Otimização da capacidade de produção de ácido sulfúrico em reator utilizando Acidithiobacillus thiooxidans.

Abstract

Os principais processos convencionais aplicados na indústria mineradora têm enfrentado diversas pressões ambientais e econômicas devido à crescente demanda global por metais. Em vista disso, a produção microbiana de ácido sulfúrico – principal insumo químico consumido pelos processos – tornou-se uma tecnologia atraente para a auxiliar a mineração. Neste trabalho foram elaborados estudos em biorreatores de bancada visando determinar e otimizar a produção de ácido sulfúrico pelo processo de oxidação de enxofre elementar através da ação da bactéria acidófila Acidithiobacillus thiooxidans. Para isso, a Acidithiobacillus thiooxidans cultivada em agitador rotativo a 150 rpm 30 ºC contendo enxofre elementar em diferentes meios de cultura foi utilizada como ponto de partida. Após esse procedimento, a produção de ácido foi escalonada para biorreatores do tipo tanque agitado de 3 L operando em modo batelada e, posteriormente, em modo contínuo. No processo batelada, o pH, a concentração de ácido total e o número de células em solução foram monitorados. Os resultados obtidos indicaram o bom desempenho da bactéria na transposição de escala e determinaram uma capacidade de produção máxima igual a 0,85 mol L-1 em 33 dias de experimento. Além disso, a partir da contagem do número de células, obteve-se uma taxa específica de crescimento (μ) igual a 0,30 dia-1. Em contrapartida, na operação em modo contínuo foi possível verificar que o sistema montado apresentou problemas relacionados com a configuração do biorreator e o tipo de substrato impedindo de determinar e otimizar a produção de ácido. Dessa forma, identificou-se a necessidade de entender inicialmente o comportamento do biorreator com volume e mangueiras maiores e dos diferentes tipos de substrato, como enxofre do tipo grânulo, pérolas ou pastilhado, para posteriormente realizar a otimização do bioprocesso.

The main conventional processes applied in the mining industry have dealt with several environmental and economic pressures due to the rising global demand for metals. As a result, the microbial production of sulfuric acid – the main chemical input consumed by the processes – has become an attractive technology to aid mining. In this work, studies were carried out in bench scale bioreactors to determine and optimize the production of sulfuric acid by the process of oxidation of elemental sulfur through the action of the acidophilic bacteria Acidithiobacillus thiooxidans. Therefore, Acidithiobacillus thiooxidans grown in rotatory shaker at 150 rpm and 30 ºC containing elemental sulfur in different culture media was used as a starting point. After this procedure, the acid production was scaled to 3 L stirred-tank bioreactors operating in batch mode and subsequently in continuous mode. In the batch process, pH, total acid concentration and number of cells in solution were monitored. The results obtained indicated the good performance of the bacteria in the scale transposition and determined a maximum production capacity equal to 0.85 mol L-1 in 33 days of experiment. Furthermore, from counting the number of cells, a specific growth rate (µ) equal to 0.30 day-1 was obtained. On the other hand, in continuous mode operation it was possible to verify that the assembled system presented problems related to the configuration of the bioreactor and the type of substrate, preventing it from determining and optimizing the production of acid. Thus, it was identified the need to initially understand the behavior of the bioreactor with larger volume and hoses and different types of substrates such as granules pearls or pellets, to later carry out the optimization of the bioprocess.