Como conceito literal do termo metal pesado, tem-se uma definição que leva em consideração a elevada densidade desses compostos, ou seja, elementos metálicos com massa específica elevada, massa atômica e número atômico elevados. O conceito de metal pesado também está intimamente entrelaçado a metais que estão associados a contaminações e elevada toxicidade.10, 54
Os metais pesados como Cd, Cr, Cu, Ni, As, Pb, Co e Zn estão sendo excessivamente liberados no meio ambiente devido à rápida industrialização55 e atualmente estão gerando uma grande preocupação dos governos e da sociedade em nível mundial. Tais metais são muitas vezes detectados em efluentes,42 que se originam a partir de atividades industriais como as de mineração, fundição, fabricação de baterias, curtumes, refino de petróleo, fabricação de tintas, pesticidas, indústria de pigmentos, impressão e indústrias de filmes e dispositivos fotográficos, dentre outras.56
Ao contrário de contaminantes orgânicos, metais pesados não são biodegradáveis e devido à sua elevada solubilidade nos ambientes aquáticos, os metais pesados podem ser absorvidos por organismos vivos. Uma vez que eles entram na cadeia alimentar, grandes concentrações de metais pesados podem acumular-se em tais organismos55 e muitos íons de metais pesados são conhecidos por serem tóxicos ou carcinogênicos, causando diversas doenças e distúrbios. Por conseguinte, eles devem ser removidos do efluente antes do lançamento em corpos d’água.57
Atualmente existem vários métodos tradicionais que são empregados na remoção de metais pesados dos efluentes, como: precipitação química, troca iônica, eletroflotação, separação por membrana, osmose reversa, eletrodiálise, extração por solventes, etc., que
16 apresentam inúmeras desvantagens como elevado custo e geração de lodo e em sua maioria são eficazes apenas para tratar efluentes contendo elevadas concentrações de metal.55, 57
Desta forma há um imenso interesse na pesquisa em métodos alternativos para a remoção de metais pesados. Dentre eles, a adsorção é reconhecida como um método eficaz e econômico para tratamento de águas residuárias contendo metais pesados. O processo de adsorção oferece flexibilidade na operação, simplicidade em seu funcionamento, compatibilidade ambiental e elevada eficiência, pois em muitos casos consegue-se produzir um efluente tratado de elevada qualidade.58 A adsorção é por vezes reversível, ou seja, os adsorventes podem ser regenerados pelo processo de dessorção adequado. Além disso, a utilização de adsorventes de baixo custo como os bioadsorventes, diminui os custos da operação.55, 57 A escolha dos metais Co+2 e Ni+2 baseou-se nos malefícios que estes metais causam ao entrarem em contato com os organismos vivos e, portanto, no que concerne a importância de removê-los dos corpos d’água e também no valor econômico deles, como será visto nas seções subsequentes. Além disso, são metais que vêem sendo amplamente investigados quanto à sua remoção, por processo adsortivo3, 42, 59-63, sendo passíveis de comparação com este trabalho.
1.1.3.1 Cobalto
O cobalto é um metal de transição, cujo símbolo é Co, possui número atômico 27 e massa molar 58,933 g/mol, de configuração eletrônica [Ar]3d74s2. Na natureza ocorre normalmente no estado de oxidação +2, mas pode ocorrer em outros estados de oxidação, como 0, +1, +4 e +5. São conhecidos dois isótopos naturais do cobalto: o Co-59 (99,8%) e o Co-57 (0,2%), além do isótopo radioativo Co-60.64
A ocorrência de cobalto na superfície do planeta Terra varia muito. Este elemento não existe na sua forma nativa e é encontrado em meteoritos e em alguns minerais em composição fracionada com outros metais. O cobalto é mais frequentemente encontrado sob a forma de arsenitos e sulfetos. Um importante mineral de cobalto é a cobaltita (CoAsS), que é um sulfeto de cobalto e arsênio.65
O uso mais importante de cobalto é na fabricação de uma variedade de superligas metálicas. As suas ligas apresentam elevada resistência à corrosão e oxidação em elevadas temperaturas e são utilizadas em componentes de máquinas. O óxido de cobalto é usado em vidro para conferir cor rosa ou azul. O isótopo radioativo de Co-60 é usado em radiografia e esterilização de alimentos. Além disso, o cobalto é um elemento essencial para plantas e animais, pois faz parte da biossíntese da vitamina B12, daí sua importância para os organismos
17 humanos, pois a vitamina B12 é indispensável na formação do sangue e na manutenção do sistema nervoso. A deficiência na ingestão de alimentos que contenham cobalto pode causar o crescimento retardado, anemia e perda de apetite. Por outro lado, o excesso de cobalto acarreta problemas na glândula tireóide e dermatites.64, 65
De acordo com a seção II, artigos 14, 15, 16 da Resolução CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente) n° 357/2005, alterada pela Resolução 410/2009 e pela 430/2011, que trata da classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento e estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, o limite máximo permitido para lançamento de cobalto total é 0,05 mgCo/L para águas doces classe I e II e 0,2 mgCo/L para águas doces classe III.66 Ainda segundo a Resolução CONAMA n° 357/2005 em seu capitulo I e Art. 2°, as águas doces são definidas como águas que possuem salinidade ≤ 0,5%.66 No capítulo II, Art. 4° que trata da classificação das águas doces, tem-se:
“Art. 4° As águas doces são classificadas em: I - classe especial: águas destinadas:
a) ao abastecimento para consumo humano, com desinfecção; b) a preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas; e,
c) a preservação dos ambientes aquáticos em unidades de conservação de proteção integral.
II - classe 1: águas que podem ser destinadas:
a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento simplificado; b) a proteção das comunidades aquáticas;
c) a recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA n° 274, de 2000;
d) a irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se desenvolvam rentes ao solo e que sejam ingeridas cruas sem remoção de película; e
e) a proteção das comunidades aquáticas em terras indígenas. III - classe 2: águas que podem ser destinadas:
a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional; b) a proteção das comunidades aquáticas;
c) a recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho, conforme Resolução CONAMA n° 274, de 2000;
d) a irrigação de hortaliças, plantas frutíferas e de parques, jardins, campos de esporte e lazer, com os quais o público possa vir a ter contato direto; e
e) a aquicultura e a atividade de pesca. IV - classe 3: águas que podem ser destinadas:
a) ao abastecimento para consumo humano, após tratamento convencional ou avançado;
b) a irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras; c) a pesca amadora;
d) a recreação de contato secundário; e e) a dessedentação de animais.
V - classe 4: águas que podem ser destinadas: a) a navegação; e
b) a harmonia paisagística.”66
1.1.3.2 Níquel
O níquel é um metal de transição, cujo símbolo é Ni, possui número atômico 28 e massa molar 58,693 g/mol, de configuração eletrônica [Ar]3d84s2. Na natureza ocorre normalmente no estado de oxidação +2, mas pode ocorrer em outros estados de oxidação, como 0, +1, e +3.64
18 É o elemento localizado logo após o cobalto na tabela periódica e por estarem no mesmo período apresentam o mesmo número de camadas eletrônicas e configuração eletrônica na camada de valência similar, fazendo com que também apresentem uma certa similaridade química.
A ocorrência de níquel está claramente relacionada com rochas magmáticas, bem como rochas sedimentares. Entre os ligantes inorgânicos que combinam-se com níquel para a formação de compostos inorgânicos, podem-se citar os halogênios, sulfatos, fosfatos, carbonatos, e para a formação de compostos orgânicos, tem-se o oxigênio, nitrogênio e enxofre.65
As aplicações mais importantes de níquel metálico envolvem a sua utilização em numerosas ligas. Essas ligas são utilizadas para construir uma variedade de equipamentos, vasos de reação, peças de encanamento, de mísseis e componentes aeroespaciais. Anodos de níquel são utilizados para revestimento de muitos metais para melhorar a sua resistência à corrosão. Metais banhados a níquel são usados em vários equipamentos, peças de máquinas, chapas de impressão, e em muitos outros itens simples como tesouras, chaves, grampos, pinos e peças decorativas. Outro grande uso industrial do níquel está em reações que empregam catálise.64
A ingestão de níquel em níveis superiores a seu nível crítico pode trazer problemas pulmonares graves e problemas renais, desconforto gastrointestinal, fibrose pulmonar e dermatite. Além de ser um possível carcinógeno humano.64, 65
De acordo com a seção II, artigo 16 da Resolução CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente) n°430/2011 que trata das condições e padrões de lançamento de efluentes, o limite máximo permitido para lançamento de níquel total é 2,0 mgNi/L67 e, de acordo com a Portaria do Ministério da Saúde n° 2914, de 12 de dezembro de 2011 que dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade, que contém em seu anexo VII uma tabela de padrão de potabilidade para substâncias químicas que representam risco à saúde, dentre as quais se encontra o níquel com um valor máximo permitido de 0,07 mgNi/L.68