A figura 4.1 apresenta os procedimentos experimentais realizados ao longo de todo o trabalho.
4.1 - Amostras sólidas - Coleta
As amostras sólidas utilizadas foram coletadas em 3 (três) minas de ouro desativadas, localizadas na cidade de Ouro Preto/MG, utilizadas apenas para atividades relacionadas ao turismo. Destas, coletou-se um total de 05 (cinco) amostras simples, utilizando trado manual, retiradas nos túneis no interior das minas, raspando-se a parede, no caso das amostras superficiais, e a 20 cm de profundidade no chão, no caso das amostras profundas. As coletas foram feitas onde havia presença de água e foram retirados cerca de 200 g de solo de cada local. As amostras foram acondicionadas em potes plásticos e transportadas ao laboratório para processamento. As áreas da coleta estão descritas a seguir:
a) Mina Velha, Ouro Preto/MG. A Mina Velha está localizada em um quintal de uma residência na Rua Santa Rita, número 21, bairro Padre Faria, Ouro Preto/MG, a 20º38’73.72’’ de latitude S e 43º49’02.25’’ de longitude O. É uma mina desativada que possui 2 km de extensão, sendo 370 metros iluminados e abertos à visitação. Nesta mina foram escolhidos dois pontos de coleta (figura 4.2), assim identificados: MVS (Mina Velha - Superficial) e MVP (Mina Velha - Profundo).
Figura 4.2 – Vista do interior da Mina Velha. (a) Superfície - S; (b) Profundo - P
Fonte: Próprio autor
(b) (a)
Figura 4.1 – Fluxograma representando os procedimentos experimentais
b) Mina do Chico Rei, Ouro Preto/MG. A Mina do Chico Rei está localizada na Rua Dom Silvério, número 108, bairro Antônio Dias, Ouro Preto/MG, a 20°38’62.25’’ de latitude S e 43°49’8255’’ de longitude O. Esta mina foi uma das maiores do estado de Minas Gerais e pertenceu a Chico Rei, um escravo que adquiriu a sua liberdade e a própria mina. A mina, que tem 1.500 metros de extensão, foi desativada em 1888 e a visita guiada percorre somente alguns túneis. Nesta mina foi coletada apenas uma amostra identificada como CRP (Chico Rei – Profundo).
c) Mina Santa Rita, Ouro Preto/MG. A mina de Santa Rita está localizada na Rua Santa Rita, número 172, bairro Padre Faria, Ouro Preto/MG, a 20º38’65.02’’ de latitude S e 43º49’29.57’’ de longitude O. Esta mina foi escavada por escravos no período do ciclo do ouro em Ouro Preto e hoje está desativada, servindo apenas para visitação. Nesta mina foram coletadas duas amostras em pontos diferentes, identificadas como: SRS (Santa Rita – Superficial) e SRP (Santa Rita – Profundo).
4.2 - Preparação e caracterização das amostras sólidas
Preparação:
As amostras minerais coletadas foram secas à temperatura ambiente. Para a homogeneização, as amostras foram colocadas em potes plásticos tampados e agitados manualmente por cerca de 2 minutos. Logo após, elas foram peneiradas em um tamis para posterior utilização. Para os testes, foram selecionadas as frações com granulometria inferior a 1mm.
Análises:
O pH e Eh das amostras foram determinados utilizando-se suspensões aquosas preparadas na proporção 1:2,5 (MELLO et al, 2006), utilizando-se 5 g de solo e 12,5 ml de água destilada. A solução foi colocada em um tubo tipo Falcon com capacidade para 50 ml, que foi levado a um agitador do tipo vórtex por 2 minutos para homogeneização e logo após os valores foram aferidos utilizando-se um medidor digital de pH/milivolt DIGIMED, modelo DM-20 com eletrodo combinado de platina-Ag/AgCl modelo DMR-CP1. Os resultados apresentados foram corrigidos em relação ao eletrodo de hidrogênio.
A determinação da composição química quantitativa das amostras por meio da quantificação dos elementos solubilizados após a digestão em Água Régia conforme protocolo descrito no Anexo 1 foi feita por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), utilizando-se o equipamento da marca Spectro, modelo Ciros CCD. As análises foram executadas pelo Laboratório de Geoquímica Ambiental do Departamento de Geologia da Universidade Federal de Ouro Preto.
A determinação da composição mineralógica das amostras foi feita por difração de raio-X, utilizando-se o equipamento modelo Empyrean da Panalytical, com a colaboração do Professor Dr. Hubert Matias Peter Roeser, do Laboratório de Difratometria de Raio X do Departamento de Geologia da Universidade Federal de Ouro Preto.
Foram feitas análises microscópicas do material em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) acoplado a “energy dispersive system” (EDS) utilizando-se o equipamento modelo JSM-5510 e aceleração de voltagem 20 kV, com a colaboração do Professor Dr. Leonardo Evangelista Lagoeiro do Laboratório de Microscopia e Microanálise do Departamento de Geologia da Universidade Federal de Ouro Preto.
4.3 - Obtenção dos inóculos bacterianos
Para o enriquecimento das amostras de bactérias anaeróbias naturalmente presentes nos locais das coletas (minas), uma fração da amostra sólida, superficial e profunda, foi coletada nos mesmos pontos descritos anteriormente utilizando-se potes plásticos esterilizados. Os potes contendo o material foram acondicionados, em refrigeração, a 4ºC até o processamento.
Utilizou-se o meio de cultura líquido Postgate B específico para bactérias anaeróbias, cuja composição está descrita na Tabela 4.1. O pH da solução foi ajustado para 7,0 + 0,2 com adição de HCl ou NaOH na concentração de 0,1 mol.L-1. Em seguida, a solução foi autoclavada sob calor úmido (120ºC, 1,5 atm, 20 minutos). A solução de sulfato ferroso pH 7,0 foi autoclavada, separadamente, para evitar a precipitação do ferro e depois adicionada ao meio de cultura.
O enriquecimento bacteriano foi feito empregando-se 5 g de solo e 45 ml de meio líquido Postgate B em frascos de vidro com capacidade para 50 ml. Os frascos de cultura foram lacrados para evitar trocas gasosas com o meio e mantidos em baixa pressão de oxigênio em estufa a 35ºC, durante 15 dias ou até a detecção do crescimento das culturas
evidenciado pela presença de precipitado negro, resultante da reação entre o ferro presente no meio e o sulfeto produzido biologicamente. Após esses 15 dias, foi feito um primeiro repique a partir de 10 ml deste meio com crescimento bacteriano e 40 ml de um novo meio Postgate B em frascos de vidro com capacidade para 50 ml. Estes novos frascos foram lacrados conforme os anteriores e colocados em estufa a 35ºC durante 15 dias ou até a detecção de crescimento bacteriano (enegrecimento do meio). Pelo menos outros dois repiques seguidos foram feitos desta maneira a fim de obter uma cultura bem adaptada às condições de cultivo, antes da realização dos ensaios.
Tabela 4.1 – Composição do meio de cultura Postgate B utilizado no experimento
Composição Concentração em 1 litro de água destilada
KH2PO4 0,5 g NH4Cl 1,0 g Sulfato de cálcio 1,26 g MgSO4.7H2O 2,0 g Extrato de levedura 1,0g FeSO4.7H2O 0,5 g Tioglicolato de sódio 0,5 g Ácido ascórbico 0,1 g Lactato de sódio 7 ml
Fonte: POSTGATE, 1963 apud GUEDES, 2011
4.4 - Matéria orgânica
Com a intenção de identificar o papel da matéria orgânica na mobilização do As e outros elementos, alguns frascos receberam uma quantidade determinada de um material formado por uma mistura de penas e vísceras de galinha trituradas e sangue cozido, sendo por isso constituído basicamente de proteínas, principalmente queratina. “O teor bruto de proteínas do material é em torno de 80%, sendo os teores de aminoácidos contendo grupamentos -SH em sua estrutura são de aproximadamente 0,67% de metionina e 3,68% de cisteína” (SCAPIM et al, 2003 apud COSTA, 2012).
Este material orgânico foi escolhido em função da sua composição química. Outros autores, ao utilizar material biológico semelhante (TEIXEIRA, 2004) discutem que a presença dos grupos -SH na estrutura da queratina do pós de penas de galinhas pode contribuir para a imobilização do arsênio solubilizado no meio por meio de adsorção específica. Além disso, segundo Costa (2012) este material biológico poderia funcionar como fonte nutricional para o crescimento bacteriano, servindo como fonte de carbono e outros elementos. Este mesmo material foi caracterizado previamente por Costa (2012) que obteve os resultados descritos a seguir na Tabela 4.2. Durante a realização deste trabalho foi utilizado apenas a porção do material orgânico com granulometria inferior a 0,71 mm.
Tabela 4.2 – Caracterização físico-química do pó de penas quanto à fração solúvel e insolúvel
Fração insolúvel Fração solúvel
Composição química (mg.L-1)
Granulometria <24 mesh Tyler Sulfato 84 Cobre 0,013 Ferro 0,47 Densidade 1,242 g.cm-3 DBO 6661 Fósforo 71,1 Enxofre 340
Área
superficial 0,787 m2.g-1 DQO 7601 Potássio 163 Silício 3 Volume de
microporos 0,00037 cm3.g-1 DQO/DBO 1,14 Magnésio 36,65 Zinco 0,94 Área de
microporos 1,038 m2.g-1 TOC 2302 Manganês 0,67 Cálcio 15,6 Fonte: COSTA, 2012
4.5 - Estudos de mobilização de arsênio em solo
O estudo utilizou como base a metodologia adotada por Mello et al (2006). Pesou-se 5 g de solo seco, que foram colocados em tubos cônicos tipo Falcon de 50 ml. Acrescentaram- se 35 ml de CaCl2 2,5 mM autoclavado (figura 4.3). Os tubos foram agitados por 5 minutos em agitador tipo vortex para homogeneização e colocados verticalmente em repouso à temperatura ambiente (21,0°C + 2,0°C) em caixa térmica. Os valores de temperatura foram registrados semanalmente. As amostras foram mantidas em frascos lacrados para estabelecimento de condição de anaerobiose por 120 dias. Após tempos de contato de 1, 30, 60, 90 e 120 dias os frascos foram retirados da caixa térmica e as amostras processadas para análise. Este teste foi denominado Condição Controle, uma vez que não foram adicionados meio de cultura, inoculo microbiano ou material orgânico (pó de penas de galinha). Nesta bateria de testes foi analisada a solubilização espontânea do As contido no mineral.
Na segunda bateria de testes, além da mistura descrita acima foram adicionados 5 g do pó de penas de galinha à solução lixiviante para verificar seu efeito sobre a solubilização do As. Tal bateria de testes foi denominada Condição B. Os frascos foram submetidos às mesmas condições e tempos de reação.
Para os testes visando evidenciar o papel do inoculo microbiano na solubilização do As, além da amostra sólida e das soluções 5 ml de inóculo bacteriano foram adicionados a cada frasco de reação. Tal condição experimental foi denominada Condição C.
Figura 4.3 - Montagem dos frascos utilizados na condição B
Fonte: Próprio autor
Uma quarta bateria de testes foi montada utilizando-se 5 g de pó de penas de galinha e 5 ml de inóculo bacteriano além do solo e da solução de CaCl2 visando avaliar simultaneamente, o efeito da adição de micro-organismos e matéria orgânica ao sistema. Tais testes foram denominados Condição D.
Finalizado o período de observação, as amostras, independentemente da condição experimental, foram processadas da mesma forma. Ao final de cada tempo de contato, o pH e o Eh das suspensões foram determinados. As amostras foram então centrifugadas a 6000 rpm, 10 minutos, 20ºC e os sobrenadantes foram coletados em novos frasco contendo 10 ml de HCl 0,8% (v/v) e mantidas à temperatura de 4ºC até o momento da análise dos teores de elementos solúveis por ICP-OES. Os resultados completos das análises químicas de todas as amostras estão listados nos Anexos 3 a 22. Cada experimento foi realizado em duplicata e os frascos foram identificados com os algarismos 1 e 2. Os dados apresentados e discutidos neste trabalho são resultados obtidos pela média aritmética das duplicatas. Nos gráficos, as
concentrações do As e das demais espécies químicas são dadas em mg.L-1 e estão apresentadas em escala logarítmica. O protocolo experimental pode ser resumido conforme a tabela 4.3.
Tabela 4.3 – Resumo do experimento de mobilização do arsênio
Condições Amostra sólida (g) CaCl2 (ml) Pó de penas de galinha (g) Inóculo bacteriano (ml)
Controle 5 35 - -
B 5 35 5 -
C 5 35 - 5
D 5 35 5 5