maximum activity at pH 2.0 and 45°C, Michaelis-Menten constant (Km) of 0.264 mM and maximum reaction rate (Vmax) of 117.95 µmol L-1 min-1. The presence of 5 mM NaCl inhibited the enzyme activity and no inhibition was observed by Na2SO4. A factorial design was carried out and the maximum dye adsorption (57.22%) was reached at pH 8.0, 25°C and 100 g L-1 of SMS, while the maximum enzymatic degradation (14.18%) was obtained under the same conditions but at pH 4.0. With the isolated evaluation of the variables, a maximum total removal of 75.67% was achieved at pH 8, 155 g SMS L-1 and 25°C. The laccase, lignin peroxidase and manganese peroxidase enzymes adhered to the SMS resulted in greater dye discoloration when compared to the enzyme solution extracted from the SMS, which means that the SMS is a natural immobilization matrix that improves the enzymatic degradation of the dyes. Treatment with SMS resulted in the removal of 28.75% of the true color, but increased the other quality parameters (soluble and particulate COD, ammonia, total phosphorus, apparent color, turbidity and pH). The Pseudo-second order kinetic model best represented the adsorption kinetics and the Sips isotherm provided the best fit of the experimental data. At temperatures of 25°C and 35°C the adsorption is exothermic and chemical, but at 45°C the process is endothermic and physisorption occurs. The treatment of textile effluent with SMS did not increase the toxicity to the organism Daphnia magna. SMS can be used in the treatment of textile effluents for dye removal by simultaneous mechanisms of adsorption and enzymatic degradation, reducing environmental impacts and costs associated with enzymes and commercial adsorbents.