Application of biological processes for the removal of microplastics from wastewater

A presente dissertação explora estratégias inovadoras para a remoção de microplásticos de águas residuais urbanas, em conformidade com a Diretiva Europeia UE 2024/3019, que impõe a sua monitorização nas estações de tratamento de águas residuais e a implementação de medidas que reduzam a sua presença nas águas residuais e lamas. O estudo centrou-se na biodegradação de microplásticos usando a enzima lacase, uma multicobre oxidase produzida por fungos de podridão branca e reconhecida pela sua elevada versatilidade biocatalítica. Foram estudados três tipos de microplásticos: poliamida 6 (PA6), com tamanho de 10– 20 μm; polietileno de baixa densidade (LDPE), com partículas de 300 μm e 600 μm; e politereftalato de etileno (PET), com tamanho de 300 μm. Cada tipo foi analisado em duas condições distintas: sem envelhecimento e com envelhecimento artificial, realizado durante 33 dias sob exposição a luz fluorescente branca, a uma temperatura de 22 °C e com 70% de ventilação. Ao longo dos ensaios, foi feita a monitorização da atividade enzimática, através do substrato cromogénico ácido 2,2′-azino-bis(3-etilbenzotiazolina-6-sulfónico (ABTS). No final do período experimental (7 dias), avaliaram-se os parâmetros físico-químicos pH, condutividade e sólidos suspensos totais. Adicionalmente, procedeu-se à caraterização dos microplásticos, através das técnicas analíticas de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia de micro-Raman, com o objetivo de identificar possíveis alterações estruturais nos polímeros. Nos estudos com microplásticos virgens, a lacase demonstrou interações superficiais. No ensaio com LDPE de 300 μm, observaram-se alterações no pH e condutividade, mas sem evidência de degradação estrutural. O PA6 apresentou formação de subprodutos e modificações espectrais ligeiras identificadas por micro-Raman. No PET, observaram-se sinais de oxidação superficial, evidenciados pelo aumento da intensidade das bandas associadas aos grupos carbonilo e hidroxilo; contudo, não tendo sido identificadas alterações da estrutura polimérica principal. Nos ensaios com microplásticos envelhecidos, verificou-se que o envelhecimento aumentou a suscetibilidade do PA6 à ação da lacase, refletida numa redução nos sólidos suspensos totais e por alterações nas bandas caraterísticas do grupo amida detetadas por FTIR. O PET envelhecido evidenciou uma fragilidade acrescida da matriz polimérica e sinais de oxidação superficial detetados por FTIR, sugerindo que o envelhecimento favoreceu a atuação da lacase a nível da superfície do microplástico. Em contraste, o LDPE manteve-se altamente resistente, não evidenciando alterações estruturais relevantes, mesmo após envelhecimento. Conclui-se que a eficácia da lacase é influenciada pela natureza química, granulometria e estado de envelhecimento dos microplásticos. Embora não tenham sido observadas alterações relevantes, a lacase demonstrou potencial para induzir modificações superficiais nos microplásticos.