estudo da tratabilidade das soluções de lactose com ácidos húmicos e lactose com lixiviado de...

UNIVERSIDADE DE SO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS

RAFAELLA CAMPOS

Estudo da tratabilidade das solues de lactose com cidos hmicos e lactose com

lixiviado de aterro sanitrio por lodos ativados em escala de bancada

So Carlos 2013

Verso corrigida

RAFAELLA CAMPOS

Estudo da tratabilidade das solues de lactose com cidos hmicos e lactose com

lixiviado de aterro sanitrio por lodos ativados em escala de bancada

So Carlos 2013

Dissertao apresentada a Escola de Engenharia de So Carlos, da Universidade de So Paulo, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Cincias, Programa de Engenharia Hidrulica e Saneamento Orientador: Prof. Tit. Jurandyr Povinelli

Dedico este trabalho aos meus pais, Iza e Glez Eliza,

pelo amor desmedido, incansvel dedicao e incentivo

dado durante toda a minha trajetria at aqui.

AGRADECIMENTOS

Agradeo a Deus por ser um amigo fiel, fonte de toda fora para superar os

obstculos e concessor da ddiva da vida.

Ao Prof. Jurandyr Povinelli por ter me aceitado como orientada, pelos aprendizados

acadmicos, pacincia, ateno, disponibilidade e por ser este exemplo de

profissional e pessoa.

Aos meus pais pela incansvel dedicao, amor, apoio e incentivo.

Aos meus tios, Glesmar e Joo, e aos meus primos, Fernanda e Rodrigo, por todo

carinho, amizade e amor.

minha av, Cisira, que hoje no se encontra entre ns, mas foi um exemplo de

pessoa por sua imensa bondade e f.

Escola de Engenharia de So Carlos, pela oportunidade de realizao do curso de

mestrado.

Ao Prof. Luiz Daniel e Prof. Eny Maria por terem aceitado compor a banca

examinadora de qualificao e contribudo para a melhoria deste trabalho.

Prof. Lyda pelo aprendizado adquirido durante o perodo que fui sua estagiria no

PAE.

A todos os professores do Departamento de Engenharia Hidrulica e Saneamento

pelos conhecimentos adquiridos durante minha passagem por aqui.

Aos tcnicos do Laboratrio de Saneamento: Jlio Csar Trofino, Paulo Fragicomo,

Natlia Santos, Maria Aparecida P. Viudes (Cidinha), Bianca Rodrigues Aline Musetti

e Sabrina Marini pela ajuda, torcida, pacincia, companheirismo e ensinamentos

referentes s anlises de rotina do laboratrio.

Eloiza Pozzi pela disponibilidade e auxlio dado na execuo dos trabalhos

microbiolgicos.

S, Rose, Pavi, Fernanda e Flvia pela disponibilidade e ajuda ao longo do

mestrado.

Ao Roberto Brgamo e ao Alcino pelo auxilio na montagem e manuteno do

aparato experimental dado durante toda a execuo da pesquisa.

Ao Igor pelo incentivo e exemplo.

Fernanda, pela amizade, companheirismo, orientao, momentos de descontrao

e por me tranquilizar nos momentos difceis.

Aurlia pela amizade, apoio e pela valiosa ajuda nos momentos de dvidas.

Aos amigos do mestrado: Jaqueline, Guilherme, Thyago, Pricila, Natlia Fisher,

Nayara e Rodrigo pela companhia e amizade nos momentos em que mais precisei.

Ao Davi pela colaborao na impresso da verso preliminar.

Aos amigos de Viosa: Sara, Renata, Ana Paula, Paula, Isa, Maria Eugnia,

Mariana, Nayara, Fbio, Pedro e Diego que mesmo longe sempre se fizeram

presentes.

CAPES, pela concesso da bolsa de mestrado e pelo apoio financeiro para a

realizao desta pesquisa.

Fundao de Amparo Pesquisa do Estado de So Paulo (FAPESP), pelo apoio

financeiro para a realizao desta pesquisa - Auxlio Pesquisa - Processo n

2010/51955-2.

A todos que contriburam de forma direta e indireta pela a realizao deste trabalho.

RESUMO

O lixiviado de aterro sanitrio uma gua residuria com elevada concentrao de

DQO, DBO, amnia, traos de metais pesados e substncias orgnicas dificilmente

biodegradveis, tais como substncias hmicas e celulsicas (lignina). Dada essas

caractersticas, torna-se necessrio que ele seja recolhido e devidamente tratado

para evitar danos ao meio ambiente e sade humana. Uma prtica que tem sido

adotada por alguns municpios brasileiros o direcionamento do lixiviado para

tratamento consorciado em estaes de tratamento de esgoto (ETE). No entanto,

so poucos os estudos que avaliam a eficcia desse procedimento. Um dos

questionamentos sobre o tratamento biolgico diz respeito remoo do material

orgnico dificilmente biodegradvel, representado principalmente pelas substncias

hmicas e, dentro dessa classe, destaca-se a frao de cidos hmicos no lixiviado.

Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo verificar a tratabilidade das

solues contendo lactose, lactose com cidos hmicos, lactose com 2 % em

volume de lixiviado de aterro sanitrio bruto e lactose com 2 % em volume de

lixiviado pr-tratado por air stripping, quando submetidas ao tratamento biolgico

em reatores de lodos ativados em escala de bancada. Assim, buscou-se verificar se

essa tecnologia de tratamento capaz de estabilizar, ainda que parcialmente,

compostos orgnicos de difcil biodegradao presentes no lixiviado. A quantificao

das substncias de difcil biodegradao antes e aps o tratamento foi realizada pelo

mtodo tentativo do Equivalente em cidos Hmicos que se encontra em fase de

estudo. Os resultados demonstraram que houve uma remoo parcial dessas

substncias. As anlises de espectroscopia na regio do infravermelho indicaram

que no ocorreu a adsoro dos cidos hmicos no lodo, o que pode ser uma

evidencia de que a reduo da concentrao dessas substncias de fato devida ao

seu consumo e no pela precipitao no lodo. Alm disso, a adio de 2 % em

volume do lixiviado no ocasionou reduo da populao de microrganismos no

sistema.

. Palavras-chave: Lixiviado de aterro sanitrio. Compostos orgnicos dificilmente

biodegradveis. cidos hmicos. Lodos ativados.

ABSTRACT

Leachate from sanitary landfills is a type of effluent with high concentrations of COD,

BOD, ammonia, heavy metal traces and hardly biodegradable organic compounds

such as humic and cellulosic substances (lignin). Thus this effluent needs to be

collected and treated in order to prevent damages to the environment and to human

health. A common practice in Brazilian cities is to destine the leachate to a sewage

treatment plant (STP). However, there are few studies that assess the efficiency of

this procedure. One of the questions regarding the biological treatment concerns its

efficiency in removing hardly biodegradable organic compounds, represented in the

most part by the humic substances, given the high levels of humic acid in the

leachate. Within this context, the present study had the objective to verify the

treatability of solutions containing lactose, lactose with humic acids, lactose with 2%

(in volume) of untreated sanitary landfill leachate, and lactose with 2% of leachate

pre-treated by air stripping, submitted to biological treatment in laboratory-scale

activated sludge reactors. Thus this paper assessed if such treatment technology can

stabilize, even if only partially, the hardly biodegradable organic compounds found in

leachate. The quantification of these substances prior to and after treatment was

made by using a tentative method called Humic Acids Equivalent, which is still in

the phase of studies. The results show that there was a partial removal of these

substances. The spectroscopy analyses on the infrared region indicated that there

was no adsorption of humic acids onto the sludge, which evidences that the

decrease in the levels of these substances was due to their consumption and not

precipitation onto the sludge. Also, the addition of 2% of leachate did not reduce the

population of microorganisms in the system.

. Keywords: Sanitary landfill leachate. Hardly biodegradable organic compounds.

Humic acids. Activated sludge.

II

LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

AH cidos Flvicos

AH cidos Hmicos

AP Aerao prolongada

CAPES Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior

CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente

COT Carbono orgnico Total

COT Carbono orgnico total

BAT 1 Batelada 1

BAT 2 Batelada 2

BAT 3 Batelada 3

BAT AP Batelada com aerao prolongada

DBO Demanda bioqumica de oxignio

DQO Demanda qumica de oxignio

COD Carbono orgnico dissolvido

EESC Escola de Engenharia de So Carlos

Eq Equao

Eq. AH Equivalente em cidos hmicos

ETE Estao de Tratamento de Esgoto

HU Huminas

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica

IQSC Instituto de Qumica de So Carlos

LA Lodos ativados

LAC Soluo de lactose

LAC/AH Soluo de lactose com 2 % em volume de soluo de cidos hmicos

LAC/LIX BR Soluo de lactose com 2 % em volume de lixiviado bruto

LAC/LIX PT Soluo de lactose com 2 % em volume de lixiviado pr-tratado

LPB Laboratrio de Processos biolgicos

LATAR Laboratrio de Tratamento Avanado e Reso de gua

LIX BR Lixiviado bruto

LIX PT Lixiviado pr-tratado

III

NA No avaliado

OD Oxignio Dissolvido

PCR Reao de Polimerizao em Cadeia

PNSB Pesquisa Nacional de Saneamento Bsico

Rem Eficincia de remoo

rpm Rotao por minuto

RSU Resduos Slidos Urbanos

SH Substncias hmicas

ST Slidos totais

STF Slidos totais fixos

STV Slidos totais volteis

SST Slidos suspensos totais

SSF Slidos suspensos fixos

SSV Slidos suspensos volteis

TDH Tempo de deteno hidrulica

USEPA Environmental Protection Agency

rem Concentrao do parmetro removida durante o tratamento

c Tempo de residncia celular

IV

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1. ESTRUTURA HIPOTTICA BIDIMENSIONAL PROPOSTA PARA OS CIDOS HMICOS.

FONTE: SCHULTEN E SCHNITZER (1997). ............................................................... 22

FIGURA 2. ESTRUTURA MOLECULAR DAS FORMAS ISOMRICAS DA LACTOSE NAS

CONFIGURAES E . FONTE: GNZLE (2008). .................................................... 24

FIGURA 3. CICLOS DE OPERAO DE UM REATOR DE LODOS ATIVADOS OPERADO EM

BATELADA. FONTE: ALMEIDA (2004). ..................................................................... 27

FIGURA 4. SOLUO DE LACTOSE SOB AERAO DURANTE A FASE DE ADAPTAO. .......... 33

FIGURA 5. FOTOGRAFIA AREA DO ATERRO SANITRIO DE SO CARLOS SP (2008).

FONTE: ADAPTADA DE VEGA ENGENHARIA APUD CONTRERA (2008). ....................... 37

FIGURA 6. REATOR DE LODOS ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA. FONTE: TURETTA (2011).

.......................................................................................................................... 38

FIGURA 7. CORTE ESQUEMTICO TRANSVERSAL DO REATOR. FONTE: TURETTA (2011). ... 38

FIGURA 8. AERADOR UTILIZADO NO EXPERIMENTO. ........................................................ 39

FIGURA 9. PEDRAS POROSAS UTILIZADAS NO EXPERIMENTO. ........................................ 39

FIGURA 10. REATOR DE LODOS ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA UTILIZADO NO PRESENTE

TRABALHO. .......................................................................................................... 40

FIGURA 11. APARATO EXPERIMENTAL UTILIZADO PARA O ENSAIO EM FLUXO CONTNUO. (A)

AERADORES; (B) BOMBONAS QUE ARMAZENAVAM O AFLUENTE; (C) UNIDADE DE LODOS

ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA; (D) TUBULAO DE SADA DO EFLUENTE; (E)

BOMBAS UTILIZADAS PARA RECALCAR O AFLUENTE DAS BOMBONAS PARA AS CMARAS

DO REATOR. ......................................................................................................... 41

FIGURA 12. IMAGEM DA MICROSCOPIA COM APLICAO DO CORANTE NANQUIM. (A) IMAGEM

ORIGINAL; (B) IMAGEM TRATADA COM A ESCALA DE CORES; (C) LEGENDA COM A

PERCENTAGEM DE REA OCUPADA POR CADA TONALIDADE. ..................................... 48

FIGURA 13. REFRATRIOS COM AS AMOSTRAS LQUIDAS NO INTERIOR DA ESTUFA. ............ 50

FIGURA 14. FRAO SLIDA RETIDA NO REFRATRIO APS 48 HORAS NA ESTUFA A 104C.

.......................................................................................................................... 50

FIGURA 15. FRAO SLIDA COLETADA NOS REFRATRIOS COM O AUXLIO DE UMA

ESPTULA. ........................................................................................................... 50

FIGURA 16. CURVA PADRO DO EQUIVALENTE EM CIDOS HMICOS PLOTADA A PARTIR DA

CORRELAO DAS CONCENTRAES DE CIDOS HMICOS E AS RESPECTIVAS

CONCENTRAES DE DQO SOLVEL POR ELAS GERADAS. ....................................... 52

V



CONCENTRAES DE COD POR ELAS GERADAS. ..................................................... 52

FIGURA 18. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT 1. ............................. 60



FIGURA 21. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT AP. .......................... 60

FIGURA 22. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO BRUTA NA BAT 1. ................ 66



FIGURA 25. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO BRUTA NA BAT AP. ............. 66

FIGURA 26. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO SOLVEL NA BAT 1. ............ 67



FIGURA 29. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO SOLVEL NA BAT AP. ......... 67

FIGURA 30. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DO COD - BAT 1. ............................. 71



FIGURA 33. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DO COD - BAT AP. .......................... 71

FIGURA 34. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO LAC

NA BAT 1. ............................................................................................................ 74

FIGURA 35. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO

LAC/AH NA BAT 1. .............................................................................................. 74


LAC/LIX BR NA BAT 1. ........................................................................................ 74


NA BAT 2. ............................................................................................................ 75


LAC/AH NA BAT 2. .............................................................................................. 75

FIGURA 39. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO LAC/

LIX BR NA BAT 2. ................................................................................................ 75


NA BAT 3. ............................................................................................................ 76

VI


AH NA BAT 3. ..................................................................................................... 76


LIX PT NA BAT 3.. ............................................................................................... 76


LIX BR NA BAT 3. ............................................................................................... 76


NA BAT AP. ........................................................................................................ 77


LAC/AH NA BAT AP. ........................................................................................... 77


LAC/LIX PT NA BAT AP. ..................................................................................... 77


LAC/LIX BR NA BAT AP. .................................................................................... 77

FIGURA 48. EFLUENTE FINAL DE LACTOSE (LAC), LACTOSE COM CIDOS HMICOS

(LAC/AH), LACTOSE COM LIXIVIADO PR-TRATADO (LAC/LIX PT) E LACTOSE COM

LIXIVIADO BRUTO (LAC/LIX BR). ........................................................................... 78

FIGURA 49. EFLUENTE CONTROLE (LAC) APS UMA SEMANA DE PERMANNCIA NA CMARA

DO REATOR DE LODOS ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA. ...................................... 80

FIGURA 50. COMPORTAMENTO DA REMOO DE COR VERDADEIRA NA BAT 1. ................. 81



FIGURA 53. COMPORTAMENTO DA REMOO DE COR VERDADEIRA NA BAT AP. ............... 81

FIGURA 54. ESPECTROS DOS COMPOSTOS PADRES (LACTOSE E CIDOS HMICOS) E DO

LIXIVIADO BRUTO E PR-TRATADO. ONDE: LIX STRIP: LIXIVIADO PR-TRATADO POR AIR

ATRIPPING; LIX BR: LIXIVIADO BRUTO: AH: CIDOS HMICOS. ................................. 82

FIGURA 55. ESPECTROS OBTIDOS PARA OS AFLUENTES E EFLUENTES DA CONDIO LAC E

LAC/AH, RESPECTIVAMENTE. ............................................................................... 85


LAC/LIX PT, RESPECTIVAMENTE. ......................................................................... 86


LAC/LIX BR RESPECTIVAMENTE. .......................................................................... 87

VII

FIGURA 58. ESPECTROS OBTIDOS PARA OS LODOS PRODUZIDOS NAS QUATRO CONDIES

AVALIADAS (LAC, LAC/AH, LAC/LIX PT E LAC/LIX BR). ....................................... 88

FIGURA 59. IMAGENS TRATADAS OBTIDAS DA MICROSCOPIA COM APLICAO DO CORANTE

NANQUIM PARA A CONDIO LAC. .......................................................................... 92


NANQUIM PARA A CONDIO LAC/AH. .................................................................... 93


NANQUIM PARA A CONDIO LAC/LIX PT. .............................................................. 94


NANQUIM PARA A CONDIO LAC/LIX BR. .............................................................. 94



CONCENTRAES DE DQO SOLVEL POR ELAS GERADAS. ....................................... 98



CONCENTRAES DE COD POR ELAS GERADAS. ..................................................... 98

FIGURA 65. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 1 PARA A CONDIO LAC. . 118

FIGURA 66. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 1 PARA A CONDIO LAC/AH.

......................................................................................................................... 118

FIGURA 67. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 1 PARA A CONDIO LAC/LIX

BR. ................................................................................................................... 118



......................................................................................................................... 119


BR. ................................................................................................................... 119



......................................................................................................................... 120

FIGURA 73. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 3 PARA A CONDIO LAC/PT.

......................................................................................................................... 120


BR. ................................................................................................................... 120

VIII

FIGURA 75. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT AP PARA A CONDIO LAC.

..........................................................................................................................119

FIGURA 76. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT AP PARA A CONDIO

LAC/AH. ........................................................................................................... 121


LAC/PT. ........................................................................................................... 121


LAC/BR. ........................................................................................................... 121

FIGURA 79. FLOCOS FORMADOS NA UNIDADE DE LODOS ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA.

........................................................................................................................ 125

FIGURA 80. HIFA. ...................................................................................................... 125

FIGURA 81. PROTOZORIO RIZPODE. ........................................................................ 126

FIGURA 82. BACTRIAS FILAMENTOSAS. ...................................................................... 126

FIGURA 83. BACTRIAS EM SUSPENSO. ..................................................................... 126

FIGURA 84. LEVEDURA. ............................................................................................. 126

FIGURA 85. ROTFERO. .............................................................................................. 126

FIGURA 86. PROTOZORIO PEDUNCULADO FIXO. .......................................................... 126

FIGURA 87. PROTOZORIO PEDUNCULADO FIXO. .......................................................... 127

FIGURA 88. ROTFEROS. ............................................................................................ 127

FIGURA 89. PROTOZORIO FLAGELADO. ...................................................................... 127

FIGURA 90. PROTOZORIO CILIADO RASTEJANTE. ........................................................ 127

FIGURA 91. NEMATIDE. ........................................................................................... 127

FIGURA 92. VISO GERAL DE UM FLOCO. ..................................................................... 127

FIGURA 93. DENDROGRAMA BASEADO NO COEFICIENTE DE SIMILARIDADE DE PEARSON A

PARTIR DO PADRO DE BANDAS DO DGGE PARA O DOMNIO BACTRIA. 1: LACTOSE

MANTIDA SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 2: LACTOSE COM 2 % EM VOLUME DE

LIXIVIADO PR-TRATADO MANTIDOS SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 3: LACTOSE MAIS 2

% EM VOLUME DE LIXIVIADO BRUTO MANTIDOS SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 4:

LACTOSE MAIS 2 % EM VOLUME DE LIXIVIADO PR-TRATADO MANTIDOS SOB

TRATAMENTO POR 50 DIAS. ................................................................................. 133

FIGURA 94. DENDROGRAMA BASEADO NO COEFICIENTE DE SIMILARIDADE DE PEARSON A

PARTIR DO PADRO DE BANDAS DO DGGE PARA O DOMNIO EUCARIA. 1: LACTOSE

MANTIDA SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 2: LACTOSE COM 2 % EM VOLUME DE

IX

LIXIVIADO PR-TRATADO MANTIDOS SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 3: LACTOSE MAIS 2

% EM VOLUME DE LIXIVIADO BRUTO MANTIDOS SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 4:

LACTOSE MAIS 2 % EM VOLUME DE LIXIVIADO PR-TRATADO MANTIDOS SOB

TRATAMENTO POR 50 DIAS................................................................................... 134


NO ENSAIO COM AERAO PROLONGADA. .............................................................. 145


LAC/AH NO ENSAIO COM AERAO PROLONGADA. ................................................ 145

FIGURA 97. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA ..................... 145

X

LISTA DE TABELAS

TABELA 1. CARACTERIZAO DO LIXIVIADO PRODUZIDO EM FUNO DA IDADE DO ATERRO.20

TABELA 2. COMPOSIO ELEMENTAR MDIA PARA OS CIDOS HMICOS. ......................... 22

TABELA 3. PARMETROS FSICO-QUMICOS UTILIZADOS PARA A CARACTERIZAO DO

LIXIVIADO DO ATERRO MUNICIPAL DE SO CARLOS. ................................................. 37

TABELA 4. CARACTERSTICAS DAS SOLUES QUE FORAM INOCULADAS EM CADA CMARA.

.......................................................................................................................... 39

TABELA 5. CONDIES ADOTADAS NOS ENSAIOS REALIZADOS NO REATOR DE LODOS

ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA. ....................................................................... 42

TABELA 6. APRESENTAO DOS PARMETROS E A FREQUNCIA QUE SERO ANALISADOS EM

CADA ETAPA. ........................................................................................................ 43

TABELA 7. CARACTERIZAO FSICO-QUMICA DOS AFLUENTES E DOS LIXIVIADOS

EMPREGADOS. ..................................................................................................... 57

TABELA 8. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT 1. .................... 59

TABELA 9. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT 2. .................... 59

TABELA 10. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT 3. .................. 59

TABELA 11. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT AP. ................ 59

TABELA 12. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOBRUTA - BAT 1. ............ 62



TABELA 15. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOBRUTA - BAT AP. ......... 62

TABELA 16. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOSOLVEL - BAT 1. ......... 65



TABELA 19. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOSOLVEL - BAT AP. ...... 65

TABELA 20. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE COD NA BAT 1. ................ 69



TABELA 23. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE COD NA BAT AP. ............. 69

TABELA 24. EFICINCIA DA REMOO DE COR NA BAT 1. ............................................... 79


XI


TABELA 27. EFICINCIA DA REMOO DE COR NA BAT AP.............................................. 79

TABELA 28. TABELA COM AS BANDAS DOS ESPECTROS DA FIGURA 54 E OS RESPECTIVOS

GRUPOS FUNCIONAIS (SILVERTEINS ET AL., 2007; SMIDT E MEISSL, 2007; BARBER ET

AL., 2001; LIN ET AL., 2010). ................................................................................. 83



AL., 2001; LIN ET AL., 2010). ................................................................................. 86



AL., 2001; LIN ET AL., 2010). ................................................................................. 87



AL., 2001; LIN ET AL., 2010). ................................................................................. 88



AL., 2001; LIN ET AL., 2010). ................................................................................. 89

TABELA 33. MDIA DA PERCENTAGEM DA REA QUE PERMANECEU COM MATERIAL ORGNICO

NO BIODEGRADADO. ............................................................................................ 95

TABELA 34. VALORES DO EQ.AH, EM RELAO DQO FILTRADA, NOS AFLUENTES E

EFLUENTES. ......................................................................................................... 99

TABELA 35. VALORES DO EQ.AH, EM RELAO AO COD, NOS AFLUENTES E EFLUENTES.100

TABELA 36. ESTIMATIVA DA REMOO DO MATERIAL DE DIFCIL BIODEGRADAO DA BAT 1

ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X DQO. .......................................................... 103

TABELA 37. ESTIMATIVA DA REMOO DE MATERIAL DIFICILMENTE BIODEGRADVEL DA BAT

1 ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X COD. ....................................................... 103

TABELA 38. ESTIMATIVA DA REMOO DO MATERIAL DIFICILMENTE BIODEGRADVEL DA BAT

2 ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X DQO. ....................................................... 105


2 ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X COD. ....................................................... 105

TABELA 40. ESTIMATIVA DA REMOO DO MATERIAL ORGNICO DIFICILMENTE

BIODEGRADVEL DA BAT 3 ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X DQO. .................. 106

XII

TABELA 41. ESTIMATIVA DA REMOO DE MATERIAL ORGNICO DIFICILMENTE

BIODEGRADVEL DA BAT 3 ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X COD. ................. 106


AP ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X DQO. .................................................... 108


AP ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X COD. .................................................... 108

TABELA 44. EFICINCIA DE REMOO DE NITROGNIO TOTAL KJELDHAL NA PRIMEIRA

BATELADA. ......................................................................................................... 112

TABELA 45. EFICINCIA DA REMOO DE NITROGNIO AMONIACAL TOTAL NA PRIMEIRA

BATELADA. ......................................................................................................... 112

TABELA 46. EFICINCIA DE REMOO DE NITROGNIO TOTAL KJELDHAL NA SEGUNDA

BATELADA. ......................................................................................................... 113

TABELA 47. EFICINCIA DA REMOO DE NITROGNIO AMONIACAL TOTAL DA SEGUNDA

BATELADA. ......................................................................................................... 113

TABELA 48. EFICINCIA DE REMOO DE NITROGNIO TOTAL KJELDHAL NA TERCEIRA

BATELADA COM AERAO PROLONGADA. .............................................................. 115

TABELA 49. EFICINCIA DE REMOO DE NITROGNIO AMONIACAL TOTAL (NAT) NA

TERCEIRA BATELADA COM AERAO PROLONGADA. ............................................... 115

TABELA 50. CARACTERIZAO MICROBIOLGICA DA BAT 1. ......................................... 128



TABELA 53. CARACTERIZAO MICROBIOLGICA DA BATELADA COM AERAO PROLONGADA.

........................................................................................................................ 131

TABELA 54. VALORES DO NDICE DE SHANNON-WIENER OBTIDOS PARA AS CONDIES

AVALIADAS. ........................................................................................................ 135

TABELA 55. MORFOLOGIAS ENCONTRADAS NO EFLUENTE UTILIZADO PARA DAR PARTIDA NO

REATOR EM ESCALA DE BANCADA DE LODOS ATIVADOS OPERADO EM REGIME DE FLUXO

CONTNUO. ........................................................................................................ 137

TABELA 56. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO SEMANAL DA DBO NO SISTEMA

OPERADO EM FLUXO CONTNUO. .......................................................................... 138

TABELA 57. COMPORTAMENTO DE DQO BRUTA MEDIDA SEMANALMENTE NO SISTEMA

OPERADO EM FLUXO CONTNUO. .......................................................................... 139

XIII

TABELA 58. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO SEMANAL DE DQO SOLVEL NO

SISTEMA OPERADO EM FLUXO CONTNUO. .............................................................. 139

TABELA 59. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO SEMANAL DE COT NO SISTEMA

OPERADO EM FLUXO CONTNUO. ........................................................................... 141

TABELA 60. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO SEMANAL DE NTK NO SISTEMA


TABELA 61. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO SEMANAL DE N-NH3- NO SISTEMA


SUMRIO

LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS ............................................................ II

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................. IV

LISTA DE TABELAS.............................................................................................. X

1 INTRODUO .................................................................................................. 16

2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 17

2.1 OBJETIVO GERAL ........................................................................................... 17

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ................................................................................ 18

3 REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................................. 19

3.1 LIXIVIADO ...................................................................................................... 19

3.2 SUBSTNCIAS HMICAS - CIDOS HMICOS ..................................................... 21

3.3 LACTOSE ...................................................................................................... 23

3.4 LODOS ATIVADOS ........................................................................................... 25

4 MATERIAL E MTODOS .................................................................................. 28

4.1 PREPARO DAS GUAS RESIDURIAS ................................................................. 29

4.1.1 Soluo de lactose Substrato ....................................................... 29

4.1.2 Soluo lactose (L) e cidos hmicos (AH) ..................................... 34

4.1.3 Soluo de lactose e lixiviado pr-tratado (LAC/LIX PT) e lactose com

lixiviado bruto (LAC/LIX BR) ................................................................................. 35

4.2 LIXIVIADO UTILIZADO ...................................................................................... 36

4.2.1 Coleta do lixiviado ............................................................................ 36

4.2.2 Caracterizao do lixiviado .............................................................. 37

4.3 UNIDADE EXPERIMENTAL DE TRATAMENTO LODOS ATIVADOS (LA) EM ESCALA DE

BANCADA ............................................................................................................. 38

4.4 ANLISES FSICO-QUMICAS ............................................................................ 42

4.5 EXAMES MICROBIOLGICOS ............................................................................ 43

4.5.1 Microscopia ptica de campo claro .................................................. 43

4.5.2 PCR-DGGE ..................................................................................... 44

4.6 MICROSCOPIA COM APLICAO DO CORANTE NANQUIM ..................................... 45

4.7 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO ........................................................... 48

4.8 CURVA DE EQUIVALNCIA EM CIDOS HMICOS E DETERMINAO DA EFICINCIA NA

BIODEGRADAO DOS COMPOSTOS RECALCITRANTES ............................................. 51

4.8.1 Construo da curva padro ............................................................ 52

4.8.2 Determinao do equivalente em cidos hmicos (Eq.AH) nos

afluentes. 54

4.8.3 Determinao do Equivalente em cidos Hmicos nos efluentes. 54

4.8.4 Verificao da remoo das substncias dificilmente biodegradveis55

5 RESULTADOS E DISCUSSO ........................................................................ 56

5.1 ENSAIO EM BATELADA ................................................................................... 56

5.1.1 Caracterizao das guas residurias ............................................. 57

5.1.2 Matria Orgnica .............................................................................. 58

5.1.3 Nitrognio ....................................................................................... 111

5.1.4 Microscopia de campo claro ........................................................... 122

5.1.5 PCR-DGGE .................................................................................... 132

5.2 ENSAIO COM FLUXO CONTNUO ..................................................................... 136

6 CONCLUSES ............................................................................................... 146

7 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................................. 150

8 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................... 151

16

1 INTRODUO

O crescimento populacional somado ao acelerado desenvolvimento

econmico tem provocado o aumento do volume de resduos produzidos. No Brasil,

a Poltica Nacional de Resduos Slidos - Lei 12305/10 recomenda que a disposio

final de rejeitos seja realizada no aterro sanitrio. Entretanto esta tecnologia no

est isenta de causar impactos ambientais negativos, uma vez que sua operao

produz metano, lixiviado, atrai vetores de doenas e, quando operado

inadequadamente, pode causar maus odores.

O lixiviado um lquido de colorao escura, odor forte e desagradvel, rico

em matria orgnica biodegradvel e recalcitrante, alm de conter substncias

txicas, como metais pesados e amnia.

De acordo com Mannarino (2011), quando esta gua residuria no

coletada e tratada, como na maioria dos aterros brasileiros, ela infiltra no solo e pode

contaminar colees hdricas. A contaminao de mananciais de gua por lixiviado

pode ocasionar danos ao meio ambiente, sade humana e biota aqutica.

Para evitar o contato com esses mananciais, j usual, em alguns aterros

brasileiros, encaminhar o lixiviado para as estaes de tratamento de esgoto (ETE),

para que o seu tratamento seja realizado em consrcio com o esgoto sanitrio. No

entanto, essa prtica questionada, pois so escassos os estudos que comprovam

que tal procedimento realmente eficaz no tratamento do lixiviado.

Trnkler et al. (2005) comentam que o maior obstculo para o tratamento de

lixiviado de aterro a dificuldade em identificar e quantificar a sua composio.

Morais e Zamora (2005) relatam que a composio e a concentrao de

contaminantes no lixiviado so influenciadas pelo tipo de resduos depositados,

clima, fatores socioeconmicos, alm da idade do aterro.

17

O lixiviado oriundo de aterros antigos, por exemplo, muito complexo e

apresenta alta concentrao de substncias hmicas, assim como, sais e baixa

relao DBO/DQO (Bashir et al., 2010; Foo e Hameed, 2009; Lo, 1996).

As substncias hmicas (cidos hmicos, cidos flvicos e huminas) so

produtos da decomposio de material orgnico. Devido complexidade de suas

estruturas moleculares so consideradas substncias de difcil biodegradabilidade, o

que as tornam responsveis por uma quantidade significativa da recalcitrncia do

lixiviado de aterros antigos.

Dessa forma, este trabalho destinou-se a verificar a tratabilidade de uma

soluo sinttica contendo concentraes conhecidas de lactose (substncia de fcil

assimilao pelos microrganismos) com cidos hmicos e, paralelamente, tambm

foi avaliada a tratabilidade da soluo mista composta por lactose e lixiviado de

aterro sanitrio.

As solues foram submetidas ao tratamento por lodos ativados, processo

comumente adotado em ETE e, atravs do emprego do mtodo tentativo do

equivalente em cidos hmicos, foi averiguado se este tratamento capaz de

degradar materiais dificilmente biodegradveis presentes no lixiviado.

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo geral

Este trabalho teve como objetivo geral, verificar a tratabilidade das solues

contendo lactose com cidos hmicos e lactose com lixiviado de aterro sanitrio

quando submetidas ao tratamento por lodos ativados.

18

2.2 Objetivos especficos

- Verificar a tratabilidade dos cidos hmicos utilizando anlises fsico-

qumicas dos afluentes e efluentes do sistema de lodos ativados;

- testar a aplicao do mtodo tentativo da curva de Equivalncia em cidos

Hmicos, ferramenta proposta e em fase de estudo por Ferraz et al (2012), cuja

finalidade simplificar a determinao da concentrao de substncias dificilmente

biodegradveis no efluente, ao correlacionar valores de DQO e COD (carbono

orgnico dissolvido) com concentraes de cidos hmicos;

- verificar, por meio de anlises fsico-qumicas e exames microbiolgicos, o

efeito da adio de cidos hmicos e lixiviado de aterro sanitrio no desempenho de

um sistema de lodos ativados, tendo como substrato a lactose aclimatada (diluda

em gua deionizada acrescida de inculo e nutrientes);

- verificar por meio de anlises de espectroscopia de infravermelho se as

substncias de difcil biodegradao foram adsorvidas no lodo produzido durante o

experimento,

- identificar a morfologia dos microrganismos e acompanhar, por microscopia

ptica de campo claro, as sucesses ocorridas na comunidade microbiana no

sistema de lodos ativados;

- avaliar, por microscopia ptica de campo claro, se a adio de cidos

hmicos e do lixiviado na soluo de lactose inibe o estabelecimento dos

microrganismos.

19

3 REVISO BIBLIOGRFICA

3.1 Lixiviado

De acordo com Bidone e Povinelli (2010), devido umidade dos resduos

acondicionados nos aterros sanitrios e ao de microrganismos decompositores,

gerado o chorume, resduo lquido de colorao escura e forte odor.

Nos perodos de chuvas mais intensas, ainda que exista um sistema de

drenagem de guas pluviais, o aterro fica sujeito infiltrao de gua em suas

clulas e, conforme a saturao da massa dos resduos atingida, o lquido que

infiltra pode misturar-se com o chorume, gerando o lixiviado.

Segundo Christensen et al. (2001), o lixiviado considerado um lquido de

matriz complexa, composta por quatro fraes principais: (1) matria orgnica

dissolvida (formada principalmente por cidos graxos volteis, cidos hmicos e

cidos flvicos); (2) compostos orgnicos xenobiticos (representados por

hidrocarbonetos aromticos, compostos de natureza fenlica e compostos

organoclorados alifticos); (3) macro componentes inorgnicos (dentre os quais se

destacam Ca, Mg, Na, K, NH3, NH4+, Fe, Mn, Cl, SO4

2- e HCO3-); e (4) metais

potencialmente txicos ( Cd, Cr, Cu, Pb, Ni e Zn).

A composio do lixiviado produzido em aterros bastante varivel em

funo do tipo de resduos por ele recebido, das caractersticas socioeconmicas

locais, do clima, da sazonalidade, do tipo de operao adotada e pela idade do

aterro (Morais e Zamora, 2005). Na Tabela 1 apresentada a variao da sua

composio em funo da idade do aterro.

De acordo com a Tabela 1, pode ser verificado que a biodegradabilidade do

lixiviado varia com a idade do aterro. Esta alterao pode ser constatada pela

20

reduo da razo DBO/DQO. Inicialmente, a razo maior ou igual a 0,5, indicativo

de que a matria orgnica presente no lixiviado facilmente biodegradvel.

Tabela 1. Caracterizao do lixiviado produzido em funo da idade do aterro.

Novo Intermedirio Velho

Idade (anos) < 5 5 - 10 > 10

pH 6,5 6,5 - 7,5 > 7,5

DQO (mg L-1) > 10.000 4000 - 10000 < 4000

DBO5/DQO > 0,3 0,1 - 0,3 < 0,1

Compostos orgnicos

80 % cidos graxos volteis

5 - 30 % de cidos graxos volteis + cidos hmicos e

flvicos

cidos hmicos e flvicos

Concentrao de metais pesados

baixa/intermediria - baixa

Biodegradabilidade alta mdia baixa

Fonte: Renou et al. (2008).

Em aterros sanitrios velhos, a razo DBO/DQO est frequentemente na faixa

de 0,05 a 0,2. Tal reduo devida, em parte, presena de cidos hmicos e

cidos flvicos, que so compostos recalcitrantes, ao contrrio dos cidos volteis

(Tchobanoglous et al., 1993).

Alm disso, Rita (2002) relata que a biodegradabilidade do lixiviado pode ser

influenciada pela presena de compostos aromticos provenientes de protenas e

ligninas, tais como os cidos fenil actico e fenil propinico, e por compostos

acclicos e solventes organoclorados oriundos geralmente de resduos industriais

que so dispostos nos aterros sanitrios juntamente com os RSU (resduos slidos

urbanos).

Quando descartado sem tratamento prvio, essa gua residuria causa

problemas ambientais como a toxicidade para a biota existente no solo e nas

comunidades aquticas atingidas, diminuio do oxignio dissolvido, eutrofizao

dos corpos de gua receptores, alm da possibilidade de danos sade das

pessoas que entrarem em contato direto ou indireto com o lixiviado.

21

3.2 Substncias Hmicas - cidos hmicos

As substncias hmicas (SH) so oriundas da biodegradao de compostos

orgnicos de origem animal e vegetal. Segundo Stevenson (1994), elas so

produzidas por reaes de snteses secundrias, biticas e abiticas, apresentam

uma srie de polmeros amorfos de colorao amarela-marrom a preta e, alm

disso, possuem alta massa molecular.

Essas substncias so classificadas em trs classes baseadas na sua

solubilidade em meio aquoso sob diferentes faixas de pH: cidos hmicos (AH),

cidos flvicos (AF) e huminas (HU).

A frao de AH solvel em meio alcalino e insolvel em meio cido (pH

menor que 2); os AF, aps a solubilizao em meio alcalino, se mantm solvel a

qualquer valor de pH; enquanto que a frao humina insolvel em qualquer

condio de pH (Stevenson, 1994).

Devido complexidade qumica e estrutural, difcil realizar a caracterizao

precisa dessas molculas, mas se acredita que o AH constitudo de dois

componentes principais: anis aromticos derivados de lignina e nitrognio de

protenas de microrganismos (Rodrigues Filho, 2007). Na Tabela 2 e na Figura 1 so

apresentadas a composio elementar e a estrutura dos cidos hmicos.

Pesquisas apontam que a colorao escura do lixiviado devido presena

de substncias hmicas (Ntampou et al., 2006; Monje-Ramirez et al., 2004). Essa

informao ficou evidenciada por Souto (2009), que ao reduzir o pH para abaixo de

2, ocorreu simultaneamente a reduo da cor do lixiviado. Tal fenmeno ocorre

porque abaixo desse pH h a precipitao da frao de cidos hmicos e, portanto,

tem-se a sua separao da fase lquida.

22

Tabela 2. Composio elementar mdia para os cidos hmicos.

Elemento cidos hmicos (%)

Carbono 53,8 58,7 Hidrognio 3,2 6,2 Oxignio 32,8 38,3

Nitrognio 0,8 4,3 Enxofre 0,1 1,5

Fonte: Adaptado de Sparks (2003).

Urase et al. (1997), El Fadel e Khoury (2000), Kang et al. (2002) e Zouboulis

et al. (2004) associam a recalcitrncia do lixiviado antigo presena de compostos

de elevada massa molecular e estruturas complexas, como as substncias hmicas.

Figura 1. Estrutura hipottica bidimensional proposta para os cidos hmicos. Fonte: Schulten e Schnitzer (1997).

Christensen et al. (1998) desenvolveram um trabalho cujo objetivo foi

caracterizar a matria orgnica dissolvida no lixiviado de aterros sanitrios. Nesta

23

pesquisa foi constatado que os cidos flvicos e hmicos so responsveis por 10 e

60%, respectivamente, da frao total isolada de matria orgnica dissolvida.

No estudo realizado por Kang et al. (2002) foi determinado que 50 a 60 % do

contedo de DQO do lixiviado estabilizado, descrita em funo de pH e da idade do

aterro, era constitudo por substncias hmicas. Fortuny e Fuller (1981) relatam que

as substncias hmicas representam mais de 60 % do carbono orgnico total

encontrado em lixiviado de aterro sanitrio.

Portanto, de acordo com o que foi citado, fica evidenciado que esses

compostos de difcil biodegradao esto presentes em grande quantidade no

lixiviado e podem ser responsveis, de forma significativa, pela sua recalcitrncia.

3.3 Lactose

A lactose um carboidrato de baixo custo comercial, gerado em grande

quantidade na produo de queijo e outros produtos lcteos. Conforme apresentado

por Gnzle (2008), a lactose (4-0--galactopiranosil-D-glicose) composta por uma

molcula de glicose ligada outra de galactose.

A sua composio molecular C12H22O11, enquanto sua massa molar de

342,296 g mol-1. Segundo Bobbio e Bobbio (1992), a solubilidade mdia da lactose a

20C de 20g/100 g gua. Quando presente em solues aquosas, pode se

apresentar nas formas isomricas e , conforme ilustrado na Figura 2.

Giroto (2001) relata que a lactose adotada como fonte energtica para

vrios processos biotecnolgicos e, de acordo com Cordi et al. (2007), a presena

desse composto no efluente, introduz uma DBO solvel facilmente biodegradvel

por microrganismos presentes em sistemas de tratamento biolgico aerbio, como o

lodos ativados, por exemplo.

24

Figura 2. Estrutura molecular das formas isomricas da lactose nas configuraes e . Fonte: Gnzle (2008).

Devido a essas caractersticas, Cordi et al. (2007) relatam que efluentes

contendo grande quantidade de carboidrato, como a lactose, propicia a ocorrncia

do crescimento excessivo de microrganismos filamentosos, que ocasiona o

intumescimento (bulking) do lodo. Esse fenmeno prejudica a formao e

sedimentao do lodo, o que pode comprometer todo o processo de tratamento por

lodos ativados.

No processo de biodegradao desse carboidrato pelo tratamento biolgico

aerbio, a lactose ser o substrato e como produto, haver a formao de dixido de

carbono e gua. As Equaes 1 e 2 apresentam a reao que rege esse processo e

a sua estequiometria, respectivamente.

............................ (Eq 1)

(Eq 2)

Pela estequiometria da reao apresentada nas Equaes 1 e 2, possvel

estimar a DBO terica (consumo de oxignio exigido caso toda a massa de lactose

presente no sistema seja oxidada) que demandada para estabilizar um mol de

lactose durante o processo de sntese celular do processo de lodos ativados.

-lactose -lactose

25

3.4 Lodos ativados

O sistema de lodos ativados um processo de tratamento biolgico de guas

residurias muito aplicado em ETE para o tratamento de despejos domsticos e

industriais.

De acordo com Metcalf e Eddy (2003), este processo composto por trs

unidades: (1) um reator no qual os microrganismos aerbios responsveis pela

assimilaao da matria orgnica so mantidos em suspenso e sob aerao; (2) o

tanque de sedimentao em que ocorre a separao das fases lquida e slida; e (3)

um sistema de reciclagem que retorna uma percentagem de slidos sedimentados

na unidade de separao lquido-slido para o tanque de aerao.

Algumas das consideraes propostas por Metcalf e Eddy (2003) para a

implantao de um projeto de lodos ativados so: seleo do tipo de reator,

aplicao das relaes cinticas de crescimento de biomassa e das de consumo de

substrato, produo de lodo, consumo e transferncia de oxignio, concentrao de

nutrientes, caractersticas de sedimentao dos biosslidos e caractersticas do

efluente.

Para obter um resultado satisfatrio, ao utilizar esse tipo de tratamento, deve-

se adotar adequadamente o tempo de reteno celular ou idade do lodo (c) e o

tempo de deteno hidrulica (TDH).

Jordo e Pessoa (2009) definem c como o tempo mdio que uma partcula

em suspenso permanece sob aerao. Metcalf e Eddy (2003) enfatizam que tal

parmetro importante para o projeto de um sistema de lodos ativados, pois ele

afeta o desempenho do processo, o volume do tanque de aerao, produo de lodo

e o consumo de oxignio. A Equao 3 utilizada para calcul-lo.

(Eq. 3)

26

O TDH diz respeito ao tempo que o efluente permanece no tanque de

aerao do sistema, seu valor menor que o c devido a grande concentrao de

biomassa proporcionada pela recirculao de slidos. A Equao 4 apresenta a

frmula utilizada para a o obteno desse parmetro.

(Eq. 4)

H muitas variantes do processo de lodos ativados. No que diz respeito ao

fluxo, h os processos que aplicam fluxo contnuo e os que utilizam o intermitente

(batelada).

O reator operado em batelada caracterizado pela incorporao de todas as

unidades, processos e operaes (decantao primria, oxidao biolgica e

decantao secundria) em um nico tanque (Contrera, 2008). A Figura 3 apresenta

os quatro ciclos de operao (enchimento, reao, sedimentao e descarte) de um

reator de lodos ativados operado em batelada.

A operao em fluxo contnuo caracterizada pela constante entrada de gua

residuria, com o auxlio de uma bomba dosadora (de escala laboratorial), a partir do

reservatrio de alimentao para a cmara de aerao. Aps essa unidade, ela

direcionada para o decantador, onde continuamente recolhida atravs de um

vertedor (Jordo e Pessa, 2009).

27

Figura 3. Ciclos de operao de um reator de lodos ativados operado em batelada. Fonte: Almeida (2004).

No Brasil, o sistema de lodos ativados utilizado em muitas estaes de

tratamento de esgoto (ETE), portanto cidades que tratam o lixiviado de aterro

sanitrio consorciado com o esgoto sanitrio recebem esse efluente de difcil

tratabilidade nessas unidades de tratamento biolgico.

O problema envolvido nesta tecnologia de tratamento quanto s

interferncias que a adio de lixiviado pode gerar no sistema de tratamento.

Levantam-se questionamentos quanto aos distrbios que podem ser ocasionados

devido s elevadas concentraes de poluentes (como a amnia, por exemplo),

compostos recalcitrantes e micropoluentes orgnicos dos lixiviados.

Alm disso, no h indcios que comprovem cientificamente que o sistema de

tratamento biolgico por lodos ativados seja capaz de estabilizar o material orgnico

dificilmente biodegradvel (como as substncias hmicas) que aporta nessas

unidades devido a adio do lixiviado, fato que leva pesquisadores a questionarem

se h a remoo desses compostos ou apenas sua diluio no esgoto sanitrio.

Outra discusso sobre a possvel presena de metais pesados e sua

toxicidade nos efluentes tratados e no lodo produzido durante a operao. Tais

questionamentos tm levado pesquisadores a desenvolverem estudos sobre o

28

impacto do lixiviado no tratamento combinado com o esgoto sanitrio em uma ETE

(Franco, 2009).

O tratamento combinado de esgoto sanitrio e lixiviado de aterro sanitrio por

processos biolgicos aerbios pode atingir eficincias de remoo que atendam aos

padres de lanamento. No entanto, estudos foram realizados para estabelecer

limites para os percentuais de mistura de lixiviado no esgoto, de forma a no

ocasionar prejuzos ao tratamento.

Segundo McBean et al. (1995), a relao volumtrica no deve ultrapassar

2 %. No estudo realizado por Albuquerque (2012) foram avaliadas as propores de

0,2 %, 2 %, 5 % e 10 %, sendo que o melhor resultado foi obtido para a mistura

contendo 0,2 e 2 % de lixiviado.

Alguns exemplos de experincias brasileiras que empregam o tratamento

combinado de lixiviado e esgoto sanitrio so: os aterros sanitrios Bandeirantes,

So Joo, Vila Albertina e Santo Amaro, em So Paulo (SP); da Extrema, em Porto

Alegre (RS); Salvaterra, em Juiz de Fora e CTR-BR-040, em Belo Horizonte (MG); e

o aterro do Morro do Cu, em Niteri (RJ), (Facchin et al., 2000; Ferreira et al., 2005;

Paganini et al., 2003).

4 MATERIAL E MTODOS

A unidade experimental foi instalada no Laboratrio de Tratamento de

Resduos Orgnicos do Departamento de Hidrulica e Saneamento da Escola de

Engenharia de So Carlos EESC/USP.

Para avaliar a remoo do material de difcil biodegradao, foi proposto o

acompanhamento da tratabilidade de quatro solues em um reator de lodos

ativados de escala de bancada: lactose (LAC), lactose com cidos hmicos

29

(LAC/AH), lactose com lixiviado pr-tratado por air atripping (LAC/LIX PT) e lactose

com lixiviado bruto (LAC/LIX BR).

A avaliao da eficincia do tratamento e das possveis interferncias

advindas da adio do lixiviado e dos cidos hmicos foi mediante a realizao de

anlises fsico-qumicas, exames microbiolgicos e pelo emprego da tcnica de

espectroscopia de infravermelho e microscopia com aplicao do corante nanquim

(Jenkins, 2004). A remoo do material dificilmente biodegradvel foi mensurada

com o emprego do mtodo tentativo do Equivalente em cidos Hmicos (FERRAZ

et al., 2012).

Foram realizadas trs bateladas com durao de 20 dias cada uma, sendo

que a ltima ficou sob aerao prolongada por um perodo de 50 dias. Os

procedimentos para a realizao do experimento esto devidamente apresentados

nos tpicos a seguir.

4.1 Preparo das guas residurias

4.1.1 Soluo de lactose Substrato

A soluo de lactose foi o substrato utilizado que serviu de base para a

composio das demais guas residurias. A escolha desse substrato foi devido a

sua fcil biodegradabilidade pelos microrganismos e para garantir a ausncia de

material dificilmente biodegradvel na condio controle e na soluo que receberia

os cidos hmicos e lixiviado.

Dessa forma buscou-se eliminar a interferncia que poderia ocorrer caso

fosse utilizado o esgoto sanitrio bruto, visto que este pode ter a presena de

material de difcil biodegradao, o que prejudicaria a interpretao dos resultados.

30

Para o preparo dessa soluo, diluiu-se 1000 mg L-1 de lactose, reagente

analtico comercializado por Labsynth e nutrientes (K2HPO4, NH4Cl, FeCl3H2O,

MgSO47H2O e CaCl2) em gua aerada inoculada (gua deionizada inoculada com

microrganismos oriundos de esgoto sanitrio). A quantidade de nutrientes

adicionada foi tal que mantivesse uma relao C:N:P de 100:5:1, conforme as

recomendaes encontradas na literatura.

A concentrao da soluo de lactose foi estipulada a partir de ensaios

preliminares realizados no Laboratrio de Tratamento de Resduos Orgnicos da

EESC/USP, em que foi verificado que devido facilidade de biodegradao desse

carboidrato pelos microrganismos, uma concentrao de 1000 mg L-1 seria a ideal a

ser utilizada.

A inoculao da gua deionizada com o esgoto sanitrio bruto seguiu os

mesmos procedimentos apresentados pelo Standard Methods for the Examination of

Water and Wastewater (APHA, 2005) para o preparo da gua de diluio empregada

nas anlises de DBO.

Optou-se em utilizar essa metodologia para que a presena de substncias

dificilmente biodegradveis no sistema fosse desprezvel. Por outro lado, caso fosse

utilizado o lodo de uma ETE como inculo, a possibilidade de entrada de outras

substncias dificilmente biodegradveis, que no fossem aquelas oriundas da

adio de cidos hmicos e do lixiviado, aumentaria e, assim, haveria a interferncia

das mesmas nos resultados finais.

Para a operao do reator em regime de batelada, foi preparado um volume

inicial de 45 L da soluo de lactose, do qual foram retiradas pores de 10 litros,

que compuseram as demais condies: o controle (contendo apenas lactose),

31

soluo mista de lactose com cidos hmicos (LAC/AH), lactose com lixiviado pr-

tratado (LAC/LIX PT) e lactose com lixiviado bruto (LAC/LIX BR).

Uma vez preparadas, as solues eram encaminhadas diretamente para o

reator, sem passar pelo perodo de adaptao. A ausncia da adaptao foi

necessria, pois durante o primeiro ensaio constatou-se que caso se realizasse a

adaptao das solues antes delas serem direcionadas ao reator, a matria

orgnica teria quase sua totalidade consumida.

Embora a soluo no tenha sido submetida adaptao, o perodo em que

ela permaneceu no tanque de aerao do reator foi suficiente para estabelecer uma

populao de microrganismos diversificada e para consumir o material orgnico

satisfatoriamente, o que pode ser verificado nos resultados apresentados nos

tpicos 5.2 e 5.4.

Semanalmente era retirado um volume de 1 L de efluente de cada cmara

para a realizao das anlises fsico-qumicas e dos exames microbiolgicos.

Imediatamente aps a coleta, a DQO das amostras coletadas era determinada.

Em seguida uma nova soluo de lactose era produzida, com a mesma

concentrao de DQO presente nos volumes retirados, para completar o volume

inicial de 10 litros das misturas (LAC, LAC/AH, LAC/LIX PT e LAC/LIX BR). Ao agir

dessa forma, buscou-se manter as mesmas caractersticas das guas residurias

retiradas e, consequentemente, conservar o TDH de 20 dias.

Sempre que necessrio foi adicionado bicarbonato de sdio (NaHCO3) para a

correo e tamponamento do pH, para mant-lo na faixa de 7,5 e evitar variaes

bruscas que pudessem reduzir a eficincia do tratamento.

Para a operao do sistema em fluxo contnuo, utilizou-se o efluente tratado

contendo apenas lactose. Tal procedimento teve como objetivo introduzir uma

32

populao microrganismos pr-estabelecida que fosse capaz de realizar a

estabilizao do substrato que aportaria constantemente ao sistema.

Para tanto, foi preparado um volume inicial de 50 litros de soluo de lactose

(1000 mL L-1) e nela foram adicionados os micro e macronutrientes necessrios

(K2HPO4, NH4Cl, FeCl3H2O, MgSO47H2O e CaCl2) e esgoto sanitrio bruto. A

adio de nutrientes se deu de tal forma a garantir a relao C:N:P igual 100:5:1.

A inoculao com esgoto sanitrio bruto seguiu as diretrizes fornecidas pelo

Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2005) para

o preparo da gua de diluio empregada na anlise de DBO.

Esta soluo foi mantida sob aerao durante um perodo de 15 dias (Figura

4) at que fosse verificada, atravs de microscopia ptica de campo claro, a a

presena de microrganismos indicadores de estabilidade do sistema, tais como

protozorios e rotferos, por exemplo.

Uma vez observada a presena desses indivduos, foram retiradas trs

pores de 10 litros para compor as condies a serem avaliadas: lactose (LAC),

lactose com 2 % em volume de soluo de cidos hmicos (LAC/AH) e lactose com

2 % em volume de lixiviado pr-tratado (LAC/LIX PT).

33

Figura 4. Soluo de lactose sob aerao durante a fase de adaptao.

A alimentao do sistema com afluente foi realizada continuamente ao longo

do dia e consistiu na produo de 10 litros de cada soluo com as mesmas

caractersticas do afluente inicial.

O substrato preparado tinha o pH corrigido para aproximadamente 7,5 e,

ento, era armazenado em bombonas plsticas. As guas residurias eram

recalcadas at as cmaras do reator com o auxilio de bombas dosadoras (Concept

Plus ProMinent) que funcionavam com vazo de 420 mL h-1.

As bombonas que armazenavam os afluentes eram lavadas diariamente para

a remoo do biofilme que se formava em seu interior. Com isso, buscou-se eliminar

possveis alteraes que pudessem vir a ocorrer nas caractersticas qumicas e

biolgicas dos afluentes advindas da presena desse biofilme.

De forma a atender as recomendaes da NBR 12.209 Projeto de Estaes

de Tratamento de Esgoto Sanitrio a concentrao de oxignio dissolvido (OD) foi

monitorada para que a sua concentrao no fosse inferior a 2,0 mg L-1.

34

4.1.2 Soluo lactose (L) e cidos hmicos (AH)

A base para a composio dessa mistura foi a soluo de lactose (produzida

segundo as instrues do item 4.1.1). Nela foram adicionados 2 % em volume de

uma soluo contendo 2.200 mg L-1 de cidos hmicos (comercializados pela Sigma

Aldrich) diludos em gua deionizada.

A lactose, como j foi afirmado, composto facilmente biodegradvel e, como

consequncia disso, a primeira a ser consumida pelos microrganismos presentes

no tanque de aerao.

No entanto, o tempo em que as solues mistas permaneceram sob

tratamento foi suficiente para promover o consumo da lactose. Sendo assim, tornou-

se necessrio que os microrganismos consumissem outras fontes alternativas de

carbono presentes na mistura, tal como os cidos hmicos.

A concentrao de cidos hmicos na soluo foi baseada nos trabalhos de

Kang et al. (2002), em que foi observado que 50 a 60 % do contedo de DQO do

lixiviado estabilizado era constitudo por substncias hmicas, e no trabalho de

Fortuny e Fuller (1981) que associaram mais de 60 % do carbono orgnico total

encontrado no lixiviado de aterro sanitrio s substncias hmicas.

Essas porcentagens foram aplicadas s concentraes de DQO, COT, COD

obtidas nas anlises de caracterizao do lixiviado empregado no experimento. A

partir de ento, foi possvel, atravs da curva de equivalncia em cidos hmicos

que correlaciona DQO, COT, COD a concentraes de cidos hmicos (apresentada

no tpico 4.5), calcular a concentrao da soluo de AH capaz de produzir uma

gua residuria com tais caractersticas.

35

Assim, para esta pesquisa, a concentrao da soluo de cidos hmicos foi

de 2400 mg L-1, valor que corresponde a 60 % da DQO do lixiviado empregado para

na execuo dos experimentos.

O emprego da soluo mista de LAC/AH teve como objetivo verificar se a

adio de AH interfere na tratabilidade do efluente, inibe o estabelecimento da

comunidade microbiana e ainda se ocorre a degradao dessa substncia de difcil

biodegradao.

Esta condio simulou o comportamento de substncias orgnicas

dificilmente biodegradveis quando submetidas ao tratamento biolgico de lodos

ativados junto com outra substncia orgnica de fcil degradao (lactose), tal como

ocorre em ETE que recebem lixiviado para ser tratado em consrcio com esgoto

sanitrio.

4.1.3 Soluo de lactose e lixiviado pr-tratado (LAC/LIX PT) e lactose com

lixiviado bruto (LAC/LIX BR)

A base para compor essas duas misturas tambm foi a soluo de lactose

produzida segundo as instrues do item 4.1.1. O lixiviado bruto e o pr-tratado

foram adicionados na mesma proporo volumtrica de 2%, assim como feito para a

soluo mista de lactose com cidos hmicos. O lixiviado pr-tratado foi alcalinizado

e, em seguida, passou pelo tratamento de air stripping, de acordo com metodologia

utilizada por Ferraz (2013), para remoo de nitrognio amoniacal.

Assim como para a soluo mista de cidos hmicos, aqui tambm foi

empregado um substrato facilmente biodegradvel (lactose) que preferencialmente

consumido pelos microrganismos. No entanto, devido ao elevado TDH (20 e 50 dias)

e ao rpido consumo da lactose, h a necessidade da comunidade microbiana

36

utilizar um substrato alternativo como fonte de carbono, tal como o lixiviado bruto e

pr-tratado.

Os resultados obtidos para essas condies foram comparados entre si

(LAC/LIX PT e LAC/LIX BR) e com aqueles obtidos para a da soluo LAC e

LAC/AH, de forma a verificar se houve degradao, ainda que parcial, dos

compostos dificilmente biodegradveis e se ocorreu inibio do tratamento biolgico

devido s suas substncias txicas presentes no lixiviado.

4.2 Lixiviado utilizado

4.2.1 Coleta do lixiviado

O lixiviado utilizado foi coletado no Aterro Sanitrio do municpio de So

Carlos-SP, que considerado um aterro velho e, portanto, na fase metanognica. O

ponto de coleta foi em uma das lagoas de armazenamento do aterro, de acordo com

o apresentado na Figura 5.

Foi realizada uma nica coleta no final de abril de 2012, em que foi obtido o

volume total necessrio para a realizao do experimento. O lixiviado foi

armazenado em bombonas plsticas e mantido sob refrigerao temperatura de

4C. No incio de cada experimento, o mesmo era caracterizado qumica e

fisicamente.

37

Figura 5. Fotografia area do aterro sanitrio de So Carlos SP (2008). Fonte: Adaptada de Vega Engenharia apud Contrera (2008).

4.2.2 Caracterizao do lixiviado

O lixiviado coletado foi caraterizado em relao aos parmetros fsico-

qumicos apresentados na Tabela 3.

Tabela 3. Parmetros fsico-qumicos utilizados para a caracterizao do lixiviado do aterro municipal de So Carlos.

Parmetros

pH Alcalinidade Total (mg L-1)

Cor (PtCo)

Condutividade ( S/cm) DQO bruta (mg L-1)

DQO solvel (mg L-1) COD (mg L-1) NTK (mg L-1) NAT (mg L-1) ST (mg L-1)

STF (mg L-1) STV (mg L-1)

Fosfato (mg L-1)

38

4.3 Unidade experimental de tratamento Lodos ativados (LA) em escala de

bancada

O reator de bancada utilizado nesta pesquisa simula um sistema de lodos

ativados. Ele foi construdo em acrlico e contm quatro cmaras com volume til de

10 litros cada. A Figura 6 e Figura 7 ilustram a estrutura do reator.

Figura 6. Reator de lodos ativados em escala de bancada. Fonte: Turetta (2011).

Figura 7. Corte esquemtico transversal do reator. Fonte: Turetta (2011).

A configurao do reator permite simular quatro condies simultaneamente.

O suprimento de oxignio foi garantido por compressores de ar Big Air A-420 (Figura

8), cuja vazo foi ajustada para que a concentrao de oxignio dissolvido fosse

superior a 2 mg L-1. A distribuio do ar foi realizada atravs do uso de pedras

porosas (Figura 9), pois so capazes de propiciar uma melhor difuso do ar na

cmara do reator.

Foram testadas as seguintes condies: o controle (LAC), a mistura de

lactose com cidos hmicos (LAC/AH), a mistura de lactose com lixiviado pr-tratado

(LAC/LIX PT) e lactose com lixiviado bruto (LAC/LIX BR). Na Tabela 4 so

39

apresentadas as porcentagens volumtricas das solues que foram adicionadas em

cada uma das cmaras.

Figura 8. Aerador utilizado no experimento.

Figura 9. Pedras porosas utilizadas no experimento.

Tabela 4. Caractersticas das solues que foram inoculadas em cada cmara.

SOLUO

LACTOSE (%)

SOLUO CIDOS

HMICOS (%)

LIXIVIADO PR

TRATADO (%)

LIXIVIADO BRUTO

(%)

Cmara 1 100 0 0 0

Cmara 2 98 2 0 0

Cmara 3 98 0 2 0

Cmara 4 98 0 0 2

Antes do incio da operao, o reator foi envolto por papel alumnio (Figura

10) para que a luminosidade fosse impedida de penetrar no interior de suas

cmaras. Dessa forma, buscou-se inibir a ocorrncia de microrganismos auttrofos

fotossintetizantes e favorecer os heterotrficos, que so os responsveis por

consumir o substrato disponibilizado.

Esse reator foi utilizado na pesquisa de Turetta (2011) e Alburqueque (2012)

para o tratamento consorciado de lixiviado com esgoto sanitrio em regime de

batelada. Baseado nos critrios operacionais adotados por tais autores, o tempo de

deteno hidrulica (TDH) de cada batelada, assim como o tempo de reteno

40

celular (c) foram de 20 dias. Devido baixa produo de lodo, no houve descartes

do mesmo durante o perodo de operao.

Figura 10. Reator de lodos ativados em escala de bancada utilizado no presente trabalho.

Com o intuito de avaliar o comportamento da remoo do material de difcil

biodegradao quando este permanece um perodo maior sob tratamento, realizou-

se um ensaio de aerao prolongada com durao de 50 dias.

Para tanto, na terceira batelada, quando completou o perodo de 20 dias,

coletou-se amostra dos efluentes para realizar as anlises de rotina e a aerao foi

mantida por mais 30 dias, totalizando um TDH 50 dias. Nesse perodo tambm no

foi realizado nenhum descarte de lodo, logo o tempo de reteno celular tambm foi

de 50 dias.

Para a operao em regime de fluxo contnuo, o TDH adotado foi de 24 horas

e o c foi de 20 dias. Assim como no regime de batelada, a produo de biomassa foi

baixa e, portanto, no houve remoo do lodo. O aparato instrumental utilizado para

esse ensaio encontra-se ilustrado na Figura 11.

41

Figura 11. Aparato experimental utilizado para o ensaio em fluxo contnuo. (a) Aeradores; (b) Bombonas que armazenavam o afluente; (c) Unidade de lodos ativados em escala de bancada; (d) Tubulao de sada do efluente; (e) Bombas utilizadas para recalcar o afluente das bombonas para as cmaras do reator.

A coleta do efluente quando o sistema foi operado no fluxo contnuo se deu

pela tubulao de sada indicada na Figura 11. O anteparo presente em cada uma

das quatro cmaras dividia o volume em duas subunidades: o tanque de mistura

completa e o decantador secundrio, o que permitiu a coleta de efluente clarificado.

Na Tabela 5 esto apresentadas as condies avaliadas em cada ensaio,

bem como os critrios operacionais adotados. vlido ressaltar que a repetio de

ensaios com as mesmas condies buscou certificar a reprodutibilidade dos

resultados.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

42

Tabela 5. Condies adotadas nos ensaios realizados no reator de lodos ativados em escala de bancada.

Ensaios guas

residurias Prop. Vol.

(%) Aerao

(h) TDH

(dias) c

(dias) Durao

(dias)

BAT 1 LAC, LAC/AH, LAC/LIX BR

0; 2; 2 24 20 20 20

BAT 2 LAC, LAC/AH, LAC/LIX BR

0; 2; 2 24 20 20 20

BAT 3 LAC, LAC/AH, LAC/LIX BR, LAC/LIX PT

0; 2; 2; 2 24 20 20 20

BAT AP LAC, LAC/AH, LAC/LIX BR, LAC/LIX PT

0; 2; 2; 2 24 50 50 50

Contnuo LAC, LAC/AH, LAC/LIX PT

0; 2; 2

24 1 20 20

Prop. Vol.: proporo volumtrica da gua residuria que contm material de difcil biodegradao adicionada no substrato (lactose); LAC: lactose; LIX BR: lixiviado bruto; LIX PT: lixiviado pr-tratado por air stripping; AP: aerao prolongada.

4.4 Anlises fsico-qumicas

As anlises fsico-qumicas foram feitas no Laboratrio de Saneamento do

Departamento de Engenharia Hidrulica e Saneamento da Escola de Engenharia de

So Carlos EESC/USP.

Todas as anlises fsico-qumicas foram realizadas de acordo com Standard

Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2005).

As amostras analisadas foram coletadas antes, durante e aps a submisso

das solues ao processo de tratamento por LA. Isto permitiu determinar a eficincia

do tratamento, bem como o comportamento da remoo da concentrao dos

parmetros de interesse ao longo do tempo. Na Tabela 6 esto apresentadas as

anlises realizadas, bem como as suas frequncias.

43

Tabela 6. Apresentao dos parmetros e a frequncia que sero analisados em cada etapa.

Parmetro Unidade Mtodo (APHA 2005)

Afluente Clula

de Aerao Efluente Lodo

pH - 4 500 B I D F -

Temperatura C - I D F -

Cor Pt Co 2120 C I S F -

OD mg O2, L-1 - I D F -

Condutividade S cm-1 2510 B I D F -

Alcalinidade mg CaCO3 L-1 2 320 B I S F -

Srie de Slidos

mg L-1 2540 D, E e

F I S F S

DBO mg O2 L-1 5210 B I S F S

DQO mg O2 L-1 5 220 D I S F S

COD mg C L-1 5310 C I S F S

NTK mg NH3 L-1 4 500 NH3 C I S F -

Nitrito mg N-NO2- L-1 4500 - I I S F -

Nitrato mg N-NO3- L-1 4500 (B) I S F -

I Incio de cada batelada D Diariamente F Final de cada batelada S Semanalmente

4.5 Exames microbiolgicos

A anlise microbiolgica consistiu nas observaes por microscopia ptica de

campo claro que foi realizada no Laboratrio de Processos Biolgicos do

Departamento de Engenharia Hidrulica e Saneamento da Escola de Engenharia de

So Carlos EESC/USP.

4.5.1 Microscopia ptica de campo claro

Os exames de microscopia ptica de campo claro foram realizadas

semanalmente no lodo com o emprego do microscpio tico Olympus, modelo DP-

72 e com a utilizao do software Image-Pro Plus, responsvel pela aquisio e

processamento das imagens.

O procedimento para a coleta do lodo a ser analisado seguia a seguinte

ordem: eram retirados 5 litros de cada soluo nas cmaras de aerao e os

44

armazenavam em um balde plstico por meia hora. O sobrenadante era retornado

para o reator e, ento, 15 mL do lodo sedimentado era coletado.

As observaes foram de carter quali-quantitativo, uma vez que alm de

identificar as morfologias presentes, elas tambm foram quantificadas em uma

tabela de frequncia, cuja ocorrncia era classificada em: ausentes (-), baixa

frequncia (+), mdia frequncia (++) e alta frequncia (+++).

Assim foi possvel identificar a morfologia dos microrganismos e acompanhar

a dinmica das sucesses que ocorreram na comunidade microbiana presente no

lodo ao longo do tempo.

4.5.2 PCR-DGGE

A avaliao das comunidades microbianas que se desenvolveram em cada

uma das condies avaliadas (LAC, LAC/AH, LAC/LIX PT e LAC/LIX BR) tambm foi

realizada por meio do emprego da tcnica de PCR-DGGE. Diferentemente dos

exames microscpicos realizados, o DGGE retorna um resultado apenas qualitativo.

A tcnica utilizada avaliou o comportamento do domnio eucaria e bactria.

Para a realizao dos procedimentos foi necessrio coletar um volume de 15 mL do

lodo de cada condio no final do perodo de tratamento (vigsimo dia ou, no caso

da aerao prolongada, no quinquagsimo dia).

O levantamento qualitativo da diversidade microbiana foi realizado pela

tcnica da PCR/DGGE, que consistiu em: a) extrao do DNA; b) amplificao por

reao em cadeia de polimerase, usando os primers; c) separao do fragmento

alvo pela desnaturao parcial da dupla hlice, pela tcnica de DGGE.

45

A metodologia utilizada para desenvolver os procedimentos do DGGE foi a

proposta por Griffiths et al. (2000) e empregada por Penteado (2012) no

desenvolvimento de seu trabalho.

A comparao entre os padres de bandas obtidos para as condies

testadas se deu pelo emprego do coeficiente de similaridade de Pearson por meio

do programa Bionumerics.

Tambm foi utilizado o ndice de Shannon-Wiener (H) para avaliar a

diversidade microbiana que se estabeleceu em cada situao. O clculo do ndice

seguiu a metodologia apresentada por Abreu et al. (2010), que baseia-se nas

intensidades de bandas obtidas e na avaliao da altura atingida pelos picos das

curvas densiomtricas. Dessa forma, a equao utilizada para a determinao do

ndice a seguinte:

Onde:

H = ndice de diversidade de Shannon-Wiener;

Pi = valor da probabilidade da banda em uma linha de corrida do gel;

ni = altura de um pico individual;

N = soma de todas as alturas dos picos nas curvas densiomtricas.

4.6 Microscopia com aplicao do corante Nanquim

Outra metodologia empregada foi a microscopia de contraste de fase com a

adio do corante nanquim nas amostras. Ela foi realizada no Laboratrio de

Processos Biolgicos do Departamento de Hidrulica e Saneamento da Escola de

Engenharia de So Carlos EESC/USP.

46

O emprego desta tcnica permitiu auxiliar na averiguao da biodegradao

dos compostos orgnicos presentes nos efluentes que foram tratados na unidade de

lodos ativados de escala de bancada.

Para a realizao da anlise foi necessrio coletar 15 mL de lodo e centrifug-

lo a 3000 rpm para concentrar o material, o sobrenadante foi descartado. A partir de

ento foi seguido o protocolo apresentado por Jenkins (2004), que consiste em

homogeneizar uma gota do material retido aps a centrifugao com a mesma

quantidade do corante nanquim.

Aps esse procedimento, preparou-se uma lmina com essa amostra para ser

submetida microscopia de contraste de fase. Para tanto, utilizou-se o microscpio

tico Olympus, modelo DP-72, e com a utilizao do software Image-Pro Plus, as

imagens foram obtidas e processadas.

Essa tcnica foi utilizada para complementar e auxiliar na avaliao da

biodegradao do material dificilmente biodegradvel. De acordo com Jenkins

(2004), a avaliao do quanto o material foi biodegradado est relacionada com a

capacidade de o corante penetrar e colorir a extenso da amostra analisada.

Para Jenkins (2004), nas amostras coletadas em uma unidade de lodos

ativados em boas condies operacionais, ou seja, aquela em que o material

orgnico encontra-se estabilizado e que no apresenta escassez de nutrientes, o

corante nanquim capaz de penetrar no floco quase que completamente, quando

muito, deixando alguns centros claros. No entanto, em unidades que contenham

grandes quantidades de material polimrico exocelular, as imagens obtidas so

caracterizadas por apresentar grandes reas claras e com baixa densidade celular.

Porm, em condies reais, dificilmente ser possvel se deparar com um

reator que tenha estabilizado 100 % do seu material polimerizado, portanto, Jenkins

47

(2004) elucida que amostras de lodo que apresentem colorao marrom-dourada

podem ser consideradas dentro de condies operacionais normais.

Aps a obteno das imagens, elas foram tratadas de acordo com a

metodologia proposta e em fase de estudo por Ferraz1 em sua Tese de Doutorado,

que encontra-se em fase de desenvolvimento. O tratamento das imagens consiste

na classificao dos tons observados nas lminas para a obteno de resposta

quantitativa, em termos de porcentagem de rea, sobre o carbono no assimilado

pelos microrganismos.

No tratamento de imagem mostrado na Figura 12, por exemplo, os tons

negro, dourado escuro e dourado de brilho intenso correspondem, respectivamente,

s cores preta, vermelha e amarela. Para cada amostra, devem ser registradas ao

menos quatro imagens, calculando-se a rea das regies de interesse, que so

aquelas com dourado de brilho intenso. Posteriormente, obtm-se a mdia da rea

de interesse para que se possa verificar em qual condio operacional foi mais

efetiva a remoo do carbono orgnico dissolvido.

A aplicao desse tratamento de imagem ao teste de nanquim consiste em

uma ferramenta alternativa para controle operacional dos reatores, de fcil execuo

e baixo custo. Contudo, ressalta-se que sua aplicao no dispensa a realizao de

importantes anlises fsico-qumicas como a DQO.

1 Tese em desenvolvimento no Departamento de Hidrulica e Saneamento da Escola de Engenharia de

So Carlos - Universidade de So Paulo.

48

Figura 12. Imagem da microscopia com aplicao do corante nanquim. (a) Imagem original; (b) Imagem tratada com a escala de cores; (c) Legenda com a percentagem de rea ocupada por cada tonalidade.

4.7 Espectroscopia de Infravermelho

Alm das a

estudo da tratabilidade das soluções de lactose com ácidos húmicos e lactose com lixiviado de...

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