22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina II-130 REMEDIAÇÃO DO EFLUENTE DA INDÚSTRIA DE QUEIJOS COMBINANDO PROCESSO BIOLÓGICO (PRODUÇÃO DE PROTEÍNAS CELULARES) E PROCESSO QUÍMICO (OZÔNIO) Edna dos Santos Almeida(1) Bacharel em Química, graduada na UNESP-Araraquara; Mestre em Química Analítica pela UNICAMP, com apoio da Capes. Desenvolvimento de projeto de doutorado em tratamento de efluente industrial, sob orientação do Prof. Dr. Nelson Durán, no Laboratório de Química Biológica, IQ-Unicamp, com apoio da FAPESP. Elisa Espósito Professora na Universidade de Mogi das Cruzes, Bióloga das UFRS, Doutorada em Engenharia Química da UNICAMP, S.P, Laboratório de Química Biológica e Biotecnologia, Núcleo de Ciências Ambientais-NCA, UMC. Georges Sabra Bacharel em Farmácia, pela Universidade de Mogi das Cruzes, Desenvolvimento de Mestrado em produção de proteínas microbianas, sob orientação da Profa. Dra. Elisa Esposito, Laboratório de Química Biológica e Biotecnologia, NCA-UMC. Nelson Durán Professor Titular IQ-UNICAMP, Ph.D. Química, University of Puerto Rico- P.R.-USA e Coordenador do Núcleo de Ciências Ambientais-NCA da Universidade de Mogi das Cruzes. Endereço(1) : R. Virgílio Dalben, 83, Jardim Santa Genebra II, Campinas- SP, CEP , Brasil.

2 Tel : +55 (019) edna-almeida@iqm.unicamp.br RESUMO O soro de queijo, efluente resultante da fabricação de queijos, pode ser considerado como um potencial rejeito poluidor, por possuir uma altíssima carga orgânica e ser gerado em grandes quantidades. Para tal, foi avaliado o potencial de utilização deste rejeito para a produção de proteínas celulares empregando a levedura Kluveromyces marxianus, com conseqüente redução da carga orgânica, seguido pelo tratamento de ozonização para oxidar a carga orgânica restante. Observou-se uma redução de 60 % da DQO no tratamento empregando leveduras, no entanto, o tratamento químico usando ozônio não se mostrou significativ na redução da carga orgânica. PALAVRAS-CHAVE: soro de queijo, tratamento, proteínas celulares, ozonização. INTRODUÇÃO Segundo dados da ABIQ - Associação Brasileira das Indústrias produtoras de queijos - a produção anual de queijos em 2002 foi cerca de 414 mil toneladas [1] (contabilizados somente os estabelecimentos sob inspeção federal); considerando que para cada produzir 1 kg de queijos gera-se de 9 L de soro de queijo, tem-se que, somente neste ano, foram gerados cerca de 3,7 bilhões de litros de soro de queijo. Este subproduto da fabricação de queijos pode ser utilizado como alimento para suínos na sua forma bruta ou processado em pó, no entanto, o elevado custo para a desidratação do soro limita sua adoção como prática comum, sendo a maior parte incorporado às águas residuais dos laticínios[2]. Com o uso da tecnologico empregando técnicas como osmose reversa, nanofiltração, ultrafiltração, microfiltração, "spray drying" e cristalização, pode-se produzir: o concentrado de proteínas do soro (WCP, "whey protein concentrates"), o soro em pó e a lactose, que podem servir como ingredientes para sorvetes, molhos, temperos de saladas, sopas, produtos de padaria, comida industrializada para bebês, alimentos "diet", etc [3,4]. O soro pode ser ainda utilizado em processos de bioconversão com microorganismos (como Candida krusei, Kluveromyces fragilis, Kluveromyces lactis e Torulopsis cremoris) para produzir biomassa microbiana (SCP "single cell protein") e metabólitos como álcool, aldeídos, ésteres, etc. [5-7]. Se a indústria arcar com investimentos para a utilização biotecnológica do soro, este rejeito pode ser usado como matéria-prima. Contudo, as empresas de pequeno e médio porte, como a grande maioria das existentes no Brasil, não possuem capital para investir nas tecnologias de reuso do soro nem mercado para seus subprodutos. Neste caso, o soro é

3 considerado um poluente extremamente problemático, devido à sua elevada carga orgânica (DQO de e DBO de ) e grande volume gerado, que deve ser tratado antes de ser descartado. A utilização do soro de queijo para produção de microorganismos representa uma importante alternativa para remediação deste rejeito, pois além da geração de produtos de interesse comercial como proteínas celulares e extratos de leveduras (que podem ser usados como realçadores de sabor)[2], com tal processamento ocorre uma redução de parte da carga orgânica deste, o que infere na diminuição dos custos no tratamento biológico[8]. Entretanto, o efluente deste processamento ainda necessitará de um tratamento antes de ser descartado. Dentre os processos químicos para tratamento de efluentes, a aplicação de ozônio é muito interessante devido à sua alta capacidade oxidante (Eo = 2,08 V), quando comparado a outros agentes oxidantes, como o H2O2 (E0 = 1,78V), permitindo que esta espécie possa reagir com uma numerosa classe de compostos, e possui inúmeras aplicações na tratabilidade de diversos rejeitos industriais e municipais, e de águas para consumo humano. O tratamento com ozônio vem sendo empregado para a redução de cor, a DQO e a AOX, características estas resistentes ao tratamento convencional, em efluentes da indústria de papel e celulose e da indústria têxtil e em resíduo de pesticidas [9]. Há uma tendência muito promissora para tratamento de rejeitos, que é a combinação de processos biológicos e químicos de forma a melhorar a qualidade do efluente final, a qual demandará muitos estudos a serem realizados. Neste trabalho foi avaliado o potencial de remediação do soro de queijo usando este para produzir proteínas celulares com conseqüente diminuição da carga orgânica e empregando o tratamento químico com ozônio para oxidar a matéria orgânica residual do tratamento biológico. MATERIAIS E MÉTODOS A levedura Kluveromyces marxianus (CBS 6556) foi inoculada de soro de leite e incubada (a 35 oc, ph 6 e com aeração) durante 72 horas. Após decorrido este período as amostras foram centrifugadas a 3500 rpm por 20 minutos para separação da biomassa, e a concentração de células foi estimada pelo peso em balança analítica. Nos sobrenadante obtido foi analisado a DQO (demanda química de oxigênio) para determinar a carga orgânica. O sobrenadante do fermentado foi submetido aos ensaios de ozonização. O ozônio foi gerado a partir de oxigênio puro, utilizando-se um ozonizador marca OZOCAV ZT-2 (Inter Ozone Ingeneria Ecologica, Santiago-Chile). Um volume de 50 ml do efluente foi

4 ozonizado à temperatura ambiente em dois diferentes phs: 6 e 10, num reator tubular, de fluxo ascendente com dispersor de vidro sinterizado. O ozonizador foi alimentado com O2 numa vazão de 15 L h-1, resultando numa concentração de O3 de 14 mg L-1. O consumo de ozônio é monitorado por um espectrofotômetro marca Micronal a 258?m; o ozônio resid ual é consumido por uma solução de KI no frasco lavador [10]. Através do consumo de ozônio, monitorado pelo valor de absorbância de O3, pode-se determinar o fim do processo de ozonização (quando o valor de absorbância retorna ao valor de produção inicial de ozônio, ou seja, a amostra de soro não estava consumindo ozônio). A análise de DQO O foi feita pelo método de refluxo fechado, empregando dicromato de potássio como solução digestora na presença de H2SO4/Ag2SO4, trata-se de uma reação de oxidação em meio fortemente ácido à elevada temperatura, na presença de um catalisador (o sulfato de prata), segundo a metodologia APHA 5220[11]. PRODUÇÃO DE PROTEÍNAS CELULARES Os dados relativos ao crescimento da levedura são apresentados na Figura 1. As condições deste ensaio (ph 6 com aeração e incubação a 35 0 C) foram determinadas baseados em estudos anteriores[7]. Pode-se notar que há um crescimento significativo da biomassa. A redução da carga orgânica em função de demanda química de oxigênio (DQO), foi de 60% em 72 horas, que foi convertida em biomassa microbiana (Figura 2). Entretanto, será necessário maiores estudos com o objetivo de otimizar as condições de fermentação de forma a ter-se um maior crescimento de biomassa em um período de tempo menor. A levedura K. marxianus foi selecionada para ser cultivada em soro de queijo devido ao seu rápido crescimento em um meio de lactose como fonte carbonácea básica frente a outros gêneros de leveduras como Candida, e por ser um microorganismo de consumo humano seguro, o que representa um valor agregado à biomassa, e ainda porque o extrato desta levedura pode ser usado como fonte de realçadores de sabor 1. Figura 1 : Crescimento da biomassa no soro de leite (incubação a 35 oc, ph 6 com aeração) A bioconversão da lactose do soro para proteínas celulares (biomassa), reduz parte da carga orgânica deste (de para mgo2/l), no entanto, como a DQO continua muito alta, o efluente resultante não pode ser prontamente descartado antes de um pós-tratamento para a remoção da matéria orgânica e dos nutrientes residuais, necessitanto de uma etapa posterior de tratamento.

5 OZONIZAÇÃO A Figura 2 mostra a redução da carga orgânica em termos de DQO, no tratamento do soro pelo processo biológico (fermentação com a levedura K. marxianus) e no pós-tratamento empregando o ozônio. O dados indicam que não ocorre a diminuição da carga orgânica quando o soro fermentado é ozonizado, no entanto, o ozônio é consumido, conforme pode ser observado nas Figura 3 e na Figura 4, que mostram o consumo de ozônio durante o ensaio a ph 6 e a ph 10. Figura 2 : Redução da DQO do soro com os tratamentos empregados Figura 3 : Consumo de ozônio pelo soro fermentado a ph 6 Figura 4 : Consumo de ozônio pelo soro fermentado a ph 10 Como se pode ver nestes ensaios o consumo de oxigênio a ph 10 é ao redor de 2.0 vezes maior que a ph 6.0, o que indica uma transformação do material orgânico efetiva sem diminuir a carga orgânica em termos de DQO. Para reduzir a carga orgânica do soro, o ozônio teria que levar os compostos presentes neste a CO2 e H2O, e assim apresentaria uma diminuição no valor de DQO. Como isso não foi observado, mas o ozônio foi consumido, pode-se inferir que mesmo reagindo com os constituintes do soro, como proteínas e lipídeos, não houve a mineralização destes e sim sua transformação. CONCLUSÕES O tratamento biológico empregando a levedura Kluveromyces marxianus mostrou-se efetivo para a produção de proteínas celulares a partir do soro de leite (podendo gerar

6 produtos de interesse comercial) nas condições empregadas e para a redução da carga orgânica do soro em termos de DQO. No entanto, o processo químico, utilizando ozônio não demostrou potencial para tratar tal efluente, apesar de ser consumido pelo efluente. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABIQ, Associação Brasileira das Indústrias Produtoras de Queijos. Consulta Pessoal, RÉVILLION, J. P., BRANDELLI, A. e AYUB, M. A. Z. Produção de extratos de levedura para uso alimentar a partir de soro de queijo : Abordagem de elementos técnicos e mercadológicos relevantes. Ciênc. Tecnol. Aliment, 20, 2, PAPACHRISTOU, E. e LAFAZANIS, C. T., Application of membrane technology in the pretreatment of cheese dairies wastes and co-treatment in a municipal conventional biological unit, Water Sci. Technol., 36, 361, BICKERS, P.O. e BHAMIDIMARRI, R.; Aerobic treatment of reverse osmosis permeate in the dairy industry for reuse, Water Sci. Technol., 38, 4, MAWSON, A. J., Biconversions for whey utilization and waste abatement, Bioresour. Technol., 47, 195, GONZÁLEZ SIZO, M. I., The biothecnological utilization of cheese whey ; a review, Bioresour. Technol., 57, 1-11, CRISTIANI-URBINA, E., NETZAHUATL-MUÑOZ, A R., MANRIQUEZ-ROJAS, F.J., JUAREZ-RAMIREZ, C., RUIZ-ORDAZ, N., e GALINDEZ-MAYER, J., Batch and fedbatch cultures for the treatment of whey with mixed yeast cultures. Process. Biochem., 35, 649, BAIOTTI, A. E., BASILICO,, J. C. e CARRASCO. Optimizacion de condiciones para la produção discontinua de proteina uicelular utilizando suero de leche, Rev. Arg. Microbiol., 19, 1, MASTEN, S.J. e DAVIES, S.H.R., Environ. Sci. Technol., 28: (1994). KUNZ, A., FREIRE, R. S., ROHWEDDER, J. R. e DURÁN, N., Construção e otimização de um sistema para produção e aplicação de ozônio em escala de laboratório, Quim. Nova, 22, 425, APHA, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19a ed. New York, American Public Health Association. N C, 5-12, 1995.