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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICA E DA SAÚDE
DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
CO-REMOÇÃO DE FÓSFORO E COLIFORMES TERMOTOLERANTES DE
EFLUENTES SECUNDÁRIOS USANDO MICROALGAS IMOBILIZADAS EM
MATRIZ DE ALGINATO DE CÁLCIO
JEANE CÂNDIDO DO NASCIMENTO
CAMPINA GRANDE – PB
NOVEMBRO/2011
JEANE CÂNDIDO DO NASCIMENTO
CO-REMOÇÃO DE NUTRIENTES DE ESGOTO SANITÁRIO, COM MICROALGA
CHLORELLA sp. IMOBILIZADA EM MATRIZ DE ALGINATO DE CÁLCIO
Trabalho de conclusão de Curso apresentado ao
Departamento de Biolologia da Universidade
Estadual da Paraíba, em cumprimento às exigências
para obtenção da Graduação em Bacharelado e
Licenciatura plena em Ciências Biológicas.
Orientador: Dr. Valderi Duarte Leite
CAMPINA GRANDE – PB
NOVEMBRO/2011
F ICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL – UEPB
N244c Nascimento, Jeane Cândido do.
Co-remoção de fósforo e coliformes
termotolerantes de efluentes secundários usando
microalgas imobilizadas em matriz de alginato de
cálcio [manuscrito] / Jeane Cândido do Nascimento. –
2011.
35 f.
Digitado.
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em
Biologia) – Universidade Estadual da Paraíba, Centro
de Ciências Biológicas e da Saúde, 2011.
“Orientação: Prof. Dr. Valderi Duarte Leite,
Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental”.
1. Tratamento de efluente. 2. Contaminação. 3.
Microbiologia. 4. Chlorella. I. Título.
CDD 21. ed. 579
AGRADECIMENTOS
A Deus primeiramente, pois ele é fonte de nossa existência.
Aos meus pais, José Cândido do Nascimento (in memorian), Alzira Ana do
Nascimento (in memorian).
Aos meus filhos Wladimir, Gerlane, minha irmã Maria do Socorro e minha
nora Clebiana.
O meu netinho Iarley Gabriel que é minha fonte de esperança.
Agradeço imensamente ao professor Valderi Duarte Leite que me ajudou na
realização desse trabalho.
A minha amiga e professora Célia Cavalcante que teve grande participação
nesse trabalho.
A todos da EXTRABES que, de uma forma ou de outra tiveram grandes
participações.
CAMPINA GRANDE – PB
NOVEMBRO/2011
RESUMO
A urbanização desordenada e o crescimento populacional têm desencadeado grandes perturbações nos ambientes aquáticos, pois o homem através do lançamento de efluentes domésticos, industriais e agrícolas sem tratamento, provoca a poluição dos mananciais superficiais. Os coliformes termotolerantes constituem o melhor indicador biológico de contaminação. Os processos convencionais de desinfecção geram subprodutos químicos perigosos e/ou carcinogênicos, os organoclorados. A tecnologia da imobilização de microalgas (Chlorella.) em matrizes de alginato de cálcio aumenta a longevidade fotossintética, viabilidade, durabilidade e atividade biocatalizadora celular. O trabalho realizado levou em consideração a radiação artificial com lâmpadas fluorescentes brancas de
80 μmoles m-2 s-1, tendo uma incidência luminosa de 6h em escala de bancada. A incidência luminosa, aliada ao aumento siginificativo do pH no reator contendo algas imobilizadas, levou a depuração de fósforo e orto-fosfato. As análises de fósforo e orto-fosfato foram feitas seguindo o cronograma de amostras do reator, obtendo
como resultados 0,9 (mg PT x L-1) e 0,4 (0,4 mg PT L-1) restantes em cinco horas. Para a remoção de coliformes termotolerantes, os resultados foram analisados através de amostras em triplicatas de quatro experimentos laboratoriais sob luz artificial. Os valores das reduções de todos os experimentos foram expressos em triplicatas na escala logarítmica e em relação à redução dos controles. Após seis horas ocorreu a remoção total dos coliformes. Os principais processos envolvidos na redução das concentrações dos indicadores de contaminação fecal foram a atividade metabólica e de fotossíntese das microalgas. Os resultados obtidos apontam para o grande potencial da microalga Chlorella sp. no tratamento terciário de efluentes. Palavras-chave: Alginato de cálcio, Chlorella, imobilização, microalgas.
ABSTRACT
The unplanned urbanization and population growth have triggered major disruption in aquatic environments, because the man through the launching of domestic sewage, industrial and agricultural untreated, causes pollution of surface. The fecal coliform are the best indicator of biological contamination. The conventional disinfection processes generate hazardous chemical byproducts and / or carcinogenic organochlorines. The technology of immobilization of microalgae (Chlorella.) in calcium alginate matrix increases longevity photosynthetic viability, durability and cell biocatalyst activity. The work took into account the artificial radiation with white fluorescent lamps of 80 μmoles m-2 s-1, having a light incidence from 6 in bench scale. The incidence of light, coupled with increasing SIGNIFICANT pH in the reactor containing immobilized algae led to clearance of phosphorus and ortho-phosphate. The analysis of phosphorus and ortho-phosphate were made following the schedule of samples of the reactor, obtaining as a result 0.9 (EN mg x L-1) and 0.4 (EN 0.4 mg L-1) in the remaining five hours . For removal of fecal coliform, the results were analyzed in triplicate using samples from four laboratory experiments under artificial light. The values of all reductions in triplicate experiments were expressed in logarithmic scale and in relation to the reduction of controls. After six hours was the removal of total coliforms. The main processes involved in reducing the concentrations of fecal indicators were the metabolic activity and photosynthesis of microalgae. The results obtained indicate the great potential of microalgae Chlorella sp. the tertiary treatment of effluents.
Keywords: calcium alginate, chlorella, immobilization, microalgae.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Esfera de alginato de cálcio com Chlorella sp. Imobilizada ... 19
Figura 2 Micrografia de Chlorella sp. em estágio de divisão
(ampliação 400) .....................................................................
20
Figura 3 Meio de Cultivo autotrófico estacionário ................................ 23
Figura 4 Imobilização- momento em que se formam as esferas ......... 24
Figura 5 Reatores com alginato puro (Branco) e com algas Chlorella
(verde) ....................................................................................
25
Figura 6 Remoção média de Fósforo total ……………………………… 26
Figura 7 Remoção média de Ortofosfato ……………………………..… 26
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Valores médios dos dados de fósforo total, para cada
miligrama de fósforo dissolvido em um litro do efluente ...........
27
Tabela 2 Valores médios dos dados de orto-fosfato, para cada
miligrama de fósforo dissolvido em um litro do efluente ...........
27
Tabela 3 Valores médios de coliformes termotolerantes de três
experimentos realizados com tempo de contato de seis horas.
29
Tabela 4 Valores médios de pH de três ensaios medido a cada hora de
contato .......................................................................................
30
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVEATURAS
APHA - American Public Health Association
CO2 - Dióxido de Carbono
HCO3- - íon bicarbonato
L - Litro
MBB - Meio basal Bold‟ s
m - Metro
mg/L - Miligramas por litro
mm - Milímetro
M - Molar
mm2 - milímetro quadrado
mm3 - milímetro cúbico
N - Nitrogênio
O2 - oxigênio
OD - Oxigênio Dissolvido
OH- - íons hidroxila
P - Fósforo
pH - Potencial Hidrogeniônico
r.p.m - Rotação por minuto
T - Tempo
Μg - Micrograma
CaCl2 - Cloreto de cálcio
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO………………………………….....………....……....………… 13
2 REVISÃO DA LITERATURA................................................................... 16
2.1 As consequências da Ação Antrópica no Meio .................................... 16
2.2 Algas imobilizadas ............................................................................... 16
2.3 O Alginato…………………………………………………...…….………... 17
2.4 A Chlorella………………………………………………...….….………… 18
3 METODOLOGIA…………………………………………….…………..…… 20
3.1 Local da Pesquisa…………………………………..……………..………. 20
3.2 Equipamentos…………………………………………...……….………… 20
3.3 Material e preparo do Meio Basal Bold’s.............................................. 20
3.4 Manutenção da Cultura…………………………………....……….…...… 21
3.5 Imobilização das microalgas................................................................. 22
3.6 Reatores……………………………………………………....……….….... 23
4 RESULTADOS E DICUSSÃO................................................................. 25
4.1 Remoção de fósforo e ortofosfato......................................................... 25
4.2 Remoção de Coliformes Termotolerantes............................................ 27
4.3 Análise de pH……………………………………………....……….……… 28
CONSIDERAÇÕES FINAIS ….……………………………....……….……... 29
REFERÊNCIAS………………………………………………....……….……... 30
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INTRODUÇÃO
As ações humanas de ordem social ou econômica no meio ambiente têm
desencadeado significativas modificações que estão ameaçando a vida no
ambiente. Na atualidade os efeitos dessa degradação já são evidentes, pois os
diversos resíduos gerados são dispostos de forma incorreta e sem o devido
tratamento.
Em muitos países do mundo, a urbanização desenfreada, bem como a
expressiva concentração da população e das atividades industriais sobre o mesmo
espaço o despejo de águas residuárias sem tratamento prévio nos corpos hídricos,
gerando a eutrofização nos corpos dágua, comprometendo a qualidade da vida no
planeta.
É muito grande a quantidade de substâncias e formas de vida que compõem
o esgoto, despejo proveniente dos diversos usos da água, organismos, tais como
bactérias, vírus, helmintos e protozoários, que em sua maioria são liberados com os
dejetos humanos. Dentre esses organismos, alguns são patogênicos e outros são
importantes no tratamento dos esgotos, pois, decompõem a matéria orgânica,
transformando-a em compostos orgânicos mais simples, minimizando o impacto
ambiental negativo causado por esses lançamentos in natura.
A Organização das Nações Unidas - ONU (2008), mostra que a população
mundial ultrapassa 7 bilhões de habitantes. Destes, 2,6 bilhões, ou seja, 40%, não
têm acesso à rede de coleta de tratamento de esgotos. São 200 milhões de
toneladas de dejetos humanos lançados anualmente nos rios e lagos. Como
conseqüência, a cada 20 segundos uma criança morre em função de doenças de
veiculação hídrica (cólera, febre tifóide, salmoneloses, shigeloses, entre outras). Isto
significa 1,5 milhões de mortes de crianças a cada ano. Neste contexto, o
saneamento básico, considerado uma das mais importantes metas do milênio, ainda
inexiste para uma parcela significativa da população mundial.
Tratar águas residuárias através da imobilização de microalgas em matrizes
de alginato de cálcio (esferas) pode ser uma tecnologia promissora. É necessário o
tratamento das águas residuárias, tendo em vista seu reuso ou o lançamento em
corpos aquáticos através da remoção de fosfatos e outros nutrientes. Pesquisas em
andamento apontam as vantagens operacionais, econômicas e ambientais
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oferecidas pelo uso da microalga Chlorella sp. em meio imobilizado. Sendo assim,
considera-se relevante aprofundar pesquisas focadas nesse tratamento específico.
Vários trabalhos (ROBINSON et al., 1985; MEGHARAJ et al., 1992; FORREST,
1998; PAGE, 2000; TAM e WONG , 2000; DE-BASHAN et al., 2002) têm
demonstrado que esta técnica remove significativamente os coliformes
termotolerantes, vírus e nutrientes de águas residuárias provenientes de esgotos,
sendo ainda inédita a sua aplicação no Brasil.
Na concepção de Megharaj et al. (1992), a imobilização das microalgas é uma
técnica que aumenta a longevidade fotossintética, a viabilidade e a atividade
biocatalisadora celular, apresenta baixos custos, previne que a biomassa seja
levada para fora dos bioreatores, oferece um grande avanço na flexibilidade
operacional e na fácil separação das algas dos efluentes tratados (MEGHARAJ et
al., 1992; MALLICK e RAI, 1993; TAM e WONG, 2000).
Em 1992, um estudo indicou que Chlorella vulgaris, imobilizada em meio de
alginato de cálcio era cinco vezes mais eficiente na remoção de nutrientes de água
residuária do que quando aquela alga se encontrava livre no meio (MEGHARAJ et
al., 1992).
As algas constituem um dos grupos mais diversificados de microrganismos
existentes nas lagoas de estabilização, onde se verifica a predominância de algas
verdes (Chlorophyta), destacando-se as microalgas do gênero Chlorella sp, que são
microrganismos fotossintetizantes clorofilados e sem flagelos ( SILVA, 2011)
As algas desempenham um papel fundamental no funcionamento do sistema
de lagoas de estabilização no tratamento de esgotos, uma vez que aumenta a
concentração de oxigênio dissolvido (OD) através da fotossíntese, que é necessário
ao metabolismo das bactérias aeróbias heterotróficas; consomem o dióxido de
carbono (CO2) produzido pela oxidação bacteriana da matéria orgânica, elevando o
pH do meio limitando a proliferação de coliformes e bactérias patogênicas e
removem nutrientes da água através de seu metabolismo e crescimento celular,
ocorrendo também à precipitação de fosfato.(SILVA, 2011)
Zhang et al. (2008), isolaram Scenedesmus sp na densidade de 2 x 108,
algas mL-1, de esgoto municipal e posteriormente imobilizaram-nas em camadas de
alginato de cálcio , 3 mm de espessura, para remover nutrientes (N e P) de efluentes
secundários em um bioreator. Completa remoção de NH4+ e 4PO foi obtida em
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4 horas de tratamento. Nove ciclos de tratamento de águas residuárias em 21 dias
foram completados, mantendo a eficiência da remoção de 4NH em 99.1% após 105
minutos e 100% após 135 minutos. A eficiência da remoção de 4PO foi de 100%
após 15 minutos no efluente secundário. Segundo os autores, o fator determinante
na obtenção desses resultados foi a densidade algal. Assim, imobilizado
Scenedesmus sp. mostra ter grande potencialidade na remoção de nitrogênio e
fósforo inorgânicos dos efluentes tratados.
Moreno-Garrido (2008), revendo pesquisas recentes em técnicas de
imobilização usando microalgas de água doce e marinhas, aponta para as
vantagens dos sistemas mistos de bactérias-algas imobilizadas para o tratamento de
águas residuárias. O autor também enfatiza a promissora aplicação dos sistemas
imobilizados em biotecnologia e na produção de energia não poluidora como H2 nos
próximos anos.
Nesse contexto, este trabalho pretendeu tratar biologicamente o efluente
secundário, oriundo do tanque séptico, através do uso da microalga Chlorella sp.
imobilizada em matriz de alginato de cálcio, objetivando remover fosfatos e
microrganismos patogênicos de forma a reduzir as doenças de veiculação hídrica e
também e minimizar o impacto ambiental que causa a eutrofização dos corpos
hídricos no Brasil.
Objetivo
Estudar a eficiência de remoção de fósforo e coliformes termotolerantes de
esgoto sanitário, usando a microalga Chlorella sp. imobilizada em matriz de alginato
de cálcio.
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2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 As consequências da Ação Antrópica no Meio
As atividades humanas e os usos múltiplos dos recursos hídricos estão
relacionados com a contaminação dos mananciais por esgotos domésticos e
industriais e a consequente queda da qualidade dos mananciais. A eutrofização é a
expressão mais clara dessas ações, e traduz-se pelo desenvolvimento explosivo
das populações de algas, caracterizando-se normalmente, pela formação de uma
película verde à superfície das águas. Este processo, conhecido com “flor de água”,
é designado na linguagem anglo-saxônica por bloom (MENDES e OLIVEIRA, 2004).
O fósforo e o nitrogênio são nutrientes que contribuem para a citado
fenômeno, estes, não oferecem risco direto à saúde pública, contudo, seu estudo é
de grande importância na gestão dos recursos hídricos por sua capacidade de
potencializar o enriquecimento de um corpo aquático.
O fósforo está dissolvido nas águas superficiais na forma P–PO43-,
podendo resultar da biodegradação das substâncias orgânicas ou da lixiviação dos
solos; contudo, o maior contributo para o aparecimento de fosfato decorre de
resíduos e efluentes industriais, domésticos e agrícolas, (MACKERETH et al., 1978;
LÉVÊQUE, 2002). O principal fornecedor de fósforo provém das águas residuais
domésticas, onde se encontra sob a forma de fosfatos provenientes dos
detergentes.
Como a precipitação química do fosfato com o cálcio é diferente da
precipitação como alumínio e com o ferro, estes dois tipos de precipitação química
são considerados processos separados. A remoção do fósforo da água residuária
envolve a incorporação do fosfato nos sólidos suspensos totais (SST) com
subseqüente remoção desses sólidos (METACALF & EDDY, 2003).
2.2 Algas imobilizadas
Uma célula imobilizada é definida como uma célula que, por meios naturais
ou artificiais, é impedida de se movimentar, independentemente dos seus vizinhos,
para todas as partes da fase aquosa do sistema em estudo. Vários materiais são
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usados para fazer o encapsulamento de microrganismos, como por exemplo:
alginato, gelatina, goma, poliuterano e gel de álcool polivinil (PRADELA, 2001)
O uso destes materiais na imobilização de células permite aos
microrganismos continuar a sobreviver numa matriz relativamente não tóxica,
através da qual, gases e líquidos se podem difundir. A cápsula da matriz, juntamente
com os microrganismos, ajuda a diminuir a toxicidade do meio ambiente
(BRANDENBERGER et al., 1998).
O primeiro estudo conhecido envolvendo algas imobilizadas foi em 1966
(Hiller & Park, 1969), porem, apenas na década de 80 que La Noüe e os seus
colaboradores aparecem como pioneiros na introdução da tecnologia da
imobilização de algas para o tratamento de águas residuais, nomeadamente na
remoção de nitrogênio e fósforo (CHEVALIER e DE LA-NOÜE, 1985, 1985b). A
partir de 1990, mais de 50% dos registos de estudos de algas referem o seu uso no
tratamento de águas residuais (SHINY et al., 2004).
De acordo com Curtis e Mara (1994), o cultivo de algas torna o ambiente mais
alcalino (com pH acima de 8,5), propiciando maior formação de bicarbonato
(HCO3). Nestas condições, os coliformes termotolerantes morrem rapidamente
(SMALLMAN, 1986).
2.3 O Alginato
O alginato é extraído de algas marrons, principalmente de espécies dos
gêneros Laminaria e Sargassum e das espécies Macrocystis pyrifera, Ascophyllum
nodosum e Lesonia negrescens. O gel de alginato não é tóxico, tem baixo custo,
possui alta afinidade pela água e as células não sofrem variações físico-químicas
extremas durante o processo de imobilização. A gelificação do polissacarídeo é
muito rápida e ocorre quando gotas de uma suspensão formada por células ou
enzimas e alginato de sódio são misturadas com uma solução contendo íons
formadores de gel, geralmente Ca2+. O gel pode ser redissolvido em meio contendo
citrato de sódio ou fosfato (MORENO- GARRIDO, 2008).
Anisha e Prema (2008) imobilizaram células de Streptomyces griseoloalbus
em esferas de alginato de cálcio e conseguiram aumentar a produtividade da enzima
galactosidase em comparação com o emprego de células livres. Além disso, 75% da
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capacidade de produção da enzima foi mantida após a reutilização das células
imobilizadas em oito ciclos de fermentação em batelada. Lins e Leão (2002)
utilizaram células de Kluyveromyces marxianus imobilizadas em alginato de cálcio
para a obtenção de leite com baixo teor de lactose. A capacidade de
conversão da lactose em etanol e CO2 foi constante mesmo após 23 ciclos.
Segundo Wang et al. (2005), o mecanismo clássico de imobilização por
engaiolamento é a mistura de células microbianas com um composto polimérico que
apresenta cargas negativas, a exemplo do alginato. Essa mistura é gotejada em
uma solução com íons Ca 2+, e este, promove a formação de ligações iônicas, que
resultam na formação de um gel consistente e insolúvel, o qual imobiliza o
microrganismo. Na Figura 1 está apresentada uma esfera de alginato com Chlorella
sp. imobilizada com aproximadamente 4 mm de diâmetro.
Figura 1: Esfera de alginato de cálcio com Chlorella sp. imobilizada
2.4 A Chlorella sp.
O gênero Chlorella compõe a classe Chlorofícea, família Chlorelacea, ordem
Chlorococcales (BDIGPELD - Biblioteca Digital Geodiferenciada). Estudos recentes,
baseados em caracteres bioquímicos, fisiológicos e ultra estruturais, juntamente com
a filogenia molecular ausente na sequência 18s RNA completa, têm sugerido que
são quatro as espécies pertencentes ao gênero Chlorella : C. vulgaris , C. iobophora,
C. sorokiniana e C. kessleri (HISUAN et al., 2000).
O gênero Chlorella é composto por microalgas verdes, unicelulares, que
possuem clorofila e realizam fotossíntese, sendo uma das primeiras algas a serem
isoladas como uma cultura pura realizada por Beijerinck na década de 1890. As
atenções científicas somente se voltaram para o potencial da Chlorella sp. no final
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de 1940, quando foram cultivadas em meio mineral definido, especificando-se as
necessidades ambientais e nutricionais de cada espécie ( HSIUAN et al., 2000).
Bicudo e Menezes (2006) caracterizando a Chlorella Beijerink, citam que são
indivíduos sempre solitários e de vida livre. A célula é, em geral, esférica, elipsoidal
ou ovóide, como também reniforme ou um pouco assimétrica. A parede celular é
bem distinta, porém delgada. O cloroplastódio é único na maioria das vezes, raro
ocorrem dois. Quando único, tem a forma de taça e quando em número de dois,
cada um tem a forma de uma calota rasa e aberta. Pirenóide nem sempre presente.
Chlorella vulgaris é uma alga verde, eucariótica, autotrófica e unicelular, em
condições normais de cultura, tipicamente tem o tamanho aproximadamente de uma
hemácia cerca de 5-6 µm de diâmetro (BORAAS et al.,1998). Na Figura 2 está
apresentada uma microfotografia de Chlorella sp. em ampliação de 400x.
Figura 2: Micrografia de Chlorella sp. em estágio de divisão (ampliação 400x).
Fonte: Silva, 2011
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3. METODOLOGIA
3.1 Local da Pesquisa
Esta pesquisa foi realizada na Estação Experimental de Tratamento Biológico
de Esgotos Sanitários (EXTRABES) localizada na cidade de Campina Grande no
Estado da Paraíba, durante o período março de 2010 à fevereiro de 2011.
3.2 Equipamentos
Centrífuga Excelsa II, modelo 206 BL , marca FANEM;
Autoclave vertical Phoenix;
Estufa controlador, modelo 515 A. FANEM;
Balança Tecnal, modelo Mark 210 A, classe I;
Espectrophotometer SP 1105 Tecnal;
Phmetro TEC- 3MP – Tecnal;
Lâmpadas florescentes;
Erlenmeyers de 2 L;
Aerador INALAR.
3.3 Material e preparo do Meio Basal Bold’s
Para preparo do meio basal para algas verdes de águas naturais, foram
necessárias as etapas:
Preparar seis soluções estoque de macro nutrientes, preparadas em água
destilada, cada uma contendo um dos seguintes sais por 400 ml:
NaNO3 10 g (290 mM)
CaCl2.2H2O 1 g (17 mM)
MgsO4. 7H2O 3 g (30 mM)
K2HPO4 3 g (43 mM)
KH2PO4 7 g (129 mM)
NaCl 1 g (27 mM)
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Para cada 940 ml de água destilada, 10 ml de cada solução estoque de
macronutriente foi adicionada a 1 ml de cada solução estoque de micronutrientes
(elementos traço) que foram preparadas conforme se descreve:
1. 50 g de Na2 EDTA (134mM) e 31 g de KOH (553 mM) foram dissolvidos em 1
litro de água destilada;
2. 4,98 de FeSO4. 7H2O (18 mM) foram dissolvidos em 1 litro de água
acidificada ( água acidificada: 1,0 ml de H2SO4 dissolvido em 1 litro de água
destilada);
3. 11,42 g de H3BO4 (184 mM) foram dissolvidos em 1 litro de água destilada;
4. Posteriormente foram dissolvidas em 1 litro de água destilada as seguintes
quantidades de elemento traços:
ZnSO4. 7H2O 8,82 g (31 mM);
MnCl2. 4H2O 1,44 g (7 mM);
MoO3 0,71 g (0,05 mM);
CuSO4. 5H2O 1,57 (6 mM);
Co(NO3)2. 6H2O 0,49 g (2 mM);
Após o meio estar pronto ajusta-se o pH para 7,0 e posteriormente foi
autoclavado.
3.4 Manutenção da Cultura
As cepas de Chlorella sp. foram cultivadas em erlenmeyers de 2 L, contendo
1600 mL de Meio Basal Bold’s ( BISCHOFF E BOLD, 1943; BOROWITZKA,1988 ).
Os frascos foram inoculados com 32 mL de microalgas na fase estacionária e
mantidas sob aeração por 4 (quatro) dias e com distância de 15 cm de uma série de
8(oito) lâmpadas fluorescentes, com irradiação aproximada de 60 μmol m-2 s-1 a 27
0C .As culturas estoque seguindo a metodologia de (GUERRERO III e VILLEGAS,
1988), foram preparadas em tubos de ensaio e mantidas a 40C .As culturas
utilizadas nos experimentos tinham 40 dias de cultivo, assegurando concentração
algal elevada no interior das esferas de alginato. Na Figura 3 apresenta-se o meio
de cultivo da Chlorella sp.
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Figura 3: Meio de Cultivo autotrófico estacionário.
Fonte: SILVA, 2011
3.5 Imobilização das microalgas
Para a imobilização foi utilizado 4 g de alginato de sódio dissolvido em 100
mL de água destilada devidamente autoclavada por 15 minutos a 121 ºC. Também é
utilizado 0,4 M de cloreto de cálcio, dissolvido em 100 mL de água destilada,
também autoclavado.
Passado o preparo dos materiais, foi retirado um volume variável do garrafão
de 20 L e centrifugado nas mesmas condições que as algas retiradas da lagoa de
estabilização. O extrato final é misturado em proporção igual (1:1) com o alginato.
Logo após essa mistura é vertida em uma bureta de 25 ml em baixo de um Becker
contendo 100 ml de cloreto de cálcio.
Paulatinamente a mistura alga-alginato foi vertida na solução de cloreto de
cálcio, e mantida sob agitação por 30 minutos. Cada gota que cai na solução, se
transforma em uma esfera verde, com diâmetro médio de 4mm. Ao final da
imobilização essas esferas são lavadas e guardadas na geladeira mergulhadas em
água destilada, até serem usadas no preenchimento os reatores. Na Figura 4, está
apresentada a imobilização no momento em que a mistura de alga-alginato está
sendo vertida no cloreto de cálcio.
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Figura 4: Imobilização- momento em que se formam as esferas.
3.6 Reatores
O estudo foi feito a partir da monitoração de um bioreator de bancada,
formado por duas buretas de vidro transparente, com 60 cm de comprimento, 0,5 cm
de diâmetro externo e 3 mm de espessura, ambas as colunas foram enchidas com
esferas de alginato, cada uma com aproximadamente 4mm de diâmetro, um com
algas imobilizadas e outra sem algas.
As colunas, antes da fixação das matrizes, foram esterilizadas na superfície
com etanol 70%, lavadas internamente com água destilada e posteriormente,
conectadas ao suporte, onde passaram a receber o efluente secundário, oriundo do
tanque séptico, contendo uma concentração média de 105 a 106 coliformes
termotolerantes/ 100 mL.
Os reatores foram colocados em contato com a radiação de lâmpadas
florescentes, durante 6 h, e a cada hora uma amostra de 10 mL era coletada, aferido
seu pH, e realizada as análises de coliformes termotolerantes segundo o método da
membrana filtrante preconizado por APHA, 1998, fósforo total e ortofosfato.
Ao final de cada análise esses reatores eram submetidos a um período de
quarentena, no qual passava duas semanas cheios de meio basal, com a finalidade
de testar a resistência das algas as impurezas do efluente secundário. No final da
terceira semana os reatores foram cheios novamente com efluente, e todo o
procedimento foi repetido por quatro vezes. Passado três meses de experimento, as
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esferas com Chlorella sp. apresentavam-se íntegras em relação ao material
imobilizante, de modo que continuaram removendo significativamente bem, fósforo e
os coliformes termotolerantes. Os resultados foram analisados através de amostras
em triplicatas de três experimentos laboratoriais sob luz de 4 lâmpadas florescentes.
Os valores de decaimentos de todos os experimentos foram expressos em triplicatas
na escala logarítmica e em relação à redução dos controles, sedo posteriormente
submetidos à análise estatística através do software Microsoft Excel 2007 Na Figura
5 está apresentado o bioreator com algas imobilizadas e o bioreator controle
(esferas de alginato).
Figura 5: Reatores com alginato puro (Branco) e com algas Chlorella (verde).
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4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Remoção de Fósforo e Ortofosfato
As microalgas imobilizadas realizaram ao final de um perfil de 5 h, índices
médios de remoção em torno de 88,24% para ortofosfato e 79,07% para fósforo
total. Os resultados estão representados na Figura 6 e 7.
Figura 6: Remoção média de Fósforo total.
Figura 7: Remoção média de Ortofosfato.
As algas imobilizadas obtiveram maior eficiência na remoção de fósforo em
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relação ao controle, em todos os tempos de contato, atingindo seus maiores
percentuais na 3a hora de contato para o ortofosfato (82,61%) e na 4a hora para
fósforo total (71,43%). A remoção química, realizada pelas esferas controle foi
aproximadamente 31% para as duas modalidades de fosfatos. Os valores médios de
três experimentos realizados em triplicata estão representados nas Tabelas 1 e 2.
Tabela 1: Valores médios dos dados de fósforo total, para cada miligrama de fósforo dissolvido em um litro do efluente em 5 horas de contato, inclusive no tempo zero (coleta)
FÓSFORO TOTAL (mg P.L -1)
HORA REATORES
SEM ALGAS Mg p . L-1 COM ALGAS Mg p . L-1
To 4,3 4,3
T1 2,1 1,7
T2 2,6 1,2
T3 2,7 0,7
T4 2,8 0,8
T5 3,0 0,9
Tabela 2: Valores médios dos dados de orto-fosfato, para cada miligrama de fósforo dissolvido em um litro do efluente. em 5 horas de contato, inclusive no tempo zero (coleta)
ORTO-FOSFATO (mg P.L -1)
HORA REATOR
SEM ALGAS Mgp . L-1 COM ALGAS Mgp . L-1
To 3,4 3,3
T1 1,3 1,2
T2 2,3 0,7
T3 2,2 0,4
T4 1,7 0,7
T5 2,3 0,4
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As algas assimilam o fósforo inorgânico para o seu metabolismo e através do
processo fotossintético, favorecem as condições ambientais para que se
desenvolvam outros mecanismos de remoção química, tais como a adsorção e a
precipitação do fosfato na matriz. As algas imobilizadas realizaram ao final de um
perfil de 5 h, eficiência média de remoção em torno de 87% para ortofosfato e 81,7%
para fósforo total e obtiveram maior eficiência na remoção de fósforo em relação ao
controle em todos os tempos de contato, atingindo expressivos percentuais na 4a
hora de contato para fósforo total (71,43%), e na 3a hora para ortofosfato (82,61%).
Este trabalho levou em consideração a radiação artificial com lâmpadas
fluorescentes brancas de 80 μmols m-2s-1, tendo uma incidência luminosa de 6 h em
escala bancada. Essa incidência luminosa, aliada ao aumento significativo do pH no
reator contendo algas imobilizadas provavelmente justificam expressiva depuração
de fósforo e orto-fosfato no sistema.
4.2 Remoção de Coliformes Termotolerantes
As concentrações de coliformes termotolerantes foram determinadas pelo
método de membrana filtrante, com membranas de celulose (Millipore®) de 0,45µm e
47 mm de diâmetro e expressa em unidades de colônias filtradas (UFC/100 mL). A
Tabela 3 apresenta a média dos valores obtidos nos ensaios
Tabela 3: Valores médios de coliformes termotolerantes de três experimentos realizados com tempo
de contato de seis horas.
COLIFORMES TERMOTOLERANTES
REATOR COM ALGAS REATOR SEM ALGAS
HORA UFC 100ml HORA UFC 100ml
To 1,42 x 106 To 1,42 x 106
T1 2,18 x 105 T1 1,38 x 106
T2 1,17 x 104 T2 1,45 x 106
T3 0,4 x 104 T3 1,40 x 106
T4 2 x 103 T4 1,32 x 106
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T5 0,5 x 102 T5 1,34 x 106
T6 0 T6 1,25x 106
4.3 Análise de pH
O potencial hidrogeniônico ou potencial hidrogênio iônico, foi medido nos dois
reatores, um com algas imobilizadas e outro sem algas. A cada hora, era coletada
uma amostra de 10 mL de ambos os reatores e medido seu pH, o reator controle
(sem algas) a variação de pH foi de 0,085, e a do reator com algas foi de 0,61 a
cada hora. Em ambos os reatores o pH inicial foi de 7,28, havendo uma pequena
variação no reator controle que em 5 horas se encontrava com 7,77, ao contrário do
reator com algas Chlorella sp. que após 5 horas estava com valores de 10,63,
indicando que esses organismos tem uma ação significativa no aumento deste
parâmetro. Na Tabela 4 estão apresentados os valores médios de pH dos ensaios
realizados.
Tabela 4: Valores médios de pH de três ensaios medido a cada hora de contato.
Bioreatores
HORA REATOR
COM ALGAS SEM ALGAS
To 7,28 7,28
T1 8,84 7,38
T2 9,74 7,47
T3 10,14 7,53
T4 10,41 7,62
T5 10,63 7,77
T6 10,99 7,79
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados obtidos indicam a eficiência potencial das microalgas
imobilizadas no tratamento das águas residuárias, devendo ser aprofundadas as
investigações, principalmente relacionadas ao metabolismo das algas e da matriz de
imobilização.
O sistema de algas imobilizadas pode vir a suprir a deficiência do sistema de
lagoas de estabilização, uma vez que ocupam pouco espaço no perímetro urbano.
A Chlorella sp. é uma microalga de boa adaptação ao ambiente e as
condições adversas, sendo por isso, apropriada no tratamento de efluente
secundário.
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