- Bio Organic

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO GRANDE DO SUL
UNIDADE DE NOVO HAMBURGO
CURSO DE ENGENHARIA DE BIOPROCESSOS E BIOTECNOLOGIA
GISELE PESSI LEGRAMANTI
PROJETO FINAL
ESTUDO DA VIABILIDADE DO TRATAMENTO DE UM EFLUENTE INDUSTRIAL COM ALTA
CARGA ORGÂNICA, EM ESCALA LABORATORIAL, COM O USO DE UM INÓCULO COMERCIAL
NOVO HAMBURGO
2008
GISELE PESSI LEGRAMANTI
PROJETO FINAL
Projeto Final apresentado como requisito
parcial
para
Engenheira
obtenção
de
do
título
Bioprocessos
de
e
Biotecnologia na Universidade Estadual do
Rio Grande do Sul.
Prof.ª Dr.ª Andréia Mara Rotta de Oliveira
Orientadora
Prof. Dr. Álvaro Meneguzzi
Co-orientador
NOVO HAMBURGO
2008
AGRADECIMENTOS
Ao meu pai Clóvis, à minha mãe Neli, ao meu irmão André e demais familiares, pelo incentivo, apoio
e amor que me dedicaram durante estes seis anos.
Ao meu marido Daniel, pela confiança, incentivo e amor. Te amo muito.
À minha orientadora, Profª. Drª. Andréia Mara Rotta de Oliveira, pela orientação e pelo apoio neste
momento decisivo da minha formação, transmitindo seu conhecimento, colaborando assim para o
meu crescimento profissional.
Ao meu co-orientador, Prof. Dr. Álvaro Meneguzzi, pela dedicação, tempo e paciência para me ajudar
nos momentos que eu mais precisei, naqueles momentos onde eu achei que nada iria dar certo, ele
me disse que eu era capaz e que eu iria conseguir.
À Profª. Drª. Isabela Lagreca, por seu apoio e amizade.
Á empresa Millenium Tecnologia Ambiental, em especial ao Eduardo, pelo apoio e motivação para a
concretização da idéia deste trabalho.
À empresa Econsulting, em especial ao Daniel, por sua amizade e pela ajuda na realização deste
trabalho.
À banca examinadora, por aceitar o convite para a avaliação deste trabalho.
Aos meus colegas, que se tornaram meus amigos do coração e para sempre e que enfrentaram junto
comigo as etapas da realização deste trabalho.
A todos que direta ou indiretamente contribuíram para a realização do meu sonho.
Muito obrigado a todos.
RESUMO
Neste trabalho foi verificada a eficácia do tratamento de um efluente industrial, em escala
®
laboratorial, através da técnica de bioaumentação, com o uso do inóculo comercial Enzilimp . O
efluente testado é de uma indústria produtora de farinha para ração animal e possui elevada carga
orgânica. Reservatórios foram adaptados como reatores para o teste de eficácia do tratamento do
efluente industrial. Três destes reatores foram usados para o teste em triplicata, denominados de
reatores 1, 2 e 3, e o quarto reator foi usado como controle, denominado de reator C, ou seja, sem a
aplicação do inóculo. Os reatores funcionaram em forma de batelada, com um sistema de
º
termostatização para a manutenção da temperatura entre 25 e 30 C e não foram utilizadas agitação
®
e aeração artificial. Nos reatores teste foi aplicado 20 g do inoculante comercial Enzilimp . Foram
utilizados parâmetros de monitoramento físico-químico e microbiológico, tais como, demanda
química de oxigênio (DQO), sólidos suspensos voláteis (SSV) e pH, e a contagem das unidades
formadoras de colônias para o monitoramento das bactérias contidas no efluente, respectivamente.
Obteve-se uma redução nos valores de DQO de até 67% para o reator teste e de até 44% para o
reator controle. A maior redução de DQO do reator teste mostra que houve eficácia no sistema de
®
tratamento utilizado, em escala laboratorial, com o uso do inoculante comercial Enzilimp na redução
da matéria orgânica do efluente industrial. O parâmetro SSV mostrou uma diferença de redução
significativa entre o reator teste e o reator controle, porém a redução ocorreu somente na primeira
semana, não se mostrando um bom parâmetro de monitoramento. O pH do reator teste manteve-se
dentro da faixa ótima de eficiência das bactérias, entre 6,5 e 7,5. Houve um decréscimo da contagem
das unidades formadores de colônias (UFCs) juntamente com a redução da matéria orgânica.
Palavras-chave: efluente, bioaumentação, matéria orgânica.
ABSTRACT
In this study it was verified the effectiveness of the treatment of an industrial effluent in
laboratory level through the technique of bioaugmentation by using a commercial inoculant named
®
Enzilimp . The effluent used comes from an industry that produces flour for animal feed and has high
organic load. Tanks were adapted as reactors to test their effectiveness in the treatment of industrial
effluent. Three of those reactors were used for testing in triplicate, known as reactors 1, 2 and 3, and a
fourth reactor was used as control, called the C reactor in which was without inoculum. The reactors
worked by batches using a system of thermostatization to maintain the temperature between 25 and
30°C on the reactors and it was not used artificial aeration and agitation. In reactors test were applied
®
20g of commercial inoculant Enzilimp . It was used physical, chemical and microbiological monitoring
parameters such as chemical oxygen demand (COD), volatile suspended solids (VSS), pH and colony
forming units counting to monitor of bacteria contained in the effluent. There was a reduction in the
values of COD of up to 67% for the reactor test and by 44% for the reactor control. These values show
®
that the treatment system used with the commercial inoculant Enzilimp in reducing organic matter of
industrial effluent has been efficiency at a laboratory level. The parameter SSV showed a significant
reduction between the test reactor and reactor control, but the reduction was only in the first week, not
showing itself as a good monitoring parameter. The pH of the test reactor has remained within the
range of optimum efficiency of bacteria, between 6.5 and 7.5. There was a decrease in the counting of
colony forming units (CFUs) together with the reduction of organic matter.
Key-words: effluent, bioaugmentation, organic matter.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 12
2. OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 15
2.1. Objetivo Geral:.............................................................................................................................. 15
2.2. Objetivos Específicos:................................................................................................................. 15
3. REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................................................... 16
3.1. Efluente Industrial ........................................................................................................................ 16
3.1.1. Definições e Características dos Efluentes Industriais ........................................................ 16
3.1.2. Efluente da Indústria de Farinha de Carne, Osso, Sangue e Sebo...................................... 18
3.2. Tipos de Sistemas de Tratamento Biológico ............................................................................ 19
3.2.1. Sistemas de Tratamentos Convencionais .............................................................................. 19
3.2.2. Técnicas Auxiliares ao Tratamento Biológico ....................................................................... 20
3.3. Biorremediação ............................................................................................................................ 22
3.3.1. Bioaumentação.......................................................................................................................... 23
3.3.1.1. Monitoramento Microbiológico no Processo de Bioaumentação..................................... 24
3.4. Bioaditivos Comerciais................................................................................................................ 26
3.5. Bactérias do Gênero Bacillus ..................................................................................................... 27
3.5.1. Bacillus subtilis ......................................................................................................................... 27
3.5.2. Bacillus licheniformis ............................................................................................................... 28
3.5.3. Bacillus polymyxa ..................................................................................................................... 29
4. METODOLOGIA ............................................................................................................................... 31
4.1. Sistema Utilizado para o Tratamento do Efluente Industrial em Escala Laboratorial .......... 31
®
4.2. Aplicação do Inóculo Comercial Enzilimp ............................................................................... 32
4.3. Monitoramento do Efluente Industrial ....................................................................................... 33
4.3.1. Caracterização do Efluente ...................................................................................................... 34
4.3.1.1. Determinação Analítica dos Parâmetros Físico-químicos de Caracterização do Efluente
............................................................................................................................................................... 34
4.3.1.1.1. Demanda Química de Oxigênio (Colorimetria) ................................................................ 34
4.3.1.1.2. Sólidos Suspensos Voláteis (Gravimetria)....................................................................... 36
4.3.1.1.3. pH (Eletrometria) ................................................................................................................. 36
4.3.1.1.4. Nitrogênio (Titulometria) .................................................................................................... 36
4.3.1.1.5. Fósforo (Colorimetria) ........................................................................................................ 37
4.3.1.2. Determinação Microbiológica do Parâmetro Microbiológico de Caracterização do
Efluente ................................................................................................................................................ 37
4.3.1.2.1. Unidades Formadoras de Colônias................................................................................... 37
4.3.2. Parâmetros Físico-químicos de Monitoramento.................................................................... 37
4.3.3. Parâmetro Microbiológico de Monitoramento........................................................................ 37
4.4. Programa de Amostragem .......................................................................................................... 38
4.5. Análise Estatística........................................................................................................................ 38
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES...................................................................................................... 39
5.1. Monitoramento do Efluente Industrial ....................................................................................... 39
5.1.1. Caracterização do Efluente ...................................................................................................... 39
5.1.2. Parâmetros Físico-químicos de Monitoramento.................................................................... 40
5.1.2.1. Demanda Química de Oxigênio (DQO)................................................................................. 40
5.1.2.2. Sólidos Suspensos Voláteis (SSV)....................................................................................... 42
5.1.2.3. pH............................................................................................................................................. 44
5.1.3. Parâmetro Microbiológico de Monitoramento........................................................................ 45
5.1.3.1. Contagem das Unidades Formadoras de Colônias (UFC) ................................................. 45
6. CONCLUSÕES ................................................................................................................................. 47
7. PERSPECTIVAS PARA TRABALHOS FUTUROS ......................................................................... 48
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................ 49
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Fluxograma do processo de tratamento de efluentes de uma Indústria produtora de farinha
para ração animal.................................................................................................................................. 18
Figura 2: Reatores teste (1, 2 e 3) e reator controle (C) ....................................................................... 32
Figura 3: Produto comercial diluído para inoculação nos reatores teste. ............................................. 33
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Análises físico-químicas de caracterização do efluente industrial........................................ 34
Tabela 2: Análises físico-químicas de monitoramento.......................................................................... 37
Tabela 3: Resultados da caracterização do efluente industrial. ........................................................... 39
Tabela 4: Valores da redução da DQO em % de acordo com os reatores e o período de amostragem.
............................................................................................................................................................... 40
Tabela 5: Valores (*) em % da DQO, do reator controle e reator teste. ............................................... 41
Tabela 6: Valores da redução dos SSV em % de acordo com os reatores e o período de amostragem.
............................................................................................................................................................... 42
Tabela 7: Valores (*) em % do SSV, do reator controle e reator teste. ................................................ 43
Tabela 8: Valores do pH de acordo com os reatores e o período de amostragem. ............................. 44
Tabela 9: Valores (*) da UFC, do reator controle e reator teste. .......................................................... 46
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Valores (%) de redução da DQO dos três reatores teste, reator 1, 2 e 3. ........................... 40
Gráfico 2: Redução (%) da DQO durante as sete semanas de experimento, com os valores do reator
controle e da média dos reatores teste................................................................................................. 41
Gráfico 3: Valores (%) de redução dos SSV dos três reatores teste, reator 1, 2 e 3. .......................... 43
Gráfico 4: Redução (%) dos SSV durante as sete semanas de experimento, com os valores do reator
controle e da média dos reatores teste da Tabela 6............................................................................. 43
Gráfico 5: Valores do pH dos três reatores teste, reator 1, 2 e 3 e do reator controle. ........................ 44
Gráfico 6: Contagem das UFCs das sete semanas de experimento, partindo do efluente bruto. ....... 45
Gráfico 7: Relação entre os resultados da DQO e da UFC do reator teste.......................................... 46
LISTA DE ABREVIATURAS
ANVISA
Agência Nacional de Vigilância Sanitária
COT
Carbono Orgânico Total
CONSEMA
Conselho Estadual do Meio Ambiente
DBO
Demanda Bioquímica de Oxigênio
DQO
Demanda Química de Oxigênio
ETE’s
Estações de Tratamento de Efluentes
FEPAM
Fundação Estadual de Proteção Ambiental
IBAMA
Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis
MAPA
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento
NA
Nutriente Agar
ONG’s
Organizações não Governamentais
OD
Oxigênio Dissolvido
PCR
Reação em Cadeia pela Polimerase
pH
Potencial Hidrogeniônico
SST
Sólidos Suspensos Totais
SSV
Sólidos Suspensos Voláteis
TDH
Tempo de Detenção Hidráulica
UFC
Unidade Formadora de Colônia
USDA
Departamento de Agricultura dos EUA
1. INTRODUÇÃO
Durante séculos, o homem atribuiu um valor equivocado à natureza, visando apenas o
interesse econômico, fazendo com que este durante toda a sua história buscasse o desenvolvimento
a qualquer custo, esquecendo-se de que a qualidade de vida está intimamente ligada à preservação
dos recursos naturais.
A década de 90 vem sendo designada como a “década ambiental” ou a “década verde”.
Muitos esforços dos mais variados segmentos, tais como, Universidades, órgãos de controle
ambiental, organizações não governamentais (ONG’s) e principalmente indústrias, têm sido
direcionados no sentido de se encontrar um ponto de equilíbrio entre a atividade produtiva e a
manutenção de um meio ambiente saudável, o chamado “desenvolvimento sustentado”. Grande
parte das pesquisas é direcionada para o tratamento de efluentes, principalmente os industriais, no
sentido de mitigar os impactos ambientais gerados sobre os recursos hídricos.
O avanço tecnológico sobrecarregou o processo de autodepuração natural devido à
quantidade de efluentes lançados nos corpos receptores serem superiores a capacidade depuradora
da natureza. Desta forma o homem foi em busca de alternativas para minimizar a carga poluidora
dos efluentes antes de lançá-los nos corpos d´água, surgindo assim as Estações de Tratamento de
Efluentes – ETE’s. A proposta de tratamento de água residual nas ETE’s é remover os sólidos
suspensos, compostos químicos dissolvidos, patógenos e outros organismos biológicos presentes, a
fim de produzir um efluente que possa ser legalmente e seguramente descartado no meio ambiente.
Para conseguir esta remoção é empregada uma variedade de processos químicos, físicos e
biológicos.
Em alguns casos de ETE’s, a qualidade ou a quantidade de efluentes mudou tanto que o
tratamento usual já não é mais suficiente para atingir os resultados desejados, tornando-os
ineficientes. Em outros casos, a capacidade dos sistemas de tratamento de efluentes se deteriora e
as exigências da legislação ambiental tornaram-se mais rigorosas. Em ambos os casos, abordagens
inovadoras de tratamento podem ser necessárias para permitir simultaneamente a satisfação das
exigências ambientais e os objetivos financeiros das indústrias (Foster & Kramer, 1997).
Além dos processos convencionais de tratamento biológico, tais como, lodos ativados,
lagoas de estabilização, entre outros, atualmente deu-se o surgimento das chamadas “tecnologias
inovativas de tratamento”, como a biodespoluição. Ela é considerada um avanço da biotecnologia,
propiciando tecnologias de processo aplicadas ao tratamento de resíduos orgânicos, no estado
sólido ou líquido, que terão suas propriedades físico-químicas alteradas, o que propicia sua
adequação para o lançamento aos corpos receptores, respeitando a legislação vigente bem como a
13
sua adequação às normas de qualidade ambiental. A introdução de aditivos biológicos para melhorar
o desempenho do tratamento de águas residuais é considerada uma técnica de biodespoluição e
tem sido praticada desde o início dos anos 60. Na década de 70 foram desenvolvidos produtos
microbianos objetivando a melhoria operacional e a eficiência dos processos de tratamento de
efluentes.
Apesar de o estudo da utilização de aditivos biológicos serem advindos desde a década de
60, não há hoje muitos trabalhos científicos que consolidem sua utilização nos sistemas de
tratamento de efluentes. Por isso, há a necessidade de realizar testes para verificar a eficácia destes
aditivos biológicos, mais conhecidos como bioaditivos. Assim, no presente trabalho foi estudado o
tratamento de um efluente industrial com alta carga orgânica, em batelada e em escala laboratorial,
com o uso de um bioaditivo comercial à base de um mix de bactérias do gênero Bacillus. O trabalho
visa a eficácia do tratamento em pequena escala através da redução de parâmetros físico-químicos,
tais como a demanda química de oxigênio, os sólidos suspensos voláteis e o pH. Também foi
avaliado um método de monitoramento microbiológico, através de análises microbiológicas, para o
controle da população de microorganismos presentes no efluente.
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo Geral:
Verificar a eficácia do tratamento de um efluente industrial com alta carga orgânica, por
®
batelada e em escala laboratorial, com o uso do inóculo comercial Enzilimp .
2.2. Objetivos Específicos:
•
Avaliar o uso de biorreatores, por batelada e em escala laboratorial, no tratamento de um
efluente industrial;
•
Aplicar a técnica de bioaumento com o uso do inóculo comercial;
•
Caracterizar e tratar um efluente industrial decorrente do processo produtivo de uma
indústria produtora de farinha para ração animal;
•
Monitorar o efluente industrial através de parâmetros físico-químicos e microbiológicos.
3. REFERENCIAL TEÓRICO
3.1. Efluente Industrial
3.1.1. Definições e Características dos Efluentes Industriais
De acordo com a Norma Brasileira - NBR 9800/1987, efluente industrial é o despejo líquido
proveniente do estabelecimento industrial, compreendendo emanações de processo industrial, águas
de refrigeração poluídas, águas pluviais poluídas e esgoto doméstico (Pereira, 2001).
Segundo a Resolução nº 128/2006 do Conselho Estadual do Meio Ambiente - CONSEMA,
efluente industrial é o despejo líquido resultante de qualquer atividade produtiva, oriunda
prioritariamente de áreas de transformação de matérias primas em produtos acabados. Esta
Resolução dispõe sobre a fixação de Padrões de Emissão de Efluentes Líquidos, em função da
vazão, para fontes de emissão que lancem seus efluentes em águas superficiais no Estado do Rio
Grande do Sul.
O conhecimento da vazão e da composição do efluente líquido industrial possibilita a
determinação das cargas de poluição e/ou contaminação, o que é fundamental para definir o tipo de
tratamento, avaliar o enquadramento na legislação ambiental e estimar a capacidade de
autodepuração do corpo receptor (Pereira, 2001).
Por muito tempo não existiu a preocupação de caracterizar a geração de efluentes líquidos
industriais e de avaliar seus impactos no meio ambiente. No entanto, a legislação vigente e a
conscientização ambiental fazem com que algumas indústrias desenvolvam atividades para
quantificar a vazão e determinar a composição dos resíduos líquidos industriais (Pereira, 2001).
A poluição hídrica pode ser definida como qualquer alteração física, química ou biológica,
capaz de ultrapassar os padrões estabelecidos para a classe, conforme o seu uso preponderante.
Estas alterações da qualidade de um corpo hídrico são decorrentes do efluente líquido industrial que
são variáveis com o tipo de indústria, com o período de operação, com a matéria-prima utilizada,
com a reutilização de água, entre outros. Dentre as determinações mais comuns para caracterizar a
massa líquida estão as determinações físicas (temperatura, cor, odor, sabor, turbidez e sólidos), as
químicas (pH, alcalinidade, teor de matéria orgânica, nitrogênio, fósforo e metais) e as biológicas
(bactérias, protozoários, vírus, entre outros), podendo ser ainda, com ou sem coloração, orgânico ou
inorgânico e com temperatura baixa ou elevada (Pereira, 2001).
17
Os sólidos são compostos por substâncias dissolvidas e em suspensão, de composição
orgânica e ou inorgânica. Analiticamente são considerados como sólidos dissolvidos àquelas
substâncias ou partículas com diâmetros inferiores a 1,2 µm e como sólidos em suspensão as que
possuírem diâmetros superiores (Giordano, 2004).
O pH indica o caráter ácido ou básico dos efluentes, sendo nos tratamentos de efluentes um
parâmetro fundamental para o controle do processo (Giordano, 2004). Em sistemas de tratamento
biológico o controle do pH é importante, pois a maioria das bactérias cresce melhor dentro de
variações pequenas de pH sempre perto da neutralidade, entre pH 6,5 e 7,5 (Tortora et al., 2005).
Uma das determinações mais realizadas é a da matéria orgânica total, que pode ser
biodegradável ou não. Para quantificar as concentrações de matéria orgânica total e de matéria
orgânica biodegradável são realizadas as determinações da demanda química de oxigênio (DQO) e
da demanda bioquímica de oxigênio (DBO) (Pereira, 2001 & Aquino, 2003). A matéria orgânica está
contida na fração de sólidos suspensos voláteis (SSV), mas normalmente é medida de forma indireta
pela, DBO e DQO. A DBO mede a quantidade de oxigênio necessária para que os microorganismos
biodegradem a matéria orgânica em um determinado número de dias. A DQO é a medida da
quantidade de oxigênio necessária para oxidar quimicamente a matéria orgânica. A matéria
orgânica, ao ser biodegradada nos corpos receptores, causa um decréscimo da concentração de
oxigênio dissolvido (OD) no meio hídrico, deteriorando a qualidade ou inviabilizando a vida aquática.
A quantidade de matéria orgânica pode ser medida também como carbono orgânico total (COT)
(Giordano, 2004).
O nitrogênio e o fósforo são elementos presentes nos esgotos sanitários e nos efluentes
industriais e são essenciais às diversas formas de vida, e seu excesso causa problemas devido à
proliferação de plantas aquáticas nos corpos receptores. Nos esgotos sanitários são provenientes
dos próprios excrementos humanos, mas atualmente têm fontes importantes nos produtos de
limpeza doméstica e/ou industriais, tais como detergentes e amaciantes de roupas. Nos efluentes
industriais podem ser originados de proteínas, aminoácidos, ácidos fosfóricos e seus derivados
(Giordano, 2004). O nitrogênio é considerado um macro nutriente (nutriente necessário em grandes
quantidades), além de ser nutriente limitante para o crescimento da comunidade microbiana. O
fósforo encontra-se em águas naturais predominantemente na forma de fosfatos em solução, em
partículas ou detritos (fósforo particulado orgânico ou inorgânico) (Martins, 2004). Sua importância
associa-se principalmente ao fato de o mesmo ser um nutriente essencial para o crescimento e
reprodução dos microrganismos responsáveis pela estabilização da matéria orgânica e também ser
um nutriente essencial para a vida de plantas e para o crescimento da biota aquática, e que, ao ser
lançado em corpos aquáticos em concentrações elevadas, pode causar a superfertilização dos
mesmos, caracterizando o processo de eutrofização (Naval et al., 2005).
18
3.1.2. Efluente da Indústria de Farinha de Carne, Osso, Sangue e Sebo
Segundo estatística realizada pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento
(MAPA), o Estado do Rio Grande do Sul realizou um abate de 2 milhões de bovinos, 3 milhões de
suínos e 770 milhões de frango no ano de 2005. A indústria de abate de animais, além de produzir
seu principal produto que é a carne para consumo humano, também gera subprodutos decorrentes
do processo, tais como ossos, sangue e gorduras. Esses subprodutos, também chamados de
resíduos de abate, são totalmente aproveitados por empresas que os utilizam para fabricar produtos
como a farinha de carne, osso, sangue e sebo, utilizada como matéria-prima para a produção de
ração animal.
Este tipo de processo produtivo possui alta taxa de poluição orgânica, entre outros
poluentes, por isso essas indústrias devem possuir licenças junto à Fundação Estadual de Proteção
Ambiental (FEPAM), que é o órgão no Rio Grande do Sul responsável pelo licenciamento e
fiscalização de empresas, que produzem resíduos que possam contaminar o meio ambiente. Sendo
assim, toda a água utilizada no processo de produção deve ser submetida a um tratamento, a fim de
que não cause prejuízos ao meio ambiente. Na figura 1 encontra-se o processo de tratamento de
efluentes decorrente deste processo de produção, descrito por Kipper (2006).
Figura 1: Fluxograma do processo de tratamento de efluentes de uma Indústria produtora de farinha
para ração animal.
19
3.2. Tipos de Sistemas de Tratamento Biológico
3.2.1. Sistemas de Tratamentos Convencionais
Nos sistemas de tratamento de efluentes convencionais, após o tratamento primário, que
consiste no gradeamento, flotação e sedimentação, a maior parte da DBO remanescente no efluente
está como matéria orgânica dissolvida. O tratamento secundário é predominantemente biológico e é
projetado para remover a maioria dessa matéria orgânica e reduzir a DBO, através da oxidação da
mesma até dióxido de carbono e água (Tortora et al., 2005).
As bactérias constituem-se no grupo de maior presença e importância nos sistemas de
tratamento biológico. Considerando-se que a principal função de um sistema de tratamento é a
remoção da DBO, as bactérias heterotróficas são os principais agentes deste mecanismo. No
entanto, além de desempenharem o papel de depuração da matéria orgânica, as bactérias possuem
a propriedade de se aglomerar em unidades estruturais, como flocos, biofilmes ou grânulos (Von
Sperling et al., 2001).
Os sistemas de lagoas de oxidação, também denominadas lagoas ou tanques de
estabilização, têm sido amplamente utilizados na prática de tratamento de águas residuárias em todo
o Brasil. São observados resultados satisfatórios em termos da qualidade do efluente, sempre que o
projeto é tecnicamente adequado e existe um mínimo de operação e manutenção. Como diz o
próprio nome, o objetivo principal de lagoas de estabilização é estabilizar, ou seja, transformar em
produtos mineralizados o material orgânico presente na água residuária a ser tratada. Para atingir
este objetivo, utilizam-se processos de tratamento que se baseiam na atividade metabólica de
microorganismos, particularmente bactérias e algas. As algas produzem oxigênio através da
fotossíntese e este oxigênio pode ser usado por bactérias aeróbias para oxidar o material orgânico
biodegradável. Alternativamente, na ausência de oxigênio, bactérias anaeróbias podem transformar
o material orgânico em biogás, por meio do processo de digestão anaeróbia (Cavalcanti et al., 2001).
O resultado do tratamento biológico, anaeróbio e aeróbio, é a redução drástica da
concentração de material orgânico no decorrer do processo de tratamento, obtendo-se um efluente
final com baixo valor de DBO. Todavia, o tempo de detenção do líquido, ou tempo de detenção
hidráulica (TDH), necessário para que se complete o tratamento, é longo. Mesmo no Brasil, onde se
tem as condições favoráveis do clima tropical (temperatura elevada e alta incidência de irradiação
solar), necessita-se um mínimo de 20 a 30 dias. O longo tempo de detenção, necessário para a
estabilização do material orgânico, tem uma vantagem indireta importante, o líquido permanece no
sistema de lagoas por um período de tempo suficiente para que haja remoção completa dos ovos de
helmintos e eficiência elevada de remoção de coliformes fecais, garantindo, automaticamente, um
efluente final com boa qualidade microbiológica. Os sistemas convencionais de lagoas de
estabilização podem produzir um efluente final com concentrações de DBO e sólidos suspensos
20
totais (SST) baixas e boa qualidade microbiológica, mas, para este bom desempenho, necessitam de
um tempo de detenção longo e, consequentemente, de grandes volumes e áreas (Cavalcanti et al.,
2001).
Os sistemas de lodos ativados são amplamente utilizados, em nível mundial, para o
tratamento de águas residuárias domésticas e industriais, em situações em que uma elevada
qualidade do efluente é necessária e a disponibilidade de área é limitada. No entanto, o sistema de
lodos ativados inclui um índice de mecanização superior ao de outros sistemas de tratamento,
implicando uma operação mais sofisticada. Outras desvantagens são o consumo de energia elétrica
para aeração e a maior produção de lodo. Até o presente, a maior aplicação do sistema de lodos
ativados tem sido como tratamento direto de efluentes domésticos ou industriais. Mais recentemente,
a opção de utilização do sistema de lodos ativados como pós-tratamento de efluentes de reatores
anaeróbios passou a ser pesquisada e utilizada, em função de inúmeras vantagens, principalmente
associadas ao menor consumo de energia elétrica e à menor produção de lodo, mantendo-se
qualidade do efluente comparável ao de um sistema de lodos ativados clássico (Von Sperling et al.,
2001).
O processo de lodos ativados é fundamentado no fornecimento de oxigênio (ar atmosférico
ou oxigênio puro), para que os microorganismos biodegradem a matéria orgânica dissolvida e em
suspensão, transformando-a em gás carbônico, água e flocos biológicos formados por
microorganismos característicos do processo. Esta característica é utilizada para a separação da
biomassa (flocos biológicos) dos efluentes tratados (fase líquida). Os flocos biológicos formados
apresentam normalmente boa sedimentabilidade. Com a contínua alimentação do sistema pela
entrada de efluentes (matéria orgânica), ocorre o crescimento do lodo biológico, sendo esse
denominado de excesso de lodo. No caso de concentrações de lodo acima das previstas
operacionalmente, o mesmo deve ser descartado. A eficiência do processo está relacionada com a
relação de cargas orgânicas afluentes (diariamente), e a massa de microorganismos contida no
reator (sólidos suspensos voláteis) (Giordano, 2004).
Entre os inconvenientes do processo de lodos ativados está a operação menos simples, o
consumo de energia elétrica, a produção de maior quantidade de lodo, o elevado teor de água do
mesmo e a conseqüente necessidade de maiores digestores e maiores leitos de secagem de lodo
(Imhoff, 1996).
3.2.2. Técnicas Auxiliares ao Tratamento Biológico
As técnicas de biorremediação podem ser utilizadas, em alguns casos, como uma técnica
auxiliar nos sistemas de tratamento biológicos, tais como as lagoas de estabilização e lodos
ativados. Dentre as técnicas de biorremediação, pode-se citar a técnica de bioestimulação e
bioaumentação. Esta última é considerada por Rosa (1995) como uma técnica capaz de alcançar
21
resultados que podem resolver alguns inconvenientes dos sistemas de tratamento por lodos ativados
citados por Imhoff (1996).
Estes inconvenientes podem ser melhorados através de um programa de bioaumentação, ou
seja, introdução de microorganismos exógenos no sistema de tratamento, que segundo Rosa (1995)
pode alcançar os seguintes resultados: eliminação do acúmulo de camadas de gordura; aumento da
remoção de DBO e DQO; maximização do desempenho das ETE’s; controle do crescimento de
bactérias filamentosas; controle da formação de espuma em tanques de aeração e digestores;
redução da necessidade de aeração; aumento da digestão de sólidos; aumento da resistência a
choques de carga tóxica e sobrecarga orgânica; ocorrência da biodegradação de compostos
orgânicos recalcitrantes; controle dos níveis de nitrificação; melhora significativa da clarificação dos
efluentes; eliminação dos depósitos e assoreamento de lodo; redução e eliminação da formação de
odores; redução dos custos de manutenção e operação de ETE’s; e facilitar e ampliar a capacidade
de bombeamento e de desaguamento.
Outro sistema de tratamento biológico são os denominados “biorreatores”, “reatores
bioquímicos”, ou ainda “reatores biológicos”, que são reatores químicos nos quais ocorre uma série
de reações químicas catalisadas por “biocatalisadores”. Esses biocatalisadores podem ser enzimas
ou células vivas (microbianas, animais ou vegetais). Com relação aos reatores com células vivas,
pode-se afirmar que os mais amplamente conhecidos e com uso bastante difundido são os reatores
com microorganismos. Estes reatores vêm sendo empregados desde a década de 1940 para a
produção industrial de uma grande diversidade de produtos, tais como enzimas, antibióticos,
vitaminas, ácidos orgânicos, solventes, ou ainda no tratamento de resíduos orgânicos industriais ou
domésticos (Schmidell et al., 2001).
Quando se pensa em executar um processo fermentativo, normalmente se imagina preparar
certo meio de cultura que seja adequado à nutrição e desenvolvimento do microorganismo, bem
como ao acúmulo do produto desejado; colocar este meio de cultura em um biorreator (fermentador);
adicionar o microorganismo responsável pelo processo biológico (inocular) e aguardar que o
processo ocorra. Após um determinado tempo de fermentação, imagina-se retirar o caldo fermentado
do reator e executar as operações unitárias necessárias para a recuperação do produto. Essa
descrição é típica de um processo descontínuo, ou descontínuo tradicional, que é também designado
como processo em batelada (Schmidell et al., 2001). Um reator em batelada é aquele que não
apresenta entrada e saída de vazão durante sua reação. Possuem fluxo intermitente, ou seja, após
seu enchimento, fecham-se os registros de entrada e de saída, sendo assim, não há fluxo dentro do
reator, por um determinado período (Von Sperling et al., 2001).
Sistemas de reatores ou biorreatores podem ser utilizados juntamente com outras técnicas
de tratamento, como por exemplo, a técnica de bioaumentação, onde sistemas de reatores com a
22
inoculação de microorganismos exógenos podem ser utilizados para o tratamento de resíduos
orgânicos (Rodrigues et al., 2004).
3.3. Biorremediação
A biorremediação é um processo no qual organismos vivos, normalmente plantas ou
microorganismos, são utilizados tecnologicamente para remover ou reduzir (remediar) poluentes do
ambiente. A remoção pode ser realizada no local (in situ) ou fora deste (ex situ) (Gaylarde et al,
2005). Geralmente, são as bactérias que possuem papel central na biorremediação, entretanto,
outros microorganismos como fungos e protozoários também podem contribuir (Watanabe, 2001).
Em 1988, os cientistas começaram a utilizar microrganismos para limpar poluentes e lixos
tóxicos produzidos por vários processos industriais, utilizando, por exemplo, a capacidade de
algumas bactérias de produzirem enzimas que convertem toxinas em substâncias menos nocivas
(Tortora et al, 2005).
Os processos biológicos de descontaminação, enquadrados na categoria de biorremediação,
utilizam, geralmente, microorganismos do próprio ambiente, (autóctones/endógenos) ou introduzidos
no ambiente (alóctones/exógenos), em estado nativo ou geneticamente modificados, encontrados
em solos e em águas subterrâneas (Martins, 2004) com capacidade de biodegradar xenobióticos,
resultando em produtos de degradação com estrutura menos recalcitrante em relação à molécula
original, ou na mineralização do xenobiótico, produzindo compostos químicos simples, como: CO2,
-2
-2
H2O, NH3, SO4 e PO4 (Gaylarde et al., 2005).
A biorremediação pode se dar pela aplicação de um processo natural, a biodegradação, que
é um processo biológico natural que consiste na capacidade de os organismos decomporem
substâncias, como compostos químicos naturais ou sintéticos, usando-os como fonte de carbono,
energia, nitrato, potássio, enxofre ou outros elementos necessários às suas células. A
biodegradação pode ser dividida em três categorias: (a) mineralização, onde os compostos químicos
orgânicos são transformados a compostos químicos inorgânicos como dióxido de carbono, água e
amônia; (b) biotransformação, onde os compostos orgânicos são transformados em estruturas
menores e (c) co-metabolismo, onde outro composto é metabolizado primeiramente ou
simultaneamente a um composto específico (Martins, 2004).
Os microorganismos nativos atuam muito lentamente na natureza para limpar os
derramamentos tóxicos produzidos pelos seres humanos, mas os cientistas estão experimentando
biofortificantes e outras técnicas para aumentar sua efetividade. Ao contrário de algumas formas de
limpeza ambiental, em que as substâncias perigosas são removidas de um local apenas para serem
jogadas em outro, a limpeza bacteriana elimina a substância tóxica e frequentemente devolve uma
substância inofensiva ou útil ao ambiente (Tortora et al., 2005).
23
3.3.1. Bioaumentação
A introdução de microorganismos alóctones no ambiente é um tipo de biorremediação
conhecida como bioaumentação, que propicia um aumento da população microbiana degradadora,
ou seja, auxilia os microorganismos nativos. Esta técnica tem por objetivo melhorar o potencial
biodegradador de um ambiente contaminado, sendo os microorganismos introduzidos chamados de
inoculantes ou bioaditivos (Gaylarde et al., 2005 & Macedo, 2000). Outro tipo de biorremediação é
conhecido como bioestimulação, e consiste na adição de nutrientes e aceptores de elétrons com o
objetivo de aumentar a atividade microbiana nativa ou a biodisponibilidade do poluente (Gaylarde et
al., 2005).
Lazzaretti et al. (2000) relatam em seu trabalho sobre a adição de microorganismos
adquiridos no comércio em uma estação de tratamento de efluentes por lodo ativado de uma
indústria de papel e celulose, a ocorrência de uma melhora na porcentagem de remoção da DQO
observada no período com adição do produto de, em média 30%, correspondente em média a 1,4
toneladas por dia de DQO a menos no corpo receptor. Resultados semelhantes foram observados
por Lazzaretti (1999), quando estudou a aplicação de bioaditivos para tratamento de efluentes por
lodo ativado de uma indústria de pescado.
Chin et al. (1996) utilizaram um produto bacteriano comercialmente disponível para o
tratamento de esgotos. O produto continha bactérias dos gêneros Bacillus, Pseudomonas,
Nitrosomonas, Nitrobacter, Cellulomonas, Aerobacter e Rhodopseudomonas. A técnica de
bioaumentação utilizada para o estudo do tratamento de esgotos reduziu a acumulação de espuma e
sólidos, as concentrações de DBO, DQO, detergente, e óleos e graxas na planta de tratamento de
efluentes foram reduzidas e também os problemas com odores foram minimizados.
A utilização de microrganismos promotores de degradação de resíduos orgânicos tem sido
uma alternativa que deve ser considerada no sistema de tratamento de dejetos suínos. O emprego
de inóculos neste sistema mostra-se eficiente na redução dos teores de DBO e DQO. O inóculo
comercial promoveu uma redução de DBO de 68,5%, mostrando a eficiência do processo de
bioaumento no tratamento desse tipo de resíduo (Rodrigues et al., 2004). Santiago et al. (2000)
também observaram resultados positivos na nitrificação em lagoas aeradas por meio de inoculação
constante de bactérias nitrificantes adquiridas no comércio, indicando a viabilidade de uso desta
técnica. Schneider (1991) relatou a utilização de bactérias na redução da amônia em criações de
suínos. Nesse caso, os tanques que receberam os dejetos foram tratados diariamente com as
bactérias, trazendo, como conseqüência, redução do nitrogênio amoniacal (amônia) e, com isso,
redução do odor, da população de moscas e da acumulação de sólidos. Outro estudo sobre
utilização de microrganismos no tratamento de dejetos de suínos foi realizado na Inglaterra, onde se
verificou que, depois de várias semanas de tratamento, o nível de amônia diminuiu em até 50%.
Essa redução foi constante por vários meses, com tratamento diário contínuo (Isbizuka, 1997).
24
As diferentes estratégias visam aumentar a população microbiana criando condições
ambientais propícias para o seu desenvolvimento. A medida corretiva a ser adotada depende de
vários fatores, dentre eles os tipos de microorganismos presentes, as condições do local como: pH,
umidade, quantidade de nitrogênio, potássio, fósforo, concentração e toxicidade dos contaminantes
(Trindade, 2002 & Liebeg, 1999).
Estes processos biotecnológicos de remediação têm sido intensamente pesquisados e
recomendados pela comunidade científica atual como uma alternativa viável para o tratamento de
ambientes contaminados, tais como águas superficiais, subterrâneas, e solos, além de resíduos e
efluentes industriais em aterro ou áreas de contenção. Embora outras tecnologias que usam
processos físicos e/ou químicos sejam também indicadas para descontaminar ambientes poluídos, o
processo biológico de biorremediação é uma alternativa ecologicamente mais adequada e eficaz
para o tratamento de ambientes contaminados com moléculas orgânicas de difícil degradação e
metais tóxicos (Gaylarde et al., 2005).
A eficiência da biorremediação depende da biota (microorganismos com enzimas capazes
de degradar o contaminante), das propriedades do contaminante (o contaminante tem que estar
biodisponível), das condições físico-químicas da água, tais como pH e temperatura adequados, da
biodisponibilidade dos nutrientes necessários aos microorganismos, da presença de receptores de
elétrons, da ausência de substâncias tóxicas aos microorganismos e de um grau de biodegradação
maior do que o grau de migração da água. O monitoramento destes parâmetros permite avaliar e
compreender a cinética microbiana mostrando a persistência dos compostos químicos no ambiente,
como as respectivas concentrações em que estes podem estar sendo transportados a possíveis
sítios de exposição ao homem e outras espécies (Martins, 2004).
Outro fator importante para a sobrevivência dos microorganismos introduzidos no ambiente é
o tempo necessário para o crescimento e aclimatização do inoculante. Esse tempo varia de acordo
com o tipo e condições do ambiente em que ele será introduzido e das condições nutricionais
(Limbergen et al., 1998). Em função da variedade de bactérias e enzimas associadas, que trabalham
em simbiose, é necessário certo período para obtenção dos resultados almejados, pois o programa
de bioaumentação procura atingir um estágio de equilíbrio entre a microbiota anteriormente presente
nas amostras e os novos microorganismos adicionados (Macedo, 2000).
3.3.1.1. Monitoramento Microbiológico no Processo de Bioaumentação
Embora as bases para a bioaumentação estejam bem enraizadas nas práticas
microbiológicas de cultivo e seleção, existem muitas controvérsias entre microbiologistas e
engenheiros sobre a necessidade de completar naturalmente populações com aditivos microbianos e
a capacidade de acrescentar microorganismos para sobreviver nos sistemas de tratamento. Esta
25
controvérsia tem sido mais alimentada pela dificuldade de demonstrar a causa e efeito após a adição
de um produto de bioaumentação (Bouchez et al., 2000).
Apesar de produtos comerciais para a bioaumentação serem disponíveis hoje, há inúmeros
relatos de fracasso da bioaumentação e a verdadeira eficácia do procedimento permanece altamente
controversa. Uma das razões para isso é que o destino dos organismos inoculados e as reações do
hospedeiro no ecossistema são muitas vezes pouco claros, devido à falta do acompanhamento de
adequadas técnicas microbiológicas (Bouchez et al., 2000). Trindade (2002) e Liebeg (1999) afirmam
que as técnicas de bioaumento que empregam a adição de microrganismos exógenos devem ser
muito bem avaliadas, devido aos riscos ambientais que a inserção de um microrganismo não nativo
em uma determinada região pode gerar.
Stephenson & Stephenson (1999) comentam que investigações de bioaumentação em
laboratório às vezes falham e em escala real mostram-se bem sucedidas, provavelmente devido à
imposição de estado estacionário em escala laboratorial, pois a maioria dos produtos de
bioaumentação exige um período de aclimatação antes de iniciar o trabalho.
Para que a introdução de microrganismos para fins de biorremediação ocorra de forma
adequada, é preciso, necessariamente, a adoção de práticas de monitoramento microbiológico
voltadas para a detecção e/ou quantificação de microorganismos e/ou genes introduzidos no
ambiente. Este tipo de prática pode visar diferentes objetivos, ligados direta ou indiretamente à
atividade de degradação desejada, tais como, quantificar a população dos microorganismos de
interesse; avaliar a disseminação de OGM’s e não OGM’s introduzidos no ambiente; e fornecer
informações valiosas para avaliação de possíveis impactos ambientais da introdução ou do
favorecimento de populações específicas, refletido em alterações na composição e estrutura de
comunidades microbianas naturais do sítio. Uma boa maneira de controlar a população de
microorganismos introduzidos no ambiente é quando o poluente é o único substrato para
crescimento microbiano, a multiplicação das células terminará na presença de baixos níveis do
mesmo (Gaylarde et al., 2005).
Diferentes estratégias podem ser adotadas para a realização destes monitoramentos. Os
métodos experimentais utilizados podem ser divididos, basicamente, em dois grandes grupos, de
acordo com a abordagem que é empregada. São os métodos baseados em isolamento e cultivo e os
métodos independentes de cultivo (Gaylarde et al., 2005).
•
Métodos baseados em isolamento e cultivo: o monitoramento é realizado utilizando-se protocolos
convencionais de microbiologia, baseados no isolamento dos microorganismos na amostra
ambiental e inoculação em meios de cultivo seletivos e/ou não-seletivos, avaliando os resultados
através do crescimento de colônias em placas de Petri ou em ensaios de diluição utilizando
tubos múltiplos, e;
26
•
Métodos independentes de cultivo: o monitoramento de linhagens microbianas e/ou de grupos
microbianos específicos na amostra é realizado através da análise de células e/ou ácidos
nucléicos extraídos da amostra, utilizando-se sondas moleculares para genes determinados ou a
amplificação destes por metodologias de PCR (Reação em Cadeia pela Polimerase).
Dependendo da estratégia de biorremediação utilizada, do tipo de amostra e ambiente alvo,
os métodos de cultivo podem ser facilmente empregados e fornecer parâmetros adequados para
avaliação das populações de microorganismos biodegradadores e aspectos gerais das populações
microbianas na amostra (Gaylarde et al., 2005).
Conceição et al. (2003) descrevem uma prática de monitoramento microbiológico, método
baseado em isolamento e cultivo, para a quantificação dos microrganismos heterotróficos para a
avaliação do uso de produtos comerciais no processo de biodegradação de petróleo em solo. A
prática foi baseada em método de isolamento e cultivo, obtendo-se como monitoramento a contagem
das UFCs.
Wattiau et al. (2001) descrevem uma técnica de PCR, método independente de cultivo,
adequada para o acompanhamento de uma experiência de bioaumentação realizada com uma
mistura de esporulados de bactérias do gênero Bacillus. Este teste, baseado em um método
independente de cultivo, serviu como monitoramento para identificar as espécies do grupo dos
Bacillus. O teste foi diretamente aplicável a uma única colônia e mostrou excelente especificidade.
3.4. Bioaditivos Comerciais
Os bioaditivos para a bioaumentação são produtos biotecnológicos compostos por misturas
de microrganismos, fungos ou bactérias saprófitas de ocorrência natural, não-patogênicas, além de
enzimas e nutrientes necessários para uma ótima atividade degradativa desses microorganismos
(Rosa, 1995).
Diferentes produtos comercias estão disponíveis no mercado para o tratamento de efluentes
domésticos e industriais. Eles utilizam à ação combinada de uma seleção de bactérias benéficas de
origem natural, que se encontram normalmente no solo e na água. Selecionadas, cultivadas e
submetidos à técnica de bioaumentação em laboratório, ou seja, introdução de microorganismos
degradadores,
sem
alterações
genéticas,
esses
microorganismos
se
transformam
numa
superpopulação que expulsa as bactérias nocivas e patogênicas provenientes da decomposição da
matéria orgânica, repovoando os efluentes com bilhões de bactérias, que aceleram os processos de
degradação (Macedo, 2000). Entre os microrganismos mais utilizados na composição destes
bioaditivos comerciais estão os do gênero Bacillus sp. e Pseudomonas sp..
27
®
O produto comercial Enzilimp , utilizado como inoculante comercial neste trabalho, é
formado por um mix de bactérias do gênero Bacillus, de três espécies diferentes, Bacillus subtilis,
Bacillus licheniformis e Bacillus polymyxa.
3.5. Bactérias do Gênero Bacillus
As bactérias do gênero Bacillus possuem como habitat natural o solo e a água, são grampositivas, não patogênicas e saprófitas. Tem a habilidade de dar forma a um endósporo, resistente,
protetor, permitindo que o organismo tolere circunstâncias ambientais extremas (Nakano et al.,
1998). A formação de endósporos aumenta a resistência aos fatores adversos, dessa forma, podem
ser armazenados, como inoculantes, por um período mais longo, e possuem maior tempo de
permanência no solo, além da facilidade de aplicação (Coelho, 2006).
A maioria das espécies de Bacillus são quimioheterotróficas capazes de realizar respiração
usando uma variedade de compostos orgânicos simples (açúcares, aminoácidos e ácidos
orgânicos). Em alguns casos, também realizam a fermentação de hidratos de carbono em uma
reação que produz tipicamente o glicerol. A maioria é mesófila, com temperatura ótima entre 25 e
45ºC, mas o gênero também contém um número de espécies termófilas com temperatura ótima
acima de 65ºC. Podem ser aeróbias, facultativas ou anaeróbias (Todar, 2005).
Devido às suas interessantes propriedades biológicas, as bactérias do gênero Bacillus são
atraentes candidatas para inúmeras aplicações industriais. São simples de cultivar e secretam
enzimas tais como proteases, amilases e celulases que são úteis para a limpeza de resíduos
orgânicos. No âmbito de um projeto visando avaliar sua eficácia como aditivos para o biotratamento,
combinando formulações feitas de vários esporulados de cepas de Bacillus e enzimas comerciais, é
preciso procurar testes simples e eficientes para controlar os inoculados em águas residuais
domésticas e industriais (Wattiau et al., 2001).
3.5.1. Bacillus subtilis
Produtos formulados a partir de Bacillus subtilis vêm sendo utilizados desde 1983 nos EUA
para o tratamento de sementes de amendoim, entre outras culturas, contra vários fitopatógenos. Um
isolado de Bacillus subtilis foi utilizado para inoculação de mais de 2 milhões de hectares de diversas
culturas em 1994. O produto é comercializado tanto para proteção das raízes quanto para estimular
o desenvolvimento das plantas. A resistência dos metabólitos produzidos por Bacillus subtilis ao
calor e a formação de endósporos altamente resistentes ao calor são características excelentes para
o desenvolvimento comercial de formulações desta bactéria (Lazaretti & Bettiol, 1997).
28
Mendes et al. (2005) descrevem alguns casos de aplicação de lipases no tratamento de
águas residuárias com elevados teores de lipídeos. Um complexo enzimático contendo hidrolases,
como proteases, amilases, celulases e lipases, produzidas por Bacillus subtilis, foi testado em
efluentes ricos em lipídeos. O pré-tratamento enzimático aumentou a remoção de DQO de 59% no
controle para 78% no reator anaeróbio e reduziu os teores de lipídeos e sólidos de 47% para 70% e
de 34% para 70%, respectivamente. Uma formulação composta por emulsificantes e enzimas
protease, amilase, lipase, celulase e pectinase, para a separação de lipídeos de águas de lavagem
de máquinas industriais, forma um complexo enzimático que é empregado na forma comercial ou em
diferentes combinações. As espécies microbianas contidas nesse complexo enzimático são Bacillus
subtilis, produtoras de protease e amilase, e Aspergillus niger, produtoras de lipase, celulase e
pectinase.
Segundo Bezerra et al. (2002) a amilase é uma das várias enzimas responsável pela
degradação do amido, decompondo-o em resíduos de glicose. Estas enzimas são produzidas por
diversos fungos, bactérias e vegetais. Dentre os microorganismos, descata-se o Bacillus subtlis por
produzir enzimas termoestáveis que permitem a sacarificação em temperaturas elevadas, o que
acelera o processo e minimiza a ação de possíveis contaminantes.
Uma formulação pulverizada de bactérias/enzimas é usada para o tratamento de rejeitos
orgânicos contidos em fossas sépticas, bueiros, latões de lixo e tubulações de esgotos por meio de
digestão biológica. Essa formulação é composta por enzimas, estabilizantes e ativadores de
enzimas, bactérias aeróbias e anaeróbias não patogênicas do gênero Bacillus, nutrientes, tampões,
emulsificantes e agentes quelantes para a remoção de metais pesados (Mendes et al., 2005).
Feitosa et al. (2003) citam o isolamento de cepas de Pseudomonas sp.; Bacillus sp.; Candida sp.;
Rhodococcus sp. e Staphylococcus sp. de amostras de águas de esgoto, que degradaram óleos de
oliva e de girassol.
Beveridge et al. (1980) examinaram a captação de uma variedade de metais pela parede
celular de Bacillus subtilis, modificada quimicamente pela adição de grupos ionizáveis, sendo
constatada a complexação, a troca iônica e a precipitação de hidróxidos ou sais na parede celular.
3.5.2. Bacillus licheniformis
É utilizado na indústria da biotecnologia para a fabricação de enzimas, antibióticos, produtos
bioquímicos, entre outros. Esta espécie está intimamente relacionada com o Bacillus subtilis e é
amplamente utilizada para grande escala de produção industrial de exoenzimas que podem secretar
grandes quantidades de proteínas de até 20-25 g/L (Rey et al., 2004 & Veith et al., 2004).
O Bacillus licheniformis é utilizado pela indústria para produzir proteases e amilases. Além
de muitas outras aplicações, as proteases são necessárias em grandes quantidades, por exemplo,
29
como agentes de lavagem. Além disso, o Bacillus licheniformis é usado para fazer o antibiótico
Bacitracin (Rey et al., 2004).
Certos isolados de Bacillus licheniformis são capazes de realizar a desnitrificação e podem
atenuar o efeito de fungos patógenos em milho, gramíneas e horticulturas. Devido à formação de
endósporos, este organismo possui capacidade de sobreviver sob condições desfavoráveis do
ambiente e pode melhorar o seu potencial como um agente de biocontrole natural (Rey et al., 2004).
Sua temperatura ótima de crescimento está em torno de 50°C, embora possa sobreviver em
temperaturas muito mais altas, sendo sua temperatura ótima para a secreção da enzima de 37°C. É
bem adaptado em condições alcalinas, sendo seu pH ótimo entre 9 e 10 (Veith et al., 2004).
Uma enzima foi usada primeiramente para melhorar a eficácia de um detergente de
lavanderia em 1913 por um alemão nomeado Otto Rohm, da companhia química Rohm e Hass. A
enzima foi derivada do pâncreas de animais. Agora as enzimas comerciais para esta finalidade são
produzidas pelo Bacillus subtilis ou Bacillus licheniformis. Isto foi possível nas últimas duas décadas,
devido aos rápidos avanços da tecnologia da enzimologia e da fermentação (Veith et al., 2004).
Nos Estados Unidos, aproximadamente 50% dos detergentes líquidos, 25% dos detergentes
em pó e quase todos os alvejantes contêm enzimas produzidas por bactérias do gênero Bacillus,
especialmente Bacillus licheniformis, para ajudar na remoção das manchas que são difíceis de
remover com o uso apenas dos surfactantes convencionais (Rey et al., 2004).
O Bacillus licheniformis foi isolado do tubo digestivo de aves e foi utilizado para degradar
queratina, utilizando penas como uma fonte primária de energia, carbono e enxofre. A bactéria foi
isolada de um habitat anaeróbio, no entanto, mostrou máximo crescimento em condições aeróbias.
Uma explicação para a presença desta espécie em um galinheiro pode ser que a bactéria é
endógena ao tubo digestivo das aves (Williams et al., 1990).
3.5.3. Bacillus polymyxa
Bacillus polymyxa é uma bactéria caracterizada por produzir 2,3-butanodiol e acetoína,
produzindo também acetato de etila, etanol e diacetil, sendo fixadora de nitrogênio. Também é
conhecida como Aerobacillus polymyxa, Granulobacter polymyxa, Clostridium polymyxa ou ainda
Paenebacillus polymyxa (Costelli, 2005 & Luerce, 2002). É uma bactéria produtora de
políssacarídeos extracelulares, excreta diferentes tipos de proteínas e ácidos orgânicos, tais como,
ácido fórmico, oxálico e acético em seu meio de crescimento.
O uso comercial deste organismo é conhecido na produção de proteinases, amilases,
butanodiol e glicogênio. A estrutura da parede celular bacteriana desempenha um papel significativo
na aderência aos substratos minerais (Sharma & Rao, 1999; Deo & Natarajan, 1997).
30
Estirpes bacterianas de Bacillus polymyxa foram isoladas de solo contaminado e mostraram
rápida absorção de cobre. A rápida absorção pode ter sido devido à acumulação de íons metálicos
na parede celular do B. polymyxa (Philip et al., 2000). Este microrganismo produz quantidades
consideráveis de proteases extracelulares e também enzimas degradadoras de amido (Fogarty &
Griffin, 1973).
Entre as várias espécies de Bacillus, o Bacillus polymyxa é um interessante organismo do
ponto de vista da sua utilidade na remoção de cálcio e ferro. Trata-se de uma espécie anaeróbia
facultativa. Sob condições aeróbicas, oxida açúcares como a sacarose e forma polissacarídeos
extracelulares. Os polissacarídeos são conhecidos por serem bons agentes quelantes para vários
metais incluindo ferro e cálcio. Quando o oxigênio está presente em quantidades limitante, os
açúcares são parcialmente oxidados através da via fermentativa à produção de ácidos orgânicos,
como ácido acético e láctico. Além disso, o Bacillus polymyxa é um fixador de nitrogênio em
condições anaeróbias e é conhecido também por reduzir ferro férrico a ferroso, e assim, facilitar a
sua dissolução. Assim, pode-se esperar que o Bacillus polymyxa possa remover simultaneamente
cálcio e ferro dos minérios (Anand et al, 1996).
4. METODOLOGIA
Para a execução dos objetivos propostos foi levado em conta o período operacional dos
reatores, de 11 de outubro a 01 de dezembro de 2007, bem como os resultados obtidos
quantitativamente, através de observações realizadas em escala laboratorial. Os resultados
quantitativos foram obtidos submetendo-se a amostra de efluente a um programa de amostragem e
análises físico-químicas e microbiológicas destinadas à avaliação do tratamento do efluente
industrial em batelada, com o uso do inóculo comercial.
As atividades experimentais foram desenvolvidas na Universidade Estadual do Rio Grande
do Sul - UERGS, Novo Hamburgo - RS.
4.1. Sistema Utilizado para o Tratamento do Efluente Industrial em Escala Laboratorial
O efluente industrial utilizado no experimento foi cedido por uma indústria produtora de
farinha de carne, osso, sangue e sebo, usadas como matéria prima para ração animal, escolhido por
possuir elevada carga orgânica. As amostras para a execução do experimento foram retiradas, de
uma única vez, da entrada da primeira lagoa de estabilização (lagoa anaeróbica) após passar pelo
flotador para a retirada do excesso de gordura.
Reservatórios foram adaptados como reatores para o teste de eficácia do tratamento do
efluente industrial com aplicação do inoculo comercial. Os ensaios foram realizados em triplicata,
utilizando-se para isso três reatores denominados de reator 1, reator 2 e reator 3, e um reator
controle, denominado de reator C, ou seja, sem a aplicação do inóculo.
Os reatores possuem a seguinte configuração:
•
Volume de 50 litros;
•
Material de PVC;
•
Abertura superior;
•
Sistema de termostatização para o controle de temperatura;
•
Sistema de tratamento em batelada.
Os reatores foram configurados para que ocorresse entrada de oxigênio, tendo em vista que
os microorganismos presentes no inoculo são anaeróbios facultativos.
32
Um sistema elétrico de aquecedores e termostato foram instalados dentro dos reatores para
a manutenção do equilíbrio da temperatura em 25 a 30ºC, temperatura ambiente e dentro da faixa de
crescimento das bactérias mesófilas contidas no inoculo comercial.
O sistema em forma de batelada, ou seja, sistema descontínuo sem entrada e saída de
vazão foi escolhido devido ao objetivo de testar a eficácia do tratamento do efluente em pequena
escala (escala laboratorial) onde o inóculo possa ser testado antes de ser aplicado em escala real.
Os reatores em batelada montados para o experimento são observados na Figura 2.
Figura 2: Reatores teste (1, 2 e 3) e reator controle (C)
4.2. Aplicação do Inóculo Comercial Enzilimp
®
®
O produto comercial Enzilimp utilizado no experimento foi disponibilizado pela empresa
Millenium Tecnologia Ambiental Ltda., localizada na cidade de Porto Alegre, Estado do Rio Grande
do Sul. Este inóculo é formado por cepas de bactérias Bacillus subtilis, licheniformis e polimyxa
7
maior que 8,3x10 unidades formadoras de colônias (UFC) por grama, estabilizante cloreto de sódio
0,19 g e farelo de cereais para completar um grama. Dispersos em farelo de cereais, os
microorganismos ficam em estado vegetativo, sendo ativados com água (25 a 35ºC). As cepas
selecionadas foram submetidas a testes minuciosos no Brasil e exterior, sendo aprovadas pelo
Departamento de Agricultura dos EUA (USDA) e pelos Ministérios da Agricultura e Saúde do Brasil.
®
O produto Enzilimp
é registrado e certificado pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária
(ANVISA) e pelo Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA)
(Millenium Tecnologia Ambiental, 2007; IBAMA, 2007 e ANVISA, 2007).
Através da técnica de bioaumentação ele é usado em efluentes de indústrias de doces,
conservas, laticínios, abatedouros, frigoríficos e curtumes, criações aquáticas, avicultura,
33
suinocultura, agricultura, pecuária confinada, compostagem e saneamento básico (Millenium
Tecnologia Ambiental, 2007).
Devido á complexidade das muitas variáveis que interagem nos sistemas, não existe uma
fórmula matemática segura para determinar a quantidade exata de produto a ser usada, por isso é
necessário estudar os parâmetros de cada caso e ajustar as doses ao desempenho de cada
sistema. Sendo assim, para a determinação da quantidade inicial de inoculo, levou-se em
consideração o estudo de caracterização da amostra, Tabela 1, e as orientações fornecidas pelo
fabricante, obtendo-se uma massa inicial de inóculo de 20 g, os quais foram diluídos em meio litro de
água e meio litro de efluente bruto, esta solução permaneceu em repouso durante uma hora antes
da aplicação Figura 3.
Figura 3: Produto comercial diluído para inoculação nos reatores teste.
O inóculo foi aplicado uniformemente nos reatores teste. Alguns cuidados importantes foram
seguidos, tais como, cuidar para que a água usada na mistura esteja entre 20 e 30ºC para evitar o
choque térmico e não usar recipientes com resíduos de medicamentos, venenos, cal hidratada, cloro
e afins.
Para um melhor resultado, antes da aplicação do inóculo, foi preciso observar alguns
aspectos: o pH do sistema deve estar entre 6,5 e 7,5, faixa em que os microorganismos têm sua
máxima eficiência; acompanhar a DQO de entrada, este índice mostra a eficiência da remoção ou
º
transformação da matéria orgânica; controlar a temperatura do efluente, pois abaixo de 15 C a
atividade microbiana é muito lenta e pode até paralisar.
4.3. Monitoramento do Efluente Industrial
Para o monitoramento do experimento foram realizadas análises físico-químicas, realizadas
pelo laboratório da empresa Econsulting Projetos e Consultoria Ambiental, Viamão/RS, e
34
microbiológicas, realizadas no laboratório de biotecnologia da Universidade Estadual do Rio Grande
do Sul, Novo Hamburgo/RS.
4.3.1. Caracterização do Efluente
O efluente industrial (efluente bruto) foi caracterizado através de análises físico-químicas
realizadas de acordo com os procedimentos descritos no Standard Methods for Examination of
Water and Wastewater (American Public Health Association, 1992), conforme listadas na Tabela 1. O
efluente bruto também foi caracterizado pela contagem das UFCs.
Tabela 1: Análises físico-químicas de caracterização do efluente industrial.
PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS
METODOLOGIA
Demanda Química de Oxigênio (DQO)
Colorimetria – Dicromato de Potássio
Sólidos Suspensos Voláteis (SSV)
Gravimetria
Potencial Hidrogeniônico (pH)
Eletrometria
Nitrogênio Total (NT)
Titulometria
Fósforo Total (PT)
Colorimetria – Cloreto Estanhoso
PARÂMETRO MICROBIOLÓGICO
METODOLOGIA
Contagem das Unidades Formadoras de
Crescimento das Colônias em Placas de Petri
Colônias (UFCs)
Estas análises de caracterização do efluente foram necessárias para o acompanhamento
posterior das transformações do efluente e a conseqüente verificação da eficácia do tratamento
deste efluente em escala laboratorial com o uso do inóculo comercial.
4.3.1.1. Determinação Analítica dos Parâmetros Físico-químicos de Caracterização do Efluente
4.3.1.1.1. Demanda Química de Oxigênio (Colorimetria)
A determinação do conteúdo de matéria orgânica é um a das características mais importantes
no estudo das águas residuais e naturais. A análise de matéria orgânica em água e esgoto pode ser
classificada em dois tipos gerais de medidas: aquelas que quantificam uma quantidade de matéria
orgânica agregada compreendendo constituintes orgânicos com uma característica comum e aquelas
que quantificam compostos orgânicos individuais.
Vários métodos têm sido desenvolvidos para a determinação do conteúdo de matéria orgânica,
entre eles aquele que nos permite determinar a demanda química de oxigênio (DQO), ou seja,
quantidade de oxigênio consumido por diversos compostos orgânicos através de uma oxidação
química.
35
Na análise da DQO, o oxigênio necessário para oxidar a matéria orgânica contida na água e
possível de ser oxidada, é medido utilizando-se um composto fortemente oxidante como, por
exemplo, o dicromato de potássio em meio fortemente ácido, oxidando até mesmo a matéria
orgânica mais resistente à oxidação, convertendo-a em dióxido de carbono e água.
Durante o processo de oxidação química, quaisquer sais inorgânicos presentes são também
convertidos para as formas oxidadas. O resultado da DQO é especificado em mg/L de oxigênio que
seria consumido equivalente à quantidade de oxidante requerido. Sob as condições fortemente
oxidantes na análise da DQO, a maioria dos compostos orgânicos fornece de 95 à 100 % do oxigênio
teórico consumido, mesmo para moléculas aromáticas mais estáveis, tais como benzeno e tolueno.
Portanto, a demanda química de oxigênio (DQO) indica a quantidade de oxigênio que seria
consumido através de reações químicas de oxidação de diversos compostos orgânicos presentes,
sem a intervenção de microrganismos, indicando de maneira indireta a quantidade de matéria
orgânica presente no líquido.
A determinação da DQO é muito mais simples e rápida que a DBO, sendo assim a
determinação da DQO cresce em importância, principalmente no caso de controles de efluentes ou
de estações de tratamento. Pelo fato de ser uma oxidação química, na DQO todo o material existente
no efluente (biodegradável ou não) é oxidado. Dessa forma os resultados de DQO são maiores ou
iguais aos resultados da DBO. Para certos resíduos é possível estabelecer uma relação empírica
entre estes dois parâmetros.
O ensaio da DQO se emprega tanto para águas naturais como residuárias industriais e
municipais, possuindo como vantagem a rapidez e simplicidade na determinação: aproximadamente
3 horas para a DQO e no mínimo 5 dias para a DBO. Além dessas vantagens, a DQO pode ser
empregada em casos onde não se pode determinar DBO com a exatidão necessária, como por
exemplo, quando da presença de compostos tóxicos para os microrganismos. O teste de DQO tornase bastante importante para os estudos de corpos d’água, resíduos industriais e controle de esgotos
sanitários.
O método de digestão do dicromato trata-se de uma reação de oxidação em meio fortemente
ácido e elevada temperatura na presença de um catalisador (o sulfato de prata). É usado o dicromato
6+
de potássio (cromo na forma de Cr ) devido a sua forte capacidade oxidante, facilidade de
manipulação e aplicabilidade, além de ser um padrão primário. A utilização de um catalisador, como
o sulfato de prata, é necessária para tornar possível a oxidação de compostos alifáticos de cadeia
reta. Após a oxidação da matéria orgânica presente, a DQO é obtida diretamente (mg O2/L) no
espectrofotômetro DR2000, através de uma curva padrão inserida no laboratório.
36
4.3.1.1.2. Sólidos Suspensos Voláteis (Gravimetria)
Sólidos em suspensão são os que têm partículas superiores a 1 µm. São definidos como em
solução para análise, os sólidos em solução verdadeira e os em estado coloidal ambos com
partículas inferiores a 1 µm. Na prática os sólidos suspensos são aqueles possíveis de serem retidos
em análise de laboratório por uma filtração. São, pois, todos os sólidos em estado grosseiro. O
resíduo obtido na determinação de sólidos suspensos totais é submetido à ignição a 500 ± 50 °C. O
material restante representa sólidos suspensos fixos. A determinação dos sólidos suspensos voláteis
é obtida por diferença entre os valores de sólidos suspensos totais e sólidos suspensos fixos. Na
manipulação da amostra e ignição da mesma não esquecer de usar luvas de amianto. Esperar a
estabilização da temperatura antes de se iniciar a pesagem.
Sólidos Suspensos Fixos (mg/L) =
(P2 − P )x1000000
V (mL )
Onde:
P = Peso (g) do cadinho de Gooch com papel filtro.
P2 = Peso (g) do cadinho de Gooch com papel filtro e resíduo após ignição.
Sólidos Suspensos Voláteis (mg/L) = Sólidos Suspensos Totais - Sólidos Suspensos Fixos
4.3.1.1.3. pH (Eletrometria)
O pH é utilizado como parâmetro de monitoramento de controle devido sua importância em
relação à máxima eficiência de crescimento desenvolvida pelas bactérias em sistemas em que o pH
está na faixa da neutralidade, entre 6,5 e 7,5.
O pH será determinado pelo método eletrométrico, com o auxílio do pHmetro Microprocessor
Bench-top HI 8417, Hanna Instruments. Onde o princípio do método baseia-se na determinação da
concentração hidrogeniônica (pH).
4.3.1.1.4. Nitrogênio (Titulometria)
Para a determinação do nitrogênio deve-se fazer primeiramente uma destilação através do
destilador de KJEDAHL, para depois realizar a determinação do nitrogênio através de titulometria
com ácido sulfúrico (H2SO4) 0,02N.
Reagentes Utilizados:
* NaOH 18N, destilação transforma todo o N da amostra em NH3;
* H3BO3 0,2%, indicador para ser colocado para receber o NH3 proveniente da destilação;
* H2SO4 0,02N, titulação do NH3.
37
Fórmula utilizada para calcular N:
N (%) = 0,28 x V, onde V é o volume gasto de H2SO4 0,02N para neutralizar a amostra que contém
amônia.
4.3.1.1.5. Fósforo (Colorimetria)
Tomar 5 mL da amostra, adicionar vanadato ou molibdato para reagir com o P, após ler em
fotocolorímetro no comprimento de onde de 420 nm.
4.3.1.2. Determinação Microbiológica do Parâmetro Microbiológico de Caracterização do
Efluente
4.3.1.2.1. Unidades Formadoras de Colônias
-1
-6
Foram realizadas diluições decimais de 10 a 10 , usando-se água esterilizada. Alíquotas de
0,1 mL de cada diluição foram transferidas para placas de Petri contendo meio nutriente agar (NA) e
espalhadas com o auxílio da alça de Drigalski (Tortora et al., 2005 & Coelho, 2006). Este
º
experimento foi realizado em duplicata. A contagem das colônias foi feita após incubação a 37 C por
48 horas em contador de colônias, preferencialmente em placas com 25 a 250 unidades formadoras
de colônias (Junior et al., 2006).
4.3.2. Parâmetros Físico-químicos de Monitoramento
As análises físico-químicas realizadas para o monitoramento do experimento seguiram a
mesma metodologia das análises utilizadas para a caracterização do efluente e encontram-se na,
Tabela 2.
Tabela 2: Análises físico-químicas de monitoramento.
PARÂMETROS
METODOLOGIA
Demanda Química de Oxigênio (DQO)
Titulometria
Sólidos Suspensos Voláteis (SSV)
Gravimetria
Potencial Hidrogeniônico (pH)
Potenciometria
4.3.3. Parâmetro Microbiológico de Monitoramento
Para o monitoramento dos microorganismos (quantificação dos microorganismos contidos no
efluente) foi realizada a contagem das unidades formadoras de colônias (UFCs) (Conceição et al.,
2003). Este foi o método utilizado para a avaliação de uma prática de monitoramento microbiológico
38
voltada para a detecção e/ou quantificação de microorganismos contidos no ambiente conforme
recomendado por Gaylarde et al. (2005).
A análise microbiológica realizada para o monitoramento do efluente foi a mesma utilizada
como parâmetro microbiológico de caracterização do efluente, ou seja, a contagem das unidades
formadoras de colônias, seguindo a mesma metodologia.
4.4. Programa de Amostragem
Semanalmente uma alíquota de 500 mL de amostra foi coletada de cada reator para a
realização das análises físico-químicas e microbiológicas usadas para o monitoramento do efluente.
Ao final do experimento foi retirado um total de 28 amostras (7 semanas de experimento X 4
reatores) para as análises de monitoramento de controle, físico-químicas e microbiológicas.
4.5. Análise Estatística
Fez-se análise de variância com o objetivo de verificar o efeito do tratamento entre o reator
controle, sem a introdução do inóculo, e o reator teste, com introdução de inóculo. Para isso, utilizouse o teste de Tukey, realizado pelo programa Origin.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1. Monitoramento do Efluente Industrial
5.1.1. Caracterização do Efluente
Os
resultados
das
análises
físico-químicas
e microbiológicas
realizadas
para
a
caracterização do efluente industrial (efluente bruto) encontram-se na Tabela 3.
Tabela 3: Resultados da caracterização do efluente industrial.
PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS
RESULTADOS
DQO
24516 mg/L
SSV
5150 mg/L
pH
7,03
NT
1387 mg/L
PT
18 mg/L
PARÂMETRO MICROBIOLÓGICO
RESULTADO
UFC
40x10 UFC/mL
6
Pode-se observar através do resultado da DQO que o efluente industrial possui elevada
carga orgânica, comprovando sua escolha para a realização deste trabalho. O alto índice de SSV
também confirma a elevada carga orgânica.
O pH, parâmetro importante para a sobrevivência das bactérias introduzidas no efluente,
está dentro da variação onde a maioria das bactérias cresce melhor, ou seja, perto da neutralidade,
entre pH 6,5 e 7,5.
Alguns autores recomendam que a relação DQO:N:P deve ser de 100:5:1 para suprir as
necessidades das bactérias aeróbias (Mc Kinney, 1962 & Santaella et al. 1997). Outros recomendam
a relação de 100:5:2 (Metcalf & Eddy, 1991; Ponezi et al., 2005). Observa-se através da
caracterização do efluente que os parâmetros de DQO, N e P do efluente estudado possui uma
relação para DQO:N:P de 100:5,7:0,072. A proporção DQO e nitrogênio está boa (100:5,7) mas o
fósforo está em falta (100:0,072), 140 vezes menos que o necessário para a proporção 100:1. A falta
de fósforo neste efluente pode acarretar uma baixa eficiência do tratamento proposto, pois não há
uma correta relação entre os nutrientes necessários para o tratamento biológico.
40
5.1.2. Parâmetros Físico-químicos de Monitoramento
5.1.2.1. Demanda Química de Oxigênio (DQO)
Os valores de redução da DQO para o reator controle e para os reatores teste são mostrados
na Tabela 4. No Gráfico 1 é possível observar os valores de redução da DQO dos três reatores teste,
reator 1, 2 e 3. Devido ao ensaio com o reator teste ser realizado em triplicata, fez-se uma média dos
valores de redução da DQO dos reatores 1, 2 e 3. No Gráfico 1 também é possível observar os
valores de redução da DQO entre o reator controle e a média dos reatores teste. O resultado da
análise estatística realizada através do teste de Tukey é apresentado na Tabela 5.
Tabela 4: Valores da redução da DQO em % de acordo com os reatores e o período de amostragem.
Período de Amostragem
1ª
2ª
3ª
4ª
5ª
6ª
7ª
Reatores
semana
semana
semana
semana
semana
semana
semana
Controle
11,18
24,30
39,06
38,53
42,43
39,00
44,15
21,05
48,30
53,70
61,35
63,56
66,05
66,75
32,53
19,00
47,45
57,44
51,13
57,48
59,75
27,64
30,57
44,62
50,14
57,44
57,75
64,42
27,19
32,62
48,58
56,31
57,38
60,64
63,64
Reator Teste 1
Reator Teste 2
Reator Teste 3
Média dos
Reatores Teste
Reator Teste 1
Reator Teste 2
1/
07
29
/1
22
/1
1/
07
1/
07
15
/1
1/
07
08
/1
1/
07
01
/1
0/
07
25
/1
0/
07
80
70
60
50
40
30
20
10
0
18
/1
%
DQO
Reator Teste 3
Gráfico 1: Valores (%) de redução da DQO dos três reatores teste, reator 1, 2 e 3.
41
Reator Controle
29
/1
1/
0
7
7
22
/1
1/
0
15
/1
1/
0
7
7
08
/1
1/
0
7
01
/1
1/
0
25
/1
0/
0
18
/1
0/
0
7
80
70
60
50
40
30
20
10
0
7
%
DQO
Reator Teste
Gráfico 2: Redução (%) da DQO durante as sete semanas de experimento, com os valores do reator
controle e da média dos reatores teste.
É possível observar pelos dados obtidos que, desde a primeira semana, já houve uma
redução nos valores da DQO do reator teste e também do reator controle. Os reatores mostraram o
mesmo comportamento de decréscimo, mostrando uma maior eficiência de redução durante as três
primeiras semanas.
O reator teste obteve uma redução de até 67% da DQO. O reator controle obteve redução da
DQO de até 44%. Através da redução de 44% da DQO do reator controle foi possível observar que
com a introdução do inoculante comercial, a redução do teor de matéria orgânica para este efluente
nestas condições de trabalho, mostrou-se satisfatória, pois o reator teste, com inoculante, mostrou
maior remoção de matéria orgânica do que o reator controle, sem inoculante.
Tabela 5: Valores (*) em % da DQO, do reator controle e reator teste.
Parâmetro de Monitoramento
DQO
Reator Controle
a
34,09
Reator Teste
b
49,48
* médias dos valores de redução das sete semanas de experimento.
Médias seguidas da mesma letra não apresentam diferença estatística entre si. Tukey 5%.
Médias seguidas de letras diferentes apresentam diferença estatística entre si. Tukey 5%.
42
5.1.2.2. Sólidos Suspensos Voláteis (SSV)
Os valores de redução do SSV para o reator controle e para os reatores teste são mostrados
na Tabela 6. No Gráfico 3 é possível observar os valores de redução dos SSV dos três reatores teste,
reator 1, 2 e 3. Devido ao ensaio com o reator teste ser realizado em triplicata, fez-se uma média dos
valores de redução da DQO dos reatores 1, 2 e 3. No Gráfico 4 também é possível observar os
valores de redução da DQO entre o reator controle e a média dos reatores teste.Através deste
parâmetro também é possível observar a remoção da matéria orgânica, porém tanto o reator controle
como os reatores teste, mostraram um comportamento similar na redução dos valores da DQO.
Observa-se pelo Gráfico 4 um grande decaimento do valor do SSV tanto para o reator teste
quanto para o reator controle, durante a primeira semana, a partir daí mantendo-se constante até o
final do experimento. O reator teste obteve uma redução maior de SSV do que o reator controle, de
aproximadamente 73%, contra aproximadamente 68% do reator controle.
Apesar de estatisticamente haver uma diferença significativa entre a redução de SSV do
reator controle e do reator teste (Tabela 7), este parâmetro não foi considerado um bom parâmetro
de monitoramento para demonstrar a viabilidade do tratamento proposto por este trabalho, pois o
decréscimo dos valores ocorreu somente durante a primeira semana de ensaio, mantendo-se
praticamente constantes até o final do experimento.
Tabela 6: Valores da redução dos SSV em % de acordo com os reatores e o período de amostragem.
Período de Amostragem
1ª
2ª
3ª
4ª
5ª
6ª
7ª
Reatores
semana
semana
semana
semana
semana
semana
semana
Controle
62,77
67,00
72,50
63,60
65,26
70,64
71,73
58,25
78,64
72,17
66,02
71,81
73,50
74,83
67,96
72,81
64,39
64,39
73,42
77,69
77,42
81,55
73,94
73,46
74,12
71,63
75,59
78,19
69,25
75,13
70,00
68,18
72,29
75,59
76,81
Reator Teste 1
Reator Teste 2
Reator Teste 3
Média dos
Reatores Teste
43
Reator 1
7
29
/1
1/
0
22
/1
15
/1
Reator 2
1/
0
7
7
1/
0
7
1/
0
08
/1
1/
0
01
/1
0/
0
25
/1
0/
0
18
/1
7
7
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
7
%
SSV
Reator 3
Gráfico 3: Valores (%) de redução dos SSV dos três reatores teste, reator 1, 2 e 3.
Reator Controle
7
29
/1
1/
0
1/
0
22
/1
15
/1
1/
0
7
7
7
1/
0
08
/1
1/
0
01
/1
0/
0
25
/1
0/
0
18
/1
7
7
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
7
%
SSV
Reator Teste
Gráfico 4: Redução (%) dos SSV durante as sete semanas de experimento, com os valores do reator
controle e da média dos reatores teste da Tabela 6.
Tabela 7: Valores (*) em % do SSV, do reator controle e reator teste.
Parâmetro de Monitoramento
SSV
Reator Controle
a
67,64
* médias dos valores de redução das sete semanas de experimento.
Reatores Teste
b
72,87
44
Médias seguidas da mesma letra não apresentam diferença estatística entre si. Tukey 5%.
Médias seguidas de letras diferentes apresentam diferença estatística entre si. Tukey 5%.
5.1.2.3. pH
Os valores do pH para o reator controle e para os reatores teste são mostrados na Tabela 8.
No Gráfico 5 é possível observar os valores do pH dos três reatores teste, reator 1, 2 e 3, e do reator
controle durante as sete semanas de experimento.
Através do Gráfico 5 é possível observar que a ação do inoculante comercial mostrou-se
satisfatória para o reator teste na estabilidade do pH do efluente dentro da faixa ótima de eficiência
das bactérias entre pH 6,5 e 7,5. O pH do reator controle ficou acima da faixa ótima de eficiência de
pH das bactérias já na primeira semana de experimento.
Tabela 8: Valores do pH de acordo com os reatores e o período de amostragem.
Período de Amostragem
1ª
2ª
3ª
4ª
5ª
6ª
7ª
Reatores
semana
semana
semana
semana
semana
semana
semana
Controle
7,72
8,05
8,24
8,30
8,69
8,53
8,22
7,46
7,89
7,69
7,87
7,45
7,43
7,69
7,17
7,75
8,16
7,85
7,26
8,25
8,12
7,12
7,31
8,15
7,49
7,75
7,49
7,33
Reator Teste 1
Reator Teste 2
Reator Teste 3
pH
9
8,5
8
pH
7,5
7
6,5
6
5,5
5
ato
Reator 1
Reator 2
Reator 3
Reator Controle
Gráfico 5: Valores do pH dos três reatores teste, reator 1, 2 e 3 e do reator controle.
45
5.1.3. Parâmetro Microbiológico de Monitoramento
5.1.3.1. Contagem das Unidades Formadoras de Colônias (UFC)
Pode-se observar através da contagem das UFCs (Gráfico 6) que houve um decréscimo
similar das colônias de bactérias tanto do reator teste como do reator controle desde a primeira
semana de experimento, ou seja, houve uma redução de colônias juntamente com a remoção da
matéria orgânica, verificada pela comparação entre os valores da DQO e da UFC durante as sete
semanas de experimento (Gráfico 7). A redução da matéria orgânica juntamente com a redução das
UFCs mostra que com a escassez de alimento ocorre uma redução de colônias (morte) das
bactérias presentes no efluente.
A análise estatística (Tabela 9) mostra que não houve diferença significativa entre a
contagem das colônias do reator controle e do reator teste, isso demonstra que tanto as colônias de
bactérias do reator controle (bactérias nativas) quanto as colônias de bactérias do reator teste
(bactérias exógenas e bactérias nativas) diminuem juntamente com a redução da matéria orgânica.
Com esta constatação é possível responder a um dos questionamentos levantados por
Gaylarde et al. (2005), sobre a eliminação dos microorganismos introduzidos no ambiente depois
que eles terminam o seu trabalho. Através da contagem das unidades formadoras de colônias foi
possível testar uma técnica de monitoramento microbiológico para os microorganismos contidos no
efluente, tanto para os microorganismos nativos (reator controle) como para os microorganismos
introduzidos no efluente (reator teste).
UFC
100.000.000
10.000.000
UFC/mL
1.000.000
100.000
10.000
1.000
100
10
BR
U
TO
20
/1
0/
07
27
/1
0/
07
03
/1
1/
07
10
/1
1/
07
17
/1
1/
07
24
/1
1/
07
01
/1
2/
07
1
Reator Controle
Reator Teste
Gráfico 6: Contagem das UFCs das sete semanas de experimento, partindo do efluente bruto.
46
25.000
100.000.000
10.000.000
1.000.000
100.000
10.000
1.000
100
10
1
DQO (mg/L)
20.000
15.000
10.000
5.000
7ª
6ª
5ª
4ª
3ª
2ª
1ª
BR
U
TO
0
semanas
DQO
UFC
Gráfico 7: Relação entre os resultados da DQO e da UFC do reator teste.
Tabela 9: Valores (*) da UFC, do reator controle e reator teste.
Parâmetro Monitoramento
UFC
Reator Controle
Reator Teste
3a
31x10
3a
50x10
* médias dos valores das sete semanas de experimento.
Médias seguidas da mesma letra não apresentam diferença entre si. Tukey 5%.
Médias seguidas de letra diferentes apresentam diferença estatística entre si. Tukey 5%.
UFC/mL
DQO x UFC
6. CONCLUSÕES
O reator teste, com inoculante, obteve uma redução de DQO maior que a redução do reator
controle, sem inoculante, comprovando a eficácia do sistema de tratamento utilizado com o uso do
®
inoculante comercial Enzilimp na redução da matéria orgânica para o efluente industrial testado.
O SSV mostrou diferença significativa na remoção da matéria orgânica entre o reator teste e
o reator controle, porém não foi um bom parâmetro para demonstrar a viabilidade do tratamento
proposto por este trabalho, pois sua redução ocorreu somente durante a primeira semana de ensaio,
mantendo-se praticamente constante até o final do experimento.
O tratamento com a aplicação do inoculante comercial mostrou-se eficaz para a manutenção
do pH dentro da faixa ótima de eficiência das bactérias.
Através da contagem das unidades formadoras de colônias foi possível testar uma técnica
de monitoramento microbiológico para os microorganismos contidos no efluente, tanto para os
microorganismos nativos como para os microorganismos exógenos introduzidos no efluente através
da técnica de bioaumentação com o uso do inoculo comercial. Esta técnica de monitoramento
mostrou-se eficaz, pois através dela foi possível supor-se que os microorganismos contidos no
efluente vão sendo eliminados com o término dos nutrientes, ou seja, com a degradação da matéria
orgânica.
7. PERSPECTIVAS PARA TRABALHOS FUTUROS
Através das análises de caracterização do efluente industrial foi possível observar que a
relação de DQO e fósforo não corresponderam às relações sugeridas nas bibliografias. Para isso,
sugere-se o ajuste de fósforo do efluente para que todos os nutrientes estejam nas proporções
exatas, e assim o tratamento possa ocorrer de maneira mais eficiente.
Os valores de redução da DQO mostram que sua maior redução ocorreu durante as três
primeiras semanas de experimento, sendo assim, sugere-se que seja feita uma renovação da
aplicação de inoculante após a terceira semana de experimento. Testou-se somente uma quantidade
de massa de inóculo, sendo assim, sugere-se que diferentes quantidades tanto para menos quanto
para mais da quantidade que foi utilizada neste trabalho, sejam testadas.
Sugere-se também que seja fornecido aos reatores, um sistema de aeração artificial para
que as bactérias aeróbias tenham uma maior eficiência, e um sistema de agitação para que ocorra a
homogeneização do inoculante e para que não ocorra a formação de uma zona de anaerobiose.
A utilização de bioaditivos comerciais pode trazer vantagens para as estações de tratamento
de efluentes, tais como, redução da necessidade de aeração, eliminação dos depósitos e
assoreamento de lodo, redução dos custos de manutenção e operação de ETE’s, entre outras.
Através de trabalhos em plantas de tratamento reais, será possível a obtenção da relação custobenefício do uso de bioaditivos comerciais. Sendo assim, sugere-se, através da realização de um
tratamento em planta real, um levantamento das vantagens obtidas com o uso deste inoculante
comercial nos sistemas de tratamento de efluentes industriais.
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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