RESUMO
RESUMEN En esta investigación bibliográfica se encontraron reportes sobre una gran variedad de especies responsables de precipitar a cuatro metales de interés (Cu, Pb, Zn y Fe). En la mayoría de las investigaciones no solamente se considera la precipitación de estos metales, sino también la de otros elementos que están presentes en cada efluente estudiado. Los artículos aquí mencionados tienen una relación directa con el efluente proveniente de la operación unitaria de flotación. Aportan conocimiento acerca del proceso de sulfato-reducción, comprendiendo el mecanismo mediante microorganismos con características específicas, especialmente su versatilidad pues se desarrollan en diferentes ecosistemas. Se muestra que varias especies, como Desulfobacter o Desulfovibrio son comunes pues tienen condiciones relativamente sencillas para desarrollarse. Los microorganismos sulfato reductores (MSR) son eficientes para reducir la acidez del agua (de la operación unitaria de flotación de una mina, de cocinas, de corrientes marinas, etc.). También lo son para precipitar diferentes elementos pues no requieren de algún agente externo salvo en contadas ocasiones donde debe actuar un catalizador. Hay investigaciones sobre los nutrientes que deben adicionarse para incrementar su actividad. Los reportes de investigación revisados identificaron las variables a controlar para obtener buenos resultados en la remoción de metales y menores impactos en el ambiente. Es de gran importancia el desarrollo de proyectos que tomen en cuenta un sistema natural, como la degradación anaerobia, para alcanzar un punto en el cual la tecnología y el ambiente puedan complementarse logrando bienes de consumo necesarios para la población sin causar daños irreparables a la naturaleza.
ABSTRACT In this bibliographical research, reports were found on a great variety of species responsible for precipitating four metals of interest (Cu, Pb, Zn and Fe). In most of the investigations, not only the precipitation of these metals is considered, but also that of other elements that are present in each effluent studied. The items mentioned here have a direct relationship with the effluent from the flotation unit operation. They provide knowledge about the sulfate-reduction process, understanding the mechanism through microorganisms with specific characteristics, especially their versatility as they develop in different ecosystems. It is shown that several species, such as Desulfobacter or Desulfovibrio, are common because they have relatively simple conditions to develop. Sulfate-reducing microorganisms (SRM) are efficient in reducing the acidity of water (from the flotation unit operation of a mine, kitchens, ocean currents, etc.). They are also used to precipitate different elements since they do not require any external agent except on rare occasions when a catalyst must act. There is research on the nutrients that should be added to increase its activity. The research reports reviewed identified the variables to control to obtain good results in the removal of metals and less impact on the environment. The development of projects that take into account a natural system, such as anaerobic degradation, is of great importance in order to reach a point where technology and the environment can complement each other, achieving necessary consumer goods for the population without causing irreparable damage to nature.
RESUMO
Resumo A drenagem ácida de mina da mineração de carvão é um dos mais graves problemas ambientais que existem atualmente e é caracterizada, principalmente, por apresentar elevada acidez, baixo pH e expressiva concentração de metais tóxicos, como ferro, Mn e muitos outros, afetando diretamente mananciais e rios. Em busca de uma alternativa que pudesse melhorar, de forma eficiente e econômica, os níveis de acidez e ferro da água impactada pela drenagem ácida de mina, foi desenvolvido um adsorvente geopolimérico à base de materiais residuais da indústria cerâmica e do beneficiamento de arroz (cinzas da casca de arroz). O objetivo desta pesquisa foi avaliar a eficiência do geopolímero na remoção de íons ferro em água contaminada com drenagem ácida de mina. Foram avaliados aspectos de dosagem do adsorvente, efeito da temperatura, concentrações iniciais de ferro, cinética e parâmetros termodinâmicos do processo de adsorção. O percentual de ferro removido foi de 92,76%, à temperatura de 25 °C, em um período de 20 min, com uma concentração de adsorvente de 4 g L-1. A capacidade máxima de adsorção de ferro pelo geopolímero foi de 7,18 mg.g-1. O principal mecanismo de adsorção ocorreu em razão da quimissorção, que segue o modelo cinético de pseudossegunda ordem. O geopolímero se mostrou como uma alternativa eficiente ao tratamento de água contaminada com drenagem ácida de mina.
Abstract Acid mine drainage is a worldwide problem and is characterized by high acidity, low pH and expressive concentration of heavy metals, such as iron, Mn and many others, directly affecting water sources and rivers. In search of an alternative that could efficiently and economically improve the levels of acidity and water iron impacted by acid mine drainage, a geopolymeric adsorbent based on residual materials was developed: from the ceramic industry and rice processing (rice husk ash). In this work, it was evaluated the efficiency of the geopolymer in removing iron ions in water contaminated with acid mine drainage. Aspects of adsorbent dosage, temperature effect, initial iron concentrations, kinetics and thermodynamic parameters of the adsorption process were evaluated. The percentage of iron removed was 92.76%, at a temperature of 25 °C, for 20 min, with an adsorbent concentration of 4 g L-1, with the maximum capacity for adsorption of iron by the geopolymer being 7.18 mg.g-1. The main mechanism of adsorption occurred due to chemisorption, which follows the kinetic model of pseudo-second order. Geopolymer appears potentially useful an efficient alternative in the treatment of water contaminated with acid mine drainage.
RESUMO
Exploring the mechanisms of maintaining microbial community structure is important to understand biofilm development or microbiota dysbiosis. In this paper, we propose a functional gene-based composition prediction (FCP) model to predict the population structure composition within a microbial community. The model predicts the community composition well in both a low-complexity community as acid mine drainage (AMD) microbiota, and a complex community as human gut microbiota. Furthermore, we define community structure shaping (CSS) genes as functional genes crucial for shaping the microbial community. We have identified CSS genes in AMD and human gut microbiota samples with FCP model and find that CSS genes change with the conditions. Compared to essential genes for microbes, CSS genes are significantly enriched in the genes involved in mobile genetic elements, cell motility, and defense mechanisms, indicating that the functions of CSS genes are focused on communication and strategies in response to the environment factors. We further find that it is the minority, rather than the majority, which contributes to maintaining community structure. Compared to health control samples, we find that some functional genes associated with metabolism of amino acids, nucleotides, and lipopolysaccharide are more likely to be CSS genes in the disease group. CSS genes may help us to understand critical cellular processes and be useful in seeking addable gene circuitries to maintain artificial self-sustainable communities. Our study suggests that functional genes are important to the assembly of microbial communities.
Assuntos
Humanos , Microbioma Gastrointestinal , Genética , Genes Microbianos , Microbiota , Genética , Mineração , Modelos Genéticos , Poluição da ÁguaRESUMO
RESUMO: Rejeitos de carvão contêm vários minerais, entre os quais a pirita, que se oxida e gera a drenagem ácida de minas (DAM), um efluente ácido com alto poder poluidor. Atualmente, o setor de mineração de carvão brasileiro controla a DAM por meio do tratamento pelo método de neutralização/precipitação de metais, que consome substanciais quantidades de reagentes e gera um grande volume de lodo. O objetivo deste trabalho foi estudar a minimização da geração da DAM por outra abordagem, o método preventivo de isolamento e exclusão de sulfetos. O processo consiste na remoção da pirita da massa de resíduos, reduzindo a geração de acidez e minimizando a carga de metais nas estações de tratamento. A metodologia do trabalho consistiu na separação gravimétrica por meio denso de uma amostra típica de rejeito de carvão, obtendo-se três frações densimétricas: inferior a 2,2, entre 2,2 e 2,7 e superior a 2,7. Cada fração foi submetida às análises imediata e elementar. Também foram realizados ensaios estáticos e cinéticos em células úmidas para avaliação da geração de acidez no rejeito bruto e na fração com densidade intermediária. Os resultados demonstraram que, por intermédio do beneficiamento gravimétrico dos rejeitos, é possível reduzir em 30% o volume de material descartado. Esse material apresenta um potencial de geração de acidez líquido de 80 a 90% inferior ao do rejeito de carvão bruto. Além disso, estima-se que os custos com reagentes no tratamento de águas ácidas produzidas da mineração de carvão possam ser reduzidos em aproximadamente 85%.
ABSTRACT: Coal wastes contain many minerals, including the pyrite, which oxidize and generates the acid mine drainage (AMD), a highly polluting effluent. Currently, the Brazilian coal mining operations emphasise AMD control using waste water treatment systems which consume substantial amounts of reagents and generate large amounts of sludge. The aim of this work was to study the acid mine drainage control by another approach, the sulphide exclusion preventive method. The method comprises in removing the pyrite form coal tailings, reducing the acid generation and minimizing the metals load in wastewater treatment plants. Accordingly, a typical coal waste sample was submitted to a density separation process to divide the sample in the following relative density ranges: below 2.2, from 2.2 to 2.7 and above 2.7. All density fractions were submitted to ultimate and proximate analysis. Static and kinetic tests were carried with the raw waste and the pyrite-free fraction. The results showed that, by gravity processing of coal tailings, it is possible to decrease 30% the volume of wastes. The remaining material presents an acid generation potential of about 80-90% lower than the raw waste. Furthermore, it is expected a reduction in costs of reagents of approximately 85% in acid mine treatment plants.
RESUMO
No sul catarinense, cristais de pirita associados a rejeitos de beneficiamento de carvão mineral, quando alterados, desencadeiam o processo conhecido como drenagem ácida de mina (DAM). Este trabalho objetivou avaliar a eficiência de três sistemas de coberturas secas sobre estes rejeitos, como uma opção para o controle da DAM. Agentes neutralizantes da DAM como a cinza pesada e o calcário foram misturados com os rejeitos ou dispostos acima destes. Para reduzir a infiltração de água e difusão de oxigênio no meio, foi empregada uma camada de 50 cm de solo silte-argiloso compactado. Os experimentos foram monitorados por um ano, sendo analisados nos lixiviados alguns parâmetros indicadores da DAM, além da presença de bactérias ferro-oxidantes e sulfato-redutoras. Os resultados obtidos indicaram uma boa eficiência na prevenção da DAM de dois dos três sistemas de coberturas pesquisados.
In the southern of the Santa Catarina state, the weathering and oxidation of pyrite-containing coal has been the major agent of Acid Mine Drainage (AMD) production. The purpose of this study was to verify the efficiency of three different cover systems to inhibit AMD. Experiments were built in field lysimeters with alkaline agents - bottom ash and limestone - placed over or mixed with fresh coal waste. To reduce the water infiltration rates and oxygen diffusion 50 cm of compact mud soil layer was put over waste. The top cover was constituted by 10 cm of the same soil, mixed with bottom ash. During one year, these experiments have been monitored through chemical (pH, Eh, Fe2+, Fe total, Al, Ca, Mg, Zn, Pb and Mn) and microbiological (Thiobacilus ferroxidans presence) composition of effluents. The results indicated that two of three cover systems employed were efficient on AMD prevention.