Biotehnologii de Tratare a Apelor Uzate

1. Introducere

Metale grele au posibilitatea să intre in reteaua de alimentare cu apa, fie de la activitati industriale cum ar fi microelectronica, galvanizare, fabricarea bateriilor,

metalurgice şi industria de îngrăşământ sau ploile acide care patrund in soluri şi elibeaza metale grele în fluxuri, lacuri, râuri, si in apele subterane. Metalele grele sunt luate în organism prin inhalare, ingestie, şi adsorbţie piele. Cele mai multe sunt extrem de dăunătoare oamenilor, animalelor şi plantelor în principal din cauza acumularii lor

în organism.

Plumbul este un metal greu, deosebit de periculos, deoarece odată ce

ajunge în organismul uman, se dispersează în întreg organismul imediat

şi provoacă efecte dăunătoare oriunde ajunge.

De exemplu, poate deteriora celulele roşii din sânge şi limiteaza capacitatea lor de a asigura oxigen la nivelul organelor şi ţesuturilor. Poate afecta, de asemenea sistemul nervos, rinichii şi auzul. În special copiii nenăscuţi şi copii mici sunt expuşi riscului de probleme de sănătate de la intoxicatia cu plumb deoarece corpurile lor mai mici, ii face mai sensibil la absorbtia ionilor de plumb. Compuşii de plumb sunt cunoscuti ca otrăvuri metabolice şi inhibitor de enzime. Multe activităţi industriale, cum ar fi cea de fabricare de baterii, placare de metal şi rafinarii petroliere sunt surse majore de poluare cu plumb. Plumbul, de asemenea se răspândeşte în apele din mediu prin topirea minereului de sulf şi utilizarea de combustibili fosili.

Plumb este luat în organism prin inhalare, ingestie, şi absorbtia prin piele.

În apă potabilă, limita maximă admisibilă din total Pb considerat în condiţii de siguranţă de către Organizaţia Mondială a Sănătăţii este 50µg/l, desi, Agenţia de Protecţie a Mediului a Statelor Unite (USEPA) considera limita mai putin de 15 µg/l. Este, astfel, important sa eliminam plumbului şi alti ioni toxici de metale grele din ape şi din apele uzate înainte de a fi eliberate în mediul.

Metodele convenţionale de indepartare a plumbului şi a altor metale grele din apă şi din apele uzate includ osmoza inversa, precipitarea chimica, extracţia cu solvenţi, filtrarea, schimbul de ioni, fitoremedierea, electrodializa, electroflotatia, oxidarea chimica sau reducerea, şi coagulare. Cu toate acestea, aplicabilitatea tuturor aceste metode este adesea limitata din cauza mai multor dezavantaje inclusiv indepartarea incompleta a metalelor, costuri de capital şi operaţionale ridicate, selectivitate scăzută, cerinte mari de reactive si energie, precum şi generarea de nămol toxic sau a altor deseuri toxice care sunt dificil de eliminate.

Printre tehnicile tradiţionale, metoda de schimb de ioni este deosebit de fiabila pentru eliminarea metatelor grele din apă, dar costurile ridicate şi îndepărtarea parţială a anumitor ionii ii limiteaza utilizarea. Fitoremedierea reprezinta folosirea anumitor plante pentru a curăţa solurile, sedimentele, şi apele contaminate cu diversi poluanţi, cum ar fi metalele grele. Cu toate acestea, procesul necesită o

lungă perioadă de timp pentru eliminarea metalelor, deoarece ratele de creştere sunt

foarte mici.

Printre diferitele tehnici de tratare a apelor uzate, bioabsorbtia

de metale grele este o metodă alternativă promiţătoare datorită selectivităţii sale ridicate, usurinta in manevrare, costuri mai mici de exploatare, cu randament ridicat în înlăturarea niveluri foarte scăzute de metale grele din solutiile diluate, reduce cantitatea de nămol chimic sau biologic, precum şi regenerarea bioabsorbantilor.

Biosorbtia este legarea si concentrarea metalelor grele sau a altor poluanti din solutii apoase de catre anumite tipuri de biomasa vie sau moarta. Deşi biosorbtia este o tehnica eficienta şi versatila, mecanismul său este nu este bine înţeles.

Bioabsorbtia ionilor de metale grele poate avea loc printr-o serie de mecanisme, inclusiv schimbul de ioni, complexare, coordonare, chelare, adsorbţia fizică, microprecipitatia, oxidare, şi reducerea. Gradul şi rata de bioabsorbtie de metale grele pe bioabsorbant depind de proprietăţile ionilor de metal, condiţii de funcţionare, proprietăţi fizice şi de suprafaţă ale bioabsorbantului. Sunt necesari bioabsorbanti noi, economici, accesibili si buni ce poseda capacitate mare de incarcare pentru tratarea apelor contaminate si apelor uzare de metele grele. Bioabsorbantii pot fi împărţiti în două categorii: microorganisme vii sau non-vii, cum ar fi alge, ciuperci şi bacterii, precum şi derivati agricoli sau forestieri cum ar fi coji de arahide, soia, precum şi scoarţă de copac.

Avantajele derivatiilor agricoli si forestieri ca bioabsorbanti in comparative cu microorganismele sunt acelea ca nu trebuie sa fie special produsi ei sunt derivati sau deşeuri din agricultura sau din procesele de silvicultură, şi sunt deja disponibili în cantităţi mari. În ultimii ani, un număr mare de derivati agricoli şi forestieri cum ar fi de paie de orez, scoarta de pin , lignina tehnica, şi biomasă de plută au fost utilizate pentru îndepărtarea metale grele din apele şi apele uzate. Bioabsorbtia de metale grele de către aceste materiale ar putea fi puse pe seama

proteinelor ce le contin, carbohidratilor şi compuşilor fenolici, având carboxil,

hidroxil, fosfat, sulfat, şi grupuri de aminoacizi, care pot lega ioni metalici.

In acest studiu, am folosit scoarta de pin (Pinus Brutia ), ca bioabsorbant

datorită costurilor scăzute, eficienţei inalte şi disponibilitate. Pinul este unul dintre cei mai importanti arbori de padure care sunt distribuiti în mod natural in regiune mediterană şi egee a Turciei. Este un copac important din punct de vedere economic in ţară, oferind atât resurse de cherestea şi de agrement, folosit pe scară largă în programe de împădurire şi reîmpădurire. Pinus Brutia este dispus pe o gamă largă în Turcia, scoarţă de copac Brutia P. are un conţinut ridicat de tanin, de aceea este de aşteptat să fie un bioabsorbant eficient pentru eliminarea a ionilor de Pb din solutii apoase. Grupuri de polihidroxid şi polifenoli sunt speciile active din tanin.

Scopul prezentei lucrări a fost de a investiga posibile utilizări ai scoarţei Pinus brutia ca un material alternativ de bioabsorbtie pentru indepartarea ionilor de Pb din solutii apoase. Studiul include o evaluare a efectelor diversilor parametric ai procesului, cum ar fi pH-ul initial al soluţiei, timp de contact, concentratia initiala de Pb (II) de şi

masa iniţială de scoarţă, gradul de reutilizare a scoarţei şi desorbţie a scoartei incarcate cu metal. Efectele ionilor metalelor grele au fost, de asemenea evaluate in gradul de asimilare a Pb (II) de catre biomasa de scoarta. Modele de adsorbţie Langmuir si Freundlich au fost utilizate pentru a potrivi echilibru izotermic. Paramentrii cinetici şi termodinamici, de asemenea, au fost calculate pentru a descrie mecanismul de absorbţie.