aclimatação

ESTUDO DA ACLIMATAO DE LODO ATIVADO COM EFLUENTE IN NATURA DA INDUSTRIA DE PESCADO

Roberta dos Reis Ribeiro1 ,Daniela Patrcia Mesquita2 ,Maria Alice Zarur Coelho3 1 Bolsista de Iniciao Cientfica PIBIC/CNPq/UFRJ, discente do curso de Engenharia Qumica 2AlunadedoutoradodaIBBInstituteforBiotechnologyandBioengineering,CentreofBiologicalEngineering, Universidade do Minho 3 Professora do Departamento de Engenharia Bioqumica/Escola de Qumica/UFRJ 1,3 Universidade Federal do Rio de Janeiro ,Av. Horcio Macedo, 2030, Centro de Tecnologia - Escola de Qumica, Bloco ESlE-201-IlhadoFundo,RiodeJaneiro-Brasil-CEP21941-909,Telef.:(21)2562-7622 2 Departamento de Engenharia Biolgica, Universidade do Minho, Campus de Gualtar 4710-057 Braga PORTUGAL e-mail: robertadosreisribeiro@gmail.com RESUMO:Opresentetrabalhoestudouaadaptaoeaatividadedolodobiolgicoprocedentedeum reator UASBdeuma estao de tratamento de efluentes deuma indstriadeprocessamento de pescado, pararemoobiolgicadenitrognioemumReatorBateladaSeqencialinstrumentadoemescalade bancada. A adaptao consistiu em aumento seqencial da carga aplicada nas razes volumtricas efluente innatura : efluente sinttico de 1:3,33;1:2,5;1:2,0; sendo a concentrao inicial deinculo empregada de 20gSSV/L.DuranteesteperodoforamacompanhadasasvariaesdeDQO,nitratoeamnia,ondese obteveumaremoodeat80%dacargaorgnicadoefluenteedeat97%damatrianitrogenada.O experimentocomdiluiode1:3,33foirealizadocomadiode0,5%desalparaavaliaroefeitoda salinidade, o qual tambm considerado na anlise dos resultados obtidos. PALAVRAS-CHAVE: Efluente Industrial Pescado, Aclimatao , Remoo de Matria Orgnica. INTRODUO A industrializao e o surgimento de novas tecnologiaseprodutospromoveramaolongodos ltimosanosoprogressoassociadoavrios problemasambientais.Oempregode microrganismosnadegradaodospoluentes comumenteadotadoemestaesdetratamento deefluentesindustriaisondesistemas anaerbicos e/ou aerbicos so implantados. Oprincpiodedepuraoparalodosativados combiomassasuspensaempregacomo elementosativososflocosbiolgicos,osquais, emcontatocomsubstratobiodegradvelena presenadeoxignio,crescemefloculam(Biton, 1994).Osflocosbiolgicossoformadospor consrciosdemicroorganismosqueconfiguram comunidadesdinmicas,cadaumadasquais possui uma determinada finalidade no processo de lodos ativados. Oprocessodesedimentaodabiomassa, necessrioparaaseparaodoefluentetratado, spossvelgraasfloculao(Mendona, 2002).Aproduodeguasresiduaisemunidades de processamento de peixe apresenta-se de forma complexa,devidopresenadecompostos proticosedeelevadaconcentraosalina, principalmente no caso de produo de conservas (Castro, 2003). O efluente da indstria de pescado geradoemdiversasetapasdoprocessamento, tais como: i. Recepo do pescado; ii. Condensao nas cmaras frigorficas; iii. Eviscerao, salmoura, acondicionamento em latas; iv. Cozimento, adio do leo; v. Recravamento das latas; vi. Lavagem das latas; vii. Autoclavagemelavagenspara resfriamento. Almdasguasdelavagensdopescado,h tambmaslavagensdepisoseequipamentos, bem como o esgoto sanitrio gerado na fbrica. Oprocessodetratamentoquehmaisde15 anostemsidousadonoBrasilequeconsidera inclusive a sazonalidade da pesca constitudo de trs etapas: i.Preliminar(peneiramentoeequalizao): remoo de escamas e pedaos de peixes. ii.Primria (clarificao fsico-qumica por adio decoagulantesqumicosecloretofrrico,por flotao):remoodeleosemulsionados,e slidos coloidais. Secundria(biodigesto):remoodamatria orgnica dissolvida em reator anaerbio. Almdaremoodamatriaorgnica alcanadanestessistemas,aremoode nutrientesdeveserconsideradadevidoaos fenmenosdeeutrofizaoquedeteriorama qualidadedoscorposreceptoresbemcomoo equilbriodoecossistema.Asbactrias decompositoras da matria protica transformam o nitrognioorgnicoemnitrognioamoniacalea remoobiolgicadenitrogniocompreendedois processossequenciais:anitrificaoea desnitrificao.Anitrificaooprocessodebio-oxidaoda amniaquesedaremduasetapasdistintas:o nitrognioamoniacaloxidadobiologicamentea nitritoe/ouanitratopordoisgnerosdebactrias autotrficas,sendoNitrossomassp.responsveis pelaetapadeoxidaodaamniaanitritoe Nitrobactersp.responsveispelaetapade oxidao subsequente onde o nitrito convertido a nitrato.Taisprocessosbiolgicospodemser descritos pelas Equaes 1, 2 sendo a Equao 3 a reao global : NH4+ + 1,5 O2 NO2- + H2O + 2H+(1) NO2- + 0,5 O2NO3- (2) NH4+ + 2 O2NO3- + H2O + 2H+ (3) Nadesnitrificaoonitratoreduzidoa nitrogniomolecular(N2)emcondiesanxicas. Paraqueestatransformaoocorra,os microrganismosrequeremumafontedecarbono orgnico(doadordeeltrons),quepodeser adicionado artificialmente (von Sperling, 1997). Emunidadesdetratamentoemescala industrial,cujointeressearemooconjuntada cargaorgnicoeatransformaodonitrognio nasformasdenitrognioamoniacalenitratopara aformamolecular(N2),freqentemente necessrioousodefontesexternasdecarbono naetapadedesnitrificao,poisonitratoo produtodeumareaodenitrificaoem condiesaerbicas,nasquaisocorretambm eliminaodocarbonoorgnico(SouzaeForesti, 2000). OReatorBateladaSequencial(RBS)tem seapresentadocomoumbomsistemapara remoobiolgicadenitrognio(Coelhoetal, 2000;Souzaetal.2008).umsistemaque apresentavariaotemporaldascondiesdo meiopodendoserencaradocomoumprocesso cclico,orientadotemporalmente.Otratamento com RBS pode ser implantado com a utilizao de umoumaistanques,cadaqualrealizandoas cincooperaesdistintasporciclo:enchimento, reao,sedimentao,descargaetempode repouso. Entreasvantagensquetmsido atribudasaoRBSdestaca-seafacilidadede adaptaodestatecnologiaavariaescontnuas de concentraes de poluentes, o que permite sua utilizaoparaotratamentodeefluentesvariados taiscomoosprovenientesdasindstrias alimentcia,petroqumica,papelecelulose, couros, esgotos municipais e domsticos. Alm de suaflexibilidade,estatecnologiatemprovadoser altamenteeficientenaremoodefsforoenos processosdenitrificao/desnitrificao(Ginoris, Y. P. 2006). Acapacidadedeacmuloedeutilizao deprodutosarmazenados(sintetizadosduranteo perodoanxico)favoreceoaparecimentode bioflocosnabiocenosedolodoativadodoRBS. Assim,ascaractersticasdesedimentabilidade destesistemasoreferentesexistnciade bioflocosgrandesedensos.Deve-seatentar tambmparaocontroledosmicrorganismos filamentososdeformaamanterumaboa sedimentabilidade,fatorcrucialparaqueaetapa deseparaodabiomassanosejalimitantedo ciclo, inviabilizando a utilizao do sistema. Aindaexistempoucosestudosparaa remoobiolgicadenutrientesparaefluentes salinos.Intrasungkhaetal.(1997)investigarama remoobiolgicadenutrientesdeguas residuaisusandoumRBS.Foramobtidos resultadosaceitveisparabaixasconcentraes desal(0,03%a0,2%).Abu-ghararaheSherrard (1993)verificaramquepara0,4%desalhuma diminuio da remoo de amnia do efluente. Adaptao da Biomassa Apesardacapacidadedos microorganismosemdegradarcompostos orgnicos txicos ocorre que poucos sistemas so altamente eficientes na biodegradao pois no h ocontroledosmicroorganismosenvolvidosna biodegradao (WILMES & BOND, 2004).A partida de um sistema de lodos ativados quando colocados frente de compostos de difcil degradaopodeocasionarsriosproblemasao processoeatmesmointerromperasatividades biolgicas do sitema (Cordi et al 2008). No tratamento de despejos industriais, em especialquelesprojetadosparaaremoode poluentesespecficos,torna-senecessrio adaptaodabiomassaparaqueestasejacapaz dedegrada-los.Assimsendo,acapacidadede degradao do sistema de lodos ativados pode ser aumentadaseoinoculoforadaptado (NAKAMURA et al., 2005). Umavariedadedefenmenostemsido propostosparaexplicarestafase,comopor exemplo, a ocorrncia de um processo de seleo emultiplicaodosorganismosselecionados.O temponecessrioparaqueaadaptaoocorraa contentodependedafontedebiomassautilizada, temperatura,pH,concentraodeoxignio dissolvido,idadedolodoedotipodesubstrato utilizado (Cordi et al 2008). Naliteraturaencontram-sedescritoso tempodeduraodafasedeadaptaoda biomassatendeasermaislongadevidoa toxidade dos compostos a serem tratados (Kargi & Eker, 2006).Comootempodeaclimataoda biomassadependedascondiesespecficasdo sistema, no possvel pr estabelecer um tempo deadaptaopadro(MARKIETTOetal.,2003). Isto bastante comum em processo que envolvem biotecnologia,nosquaisascondies determinadasparaumsistemaespecficono podemserestendidasaoutrossistemas(Cordiet al 2008). Aalimentaodabiomassapresenteno reatordeveserfeitacontinuamenteduranteesta fase,demaneiraaseobterelevadostemposde retenohidrulica,quepoderserdiminudoao longodoprocessodeadaptaodos organismos(Cordi et al 2008). Omonitoramentodossistemadurantea fasedeadaptaodabiomassapodeser restringidodeterminaodosslidossuspensos totais(SST)evolteis(SSV),umavezque indicamrespectivamente,aconcentrao aproximadadelodoemicroorganismospresentes nosistema.Destaformaacompanha-seo crescimentodabiomassaatqueosvalores tppicosdeslidosemsuspensovolteissejam atingidos(entre1500e4000mgSSVL-1, dependendodotipodesistemautilizado)(Von Sperling, 1997). Indice Volumtrico do Lodo (IVL) Esteparmetrodefine-secomosendoo volumeocupadoporumagramadeslidos presentenoreator,apsumperodode sedimentao de 30 minutos. O IVL se define pela seguinte Equao 4: IVL=V/SS(4) OndeVovolumeocupadopelolodo aps30minutosdesediemntao(realizado numa proveta de 1000 mL) e SS a concentrao deslidossuspensosnoreator,sendooIVL expresso em mL g-1 .Este parmetro indicador das caracteristicas de decantao dos lodos(Cordi etal,2008).UmaumentosignificativodeIVL prejudicaasedimentaoeaseparaoentreo efluenteeabiomassaempregadanotratamento (Jenkins et al., 1993). Degradao da matria orgnica carboncea Na etapa de biotransformao o afluente a sertratadoentraemcontatocomofloco microbianonapresenadeoxignio,favorecendo aoxidaopelasbactriasaerbiasefacultativas damatriaorgnicaacompostosdebaixa energia,sendoaenergialiberadanasreaesde oxidao/reduoutilizadaparaasntesede material celular. Comoresultado,soobtidosnitratos, sulfatosedixidodecarbono,almdeoutros produtos intermedirios do catabolismo oxidativo. Aavaliaodaeficinciadossistemasde tratamentodeesgotonormalmentefeitacom basenopotencialdedepleodeoxignio causadopelamatriaorgnicapresentenagua residuria em questo.Emborasejaumasimplificaodo potencialpoluidor,essemtodoconsideradoo modomaisprticodesemediraforadagua residuriaouacargaorgnicaquelanadano ambiente.Emboraasduastcnicastenham vantagensedesvantagens,aDQOtalvezsejao parmetromaisusadoporsermaisrpidoe relativamente simples (Ginoris, Y. P., 2006). Remoo biolgica de nitrognio Nosesgotossanitrios,onitrognioest essencialmentepresentenaformaorgnica (peptdeos,purinas,aminas,aminocidos), amoniacal e, em menor quantidade, como nitrato (NO3-) e nitrito (NO2-); este ltimo muito instvel e rapidamente oxidado a nitrato. Adecomposiobacterianadomaterial proticoeahidrlisedauriatransformam nitrognio orgnico em amnia. A amnia (matria nitrogenadainorgnica)podeapresentar-setanto naformadeon(NH4+)comonaformalivreno ionizada (NH3), segundo um equilbrio dinmico. Aremoodonitrognionoprocessode tratamento biolgico de esgotos compreende doisprocessos:anitrificaoeadesnitrificao (Ginoris, Y. P. 2006). Oobjetivodotrabalhofoiaavaliaodo potencialdebiodegradaodediferentesrazes deefluenteinnaturadeumaindstriade transformaodepescado,visandotantoa remoodematriacarbonceacomo nitrogenada.Ainflunciadasalinidadeno desempenho do sistema tambm foi avaliada. MATERIAIS E MTODOS Instalao laboratorial Ainstalaolaboratorialutilizadaparaeste trabalhoencontra-serepresentadanaFigura1, ondesepodeobservar:reatorbiolgicode50L, tanquedealimentaocomcapacidadepara50L, bombadosadoraparaalimentao,sensorese transmissores de pH, oxignio dissolvido e nvel. Figura 1- Instalao laboratorial. Composio do Efluente Sinttico e Inculo Acomposiodoefluentesintticousado nosvriostestesparadiluiodoefluentein naturaestapresentadanaTabela1comadio deelementos-traosparaamanutenoda biomassa.AconcentraodeNaCladicionadaao sistemanoestudodesalinidadefoide0,5%.O inculoapresentavaumaconcentraoinicialde slidossuspensosvolteisde20g/L.Abiomassa foimantidanointeriordoreatordurantetodoo perodo experimental. Tabela1:Composiodoefluentesinttico utilizado na diluio do efluente in natura. ComponenteConcentrao (mg/L)NH4Cl76,1 C6H12O6300 MgSO416,7 NaCl10,1 NaHCO3243,3 Na2HPO4.12H2O46,2 CaCl4,7 KCl4,7 CuSO40,2 ZnSO40,2 FeCl30,2 Efluente in natura O efluente in natura foi gentilmente cedido porPepsicodoBrasilLTDA,sediadaemSo Gonalo,RJ.Doislotesforamempregadosem ocasiesdistintasondeosdadosde caracterizaoestoapresentadosnaTabela2, vistoqueaindstriadepescadoapresenta sazonalidade no processamento. Tabela2:Caracterizaodoefluenteinnatura gerado durante o processamento de pescado. Efluente "in natura" (mg/L) Parmetros Faixa de Valores DQO1670-3906 NH4+103-506 NO3-13-184 leos e Graxas58 - 349 Estratgia Experimental RBS A estratgia por pulsos simtricos utilizada paraalimentaoeaeraofoianteriormente empregadaporCoelhoetal.(2000).Cadaciclo realizadodecorreudurante360minutos.A estratgia,conformemostraaFigura2,consiste na alternncia da fase aerbia para a fase anxica de30em30minutos.Duranteos210minutos iniciaisaalimentaodosistemavariavada mesmaforma.Nos150minutosfinaisa alimentaofoisuprimida.Estaestratgiavisa obtenodeelevadaspercentagensderemoo deamniadoefluente,minimizandoas concentraesinibitriasparaosmicrorganismos no interior do reator. Figura2-Estratgiaadotadaparaestudoda biodegradao de efluente in natura. Sistema de aclimatao Almdoscontrolesfsico-qumicos,o acompanhamentodoprocessodeaclimataofoi realizadotambmpormicroscopiaticadofloco, paraassimavaliaraformacomqueos filamentosos estavam em relao aos flocos, visto quequandoosfilamentososestoligandoos flocos(Figura3B)caracterizaaqualidadede sedimentabilidade demoderada a ruim ( Jenkins et al., 1993). Figura3:Filamentosos:(A)fazendopartedos flocose(B)interligandoosflocos.(FONTE: Jenkins et al., 1993). Oprocessodeaclimataoest representadonaFigura4,ondehaviaatrocado meioacada48horas,emregimede12horasde aeraoe12horassemaerao(oreatorera carregadoeseucontedoeramisturado completamente) e retiradas alquotas a cada troca para avaliao de fator de carga F/M (kg DOQ / Kg SSV), relao alimento/biomassa e percentuais de remoodeDQOeNH4+,paracadadiluio estudada do efluente in natura. Figura4:Esquemadaaclimataodafauna microbiana. RESULTADOS E DISCUSSES Osvaloresobtidosexperimentalmente para o desempenho do sistema so apresentados na Tabela 3 e assinalam uma maior quantidade de slidossuspensosvolteisnoRBSparaas menores diluies estudadas.Mesquita(2006),aoestudarofenmeno deremoodeDQOemRBSnaconcentrao salinade0,5%observouqueapresenadesal nosemostravainibitriacomrelaoremoo deDQO.Estefenmenotambmverificadona Tabela 3 onde o experimento com adio de 0,5% desalapresentavalorespararemoodeDQO similaresquelasdosexperimentosconduzidos sem a presena de salinidade no efluente. Tabela3-Desempenhodosistemaparaas condies estudadas. Diluio %Remoo de DQO %Remoo NH3+ 28453 2*7554 2,57298 2,5*8853 3,33 (0,5%)6426 3,33 (0,5%)* 98 No Observada Dado que a remoo de DQO se manteve constante(emtornode80%)emtodasas diluiesestudadas(Tabela3),osresultados obtidosnestetrabalhoapontamqueabiomassa provenientedeumreatorUASBfoicapazdese adaptarnovacondioambiental.Oaumento gradualdaquantidadedeefluenteinnaturano conduziuadeterioraododesempenhodo sistema,oquepermiteumusomaiseficientedo volume reacional. ATabela3tambmapresentaosvalores obtidos para a remoo de nitrognio amoniacal e observa-sequenoexperimentocommaior diluio e com presena de sal houve os menores percentuais de remoo deste on.Adicionalmente,pelaFigura5verifica-se que houve em mdia uma constancia com relao ao IVL para as diluies estudadas de efluente in natura. Figura5VariaodoIVLparaasdiluiesdo efluentein-naturaestudadas(*Duplicatas realizadas para cada diluio). SegundoVonSperling(1997),oIVLpode ser interpretado de acordo com a Tabela 4. Tabela 4: Sedimentabilidade versus IVL DecantabilidadeIVL (mL/g) tima0-50 Boa50-100 Mdia100-200 Ruim200-300 Pssima>300 Fonte: Adaptado de Von Sperling (1997). AFigura5eaTabela4podemser correlacionadaseobserva-sequeosistema apresentoutimadecantabilidadeemtodasas diluiesestudadasvistoqueosvaloresdeIVL obtidosestoentre17-34(mg/L)quesegundo VonSperling(1997)classificacomotima sedimentabilidade. Tabela5:Critriosdecaracterizaoda qualidadedesedimentabilidadedolodo.Avaliado paralodosativados(embatelada)combiomassa suspensa(baseadoemJekinsetal.,1993; Mendona, 2002). Para se avaliar as diferenas morfolgicas dolodoativadoforamrealizadasmicroscopias ticasqueestoapresentadasnaFigura6. Observa-seduranteaaclimataoqueosflocos emtodasadiluiessemantiveramgrandeseos filamentososseapresentaramfazendopartedos flocossegundoaTabela5eFigura3B, caracterizandoassimumaboasedimentabilidade do lodo. Poroutrolado,aadiode0,5%desal parececonduziradesfloculaodadaapresena deflocosfrgeisedispersosTabela5,fatoque corroboraoaumentodeturbidezdoefluente tratado.Esteprocessodedesfloculaoda biomassaagravadoconformearelaovolume de efluente in natura : volume de efluente sinttico aumenta.Ouseja,apesardodesempenhodo sistemaaparentementenotersidoafetadopor umacarga maiordoefluenteinnatura(Tabela3), a biocenose do lodo ativado foi alterada, levando a umaumentoexpressivodaturbidezdoefluente tratado. Figura6 - Microscopiatica (aumento total100X): diluio1:3,33(A)comadiodeNaCl;(B) diluio 1:2,5 e (D) diluio 1:2,0. BarbusinskieKoscielniak(1995) observaramumaumentonotamanhodosflocos de lodo ativado com incremento de carga orgnica alimentadaaosistema,devidoprincipalmente maiorproduodeexopolissacarideos.Estes autores tambm constataram que cargas elevadas alimentadasaosistemaporperodosprolongados de tempo provocam problemas de sedimentao. CONCLUSES Osresultadosobtidosindicamquea biomassa proveniente de um reator UASB quando aclimatadaemumReatorBateladaSeqencial, adotandoumaestratgiaporpulsossimtricos paraaalimentaoeparaaeraopermitiuobter bons ndices de remoo de DQO que se manteve constante em torno de 80%, quanto a remoo de nitrognioamoniacalomaiorpercentualfoi alcanado no experimento com razo de 1: 2,5 de efluenteinnaturacom97%deremoode amniaentretantosemantevecomvaloresde remoo em aproximadamente em 50%.Osistemaapresentouboadecantabilidadeem todas as condies estudadas visto que os valores deIVLobtidosestoentre15-30(mg/L)quese classificam como sedimentabilidade tima. Entretantoaoseobservaraomicroscopio osflocosdoexperimentocomaadiode0,5% desal,observou-sequeapresenadesalno meioparececonduziradesfloculaodadaa presenadeflocosfrgeisedispersos,fatoque corroboraoaumentodeturbidezdoefluente tratado.Apesardodesempenhodosistema aparentemente no ter sido afetado por uma carga maiordoefluenteinnatura,abiocenosedolodo ativadofoialterada,levandoaumaumento expressivo da turbidez do efluente tratado. 5.REFERNCIAS ABU-GHARARAHZ.H.,SHERRARDJ.H. Biologicalnutrientremovalinhighsalinity wastewater.J.Environ.Sci.Healthv.28,p.599-613, 1993. APHA.StandardMethodsfortheExaminationof WaterandWastewater.17thEdn.,Washington, D.C., 1989. p.427-433, 1998. BABUSINSINSKI,K.;KOSCIELNIAK,H.(1995). InfluenceofSubstrateLoadingIntensityonFloc SizeinActivedSludgeProcess.WaterResearch, v. 29, pp. 1703-1710. BITTON,G.(1994).WastewaterMicrobology, DepartmentofEnvironmentalEngineering Sciences,UniversityofFlorida,Gainesville,Wiley-Liss, New York, USA. 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