Bioprodução de ácido sulfúrico em reator Airlift pela bactéria A. thiooxidans

Abstract

O presente trabalho possui como objetivo a produção biotecnológica de ácido sulfúrico utilizando a bactéria Acidithiobacillus thiooxidans, cultivada em reator do tipo Airlift, avaliando diferentes formas de enxofre como fonte de energia, com foco na sustentabilidade e na viabilidade de aplicação industrial. A espécie bacteriana foi selecionada por sua capacidade acidófila e quimiolitoautotrófica, oxidando compostos sulfurados e gerando H₂SO₄ como produto metabólico primário. Foram realizados ensaios comparativos em agitadores orbitais e em biorreator, analisando o crescimento microbiano por densidade óptica, a produção de ácido por titulação potenciométrica e a caracterização das amostras por espectroscopia FTIR. Além disso, o ácido gerado foi aplicado no processo de biolixiviação de cobre proveniente de resíduos de lixo eletrônico, sendo observada eficiência variável conforme a condição experimental, com e sem agitação, e dependendo do valor de massa para um mesmo volume de substrato. Os resultados demonstraram que o enxofre elementar apresentou melhor desempenho como fonte energética em relação ao fertilizante testado, promovendo maior crescimento celular e maior produção de ácido. O cultivo em reator Airlift permitiu um ambiente mais controlado e eficiente, devido a retenção de perda de líquidos pelo condensador, além da aeração e homogeneização proveniente do fluxo de ar atmosférico e possibilitando aumento de escala e estudo da aplicabilidade industrial. O trabalho também considerou etapas de tratamento e reaproveitamento dos resíduos gerados, incluindo neutralização do ácido residual e reaproveitamento da biomassa e do enxofre. Por fim, discutiu-se a inserção do processo em um modelo de economia circular, com potencial de uso do subproduto como fertilizante, e a importância da biotecnologia como ferramenta para processos mais sustentáveis na indústria de base química e na recuperação de metais. Os dados obtidos reforçam a viabilidade da bioprodução de H₂SO₄ como uma alternativa mais rentável economicamente em comparação com a rota tradicional, além de promover a prática de reciclo de metais, como o cobre, de resíduos sólidos eletrônicos, através da biolixiviação.

This work aims to investigate the biotechnological production of sulfuric acid using the bacterium Acidithiobacillus thiooxidans, cultivated in an Airlift-type bioreactor, evaluating different forms of sulfur as an energy source, with emphasis on sustainability and industrial applicability. The bacterial strain was chosen for its acidophilic and chemolithoautotrophic characteristics, capable of oxidizing sulfur compounds and producing H₂SO₄ as a primary metabolic product. Comparative assays were conducted in both shaken flasks and the bioreactor, analyzing microbial growth through optical density, acid production via potentiometric titration, and sample characterization by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). The produced acid was applied in copper bioleaching processes using electronic waste, showing variable efficiency depending on the experimental conditions, with and without agitation, and depending on the mass value for the same volume of substrate. Results indicated that elemental sulfur performed better than the tested fertilizer as an energy source, leading to greater cell proliferation and acid production. Cultivation in the Airlift bioreactor offered better control and scalability, due to the retention of liquid loss by the condenser, in addition to aeration and homogenization resulting from the atmospheric air flow, enabling an assessment of its industrial potential. The study also addressed waste treatment and reuse, including acid neutralization and recycling of biomass and sulfur. Finally, the process was analyzed within the circular economy framework, considering the potential use of byproducts as biofertilizers and highlighting biotechnology's role in creating more sustainable chemical industry processes and metal recovery strategies. The findings support the feasibility of sulfuric acid bioproduction as a more economically profitable alternative compared to the traditional route, while also promoting the practice of recycling metals, such as copper, from electronic solid waste, through bioleaching.