Simone Semionato Avaliação da atividade lipolítica de bactérias isoladas dos dispositivos de remoção de gordura da ETE-UFES

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1 Universidade Federal do Espírito Santo Centro Tecnológico Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental Simone Semionato Avaliação da atividade lipolítica de bactérias isoladas dos dispositivos de remoção de gordura da ETE-UFES Vitória 2006

2 i Simone Semionato Avaliação da atividade lipolítica de bactérias isoladas dos dispositivos de remoção de gordura da ETE-UFES Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Espírito Santo, como requisito parcial para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Ambiental. Orientador: Prof. Ph.D. Sérvio Túlio Alves Cassini. Vitória 2006

3 ii Simone Semionato Avaliação da atividade lipolítica de bactérias isoladas dos dispositivos de remoção de gordura da ETE-UFES Prof. Ph.D. Sérvio Túlio Alves Cassini Orientador - UFES Prof. Dr a. Suely Gomes de Figueiredo Co-orientadora - UFES Prof. Dr. Ricardo Franci Gonçalves Examinador Interno UFES Prof. Dr a. Raquel Machado Borges Examinador Externo CEFETES Universidade Federal do Espírito Santo Vitória, Setembro de 2006.

4 iii Dados Internacionais de Catalogação-na-publicação (CIP) (Biblioteca Central da Universidade Federal do Espírito Santo, ES, Brasil) S471a Semionato, Simone, Avaliação da atividade lipolítica de bactérias isoladas dos dispositivos de remoção de gordura da ETE-UFES / Simone Semionato f. : il. Orientador: Sérvio Túlio Alves Cassini. Co-Orientadora: Suely Gomes de Figueiredo. Dissertação (mestrado) Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Tecnológico. 1. Lipase. 2. Bactérias lipolíticas. 3. Óleos e gorduras. 4. Análise enzimática. I. Cassini, Sérvio Túlio Alves. II. Figueiredo, Suely Gomes de. III. Universidade Federal do Espírito Santo. Centro Tecnológico. IV. Título. CDU: 628

5 iv Aos meus pais.

6 v Agradecimentos Agradeço a Deus acima de todas as coisas, À minha família pelo companheirismo, credibilidade e amor, À amiga predileta Kamila Perin por sua contagiante alegria e amizade incondicional, À Hyane, Ligia e em especial Ingrid pela imprescindível ajuda, Às minhas filhas lindas Aline, Márcia e Sherley pela dedicação e verdadeira amizade, Aos meus amigos, Renata, Elene, Paty Lee, Mônica, Rachel e Thaís por seu carinho, Ao Júnior pela linda amizade e reciprocidade de bem querer, aos amigos pelo apoio, aos colegas pelo companheirismo, à toda equipe Labsan, à UFES pelas oportunidades, ao CNPq pela bolsa concedida, aos orientadores pelo aprendizado e incentivo, aos professores do PPGEA pelos ensinamentos, à todos que contribuíram de alguma forma, e à Natureza pela inspiração e oportunidade desta pequena contribuição.

7 vi Ainda que eu tenha fé, a ponto de transportar montes, se não tiver persistência, nada serei Carta de São Paulo aos Coríntios

8 vii Resumo A presença de óleos e graxas em grandes quantidades no esgoto sanitário provoca vários problemas tanto na rede coletora, quanto no tratamento. Para evitar esses problemas, microrganismos lipolíticos (produtores de lipase extracelular) têm sido utilizados em sistemas de pré-tratamento de esgoto sanitário para degradar a gordura existente nesses sistemas, tornando-os mais eficientes, e conseqüentemente, reduzindo os custos de manutenção. As lipases apresentam uma importância particular, pelo fato de hidrolisarem especificamente óleos e gorduras, e que pode ser de grande interesse para o tratamento de efluentes com alto teor dessas substâncias. Sendo assim, o presente trabalho vem relatar o estudo de bactérias lipolíticas existentes nos dispositivos de remoção de gordura da ETE- UFES, isolando-as, caracterizando-as e avaliando-as quanto à avaliação lipolítica. Dentre o total de 27 cepas de bactérias isoladas da escuma dos dispositivos e submetidas ao teste de Rodamina B, foram selecionadas 19 cepas de bactérias lipolíticas. Dentre estas cepas, três apresentaram gram positivo (cepas 7, 13 e 14) e todo o restante, gram negativo. As 19 cepas de bactérias lipolíticas apresentaram resultado de atividade lipolítica entre 0,076 a 3,20 U/mg de proteína. Dentre essas, duas cepas (a de maior e de menor atividade lipolítica por proteína) foram selecionadas e utilizadas no teste de decaimento de O&G. Verificou-se decaimento de O&G de 23,26% e 6,26% (tratamento com cepas de bactérias lipolíticas 1 e 19, respectivamente) ao final de 20 dias do teste de decaimento de O&G. E decaimento de O&G de 37,45% no tratamento com lipase comercial (Sigma) e de 5,65% no tratamento sem acréscimo de bactéria. Nos primeiros cinco dias do teste de decaimento de O&G, o tratamento com cepa 1 resultou degradação de O&G semelhante ao tratamento com lipase, o qual evidencia o potencial lipolítico da cepa 1. A presente pesquisa relata o potencial de degradação de compostos lipídicos por cepa de bactéria lipolítica isolada dos dispositivos de remoção de gordura da ETE-UFES avaliado através do teste de decaimento de O&G, em escala de bancada, visando reduzir a quantidade de óleos e graxas das mesmas, facilitando dessa maneira, a tratabilidade dos efluentes e diminuindo seus impactos negativos. Palavras-chaves: Lípase, bactéria lipolítica, óleos e graxas, atividade lipolítica.

9 viii Abstract The presence of oils and greases in large quantities in the sanitary waste provokes several problems not only in the net collector but in the water treatment. In order to avoid these problems, microorganisms lipolytics (producers of extracellular lipases) have been used in the pre treatment of sanitary waste to degrade the existing fatness in these systems, becoming them more efficient, and consequently, reducing the costs of maintenance. The lipases have a particular importance by the fact that it s hydrolyses oils and fatnesses that can be used with a large interest for treatment of effluents with high content of those substances. This job intend to relate the study of the lipolytics bacterial existing in the fat removal devices of the ETE-UFES, isolating, characterizing and evaluating them as regards the lipolytic activity. Among the total of 27 strains of isolated bacteria of the scum of the devices and submitted to the rhodamine B test only 19 lipolytic bacteria were selected. Among these strains, three presented gram positive (strains 7, 13 and 14) and all the remainder, gram negative. The 19 strains of bacteria lipolytics presented result of lipolytic activity between 0,076 to 3,20 U/mg per protein. Among those, two strains (the larger and of smaller lipolytic activity per protein) were selected and utilized in the test of decline of O&G. The decline was found in of O&G of 23,26% and 6,26% (treatment of lipolytic bacteria 1 and 19, respectively) on end of 20 days of the test of decline of O&G. In addition, the decline of O&G of 37,45% in the treatment of commercial lipase (Sigma) and of 5,65% in the handling without addition of bacteria. In the first five days of the decline test of O&G, the treatment of the strain 1 resulted degradation of O&G similar to the treatment with lipase, which shows up the potential lipolytic of the strain 1. The present research relates the potential of degradation of composed lipolytic by strain of the isolated bacteria lipolytic of the fatness removal devices of the ETE-UFES evaluated through the test of decline of O&G, in scale of workbench, aiming at reduce the quantity of oils and greases facilitating of that way, to treatment of the effluents and diminishing its negative impacts. Keywords: Lipase, bacterial lipolytic, oil and grease, lipolytic activity.

10 ix Lista de Figuras Figura 3-1 Esquema ilustrativo de um triacilglicerol 21 Figura 3-2: Esquema interno do dispositivo de remoção de gordura modelo 1 29 Figura 3-3. Dispositivo de remoção de gordura modelo 1, em operação 29 Figura 3-4: Esquema das placas inclinadas do dispositivo modelo 2 29 Figura 3-5: Placas dentro do dispositivo modelo 2, em funcionamento 29 Figura 4-1: Cepa isolada em placa Petri. 43 Figura 4-2: Cepa isolada em tubo de ensaio com tampa para armazenamento. 43 Figura 4-3: Meio de cultura mínimo liquido inoculado com três cepas 45 diferentes de bactérias lipolíticas após o período de 120 horas de crescimento bacteriano a 30 C. Figura 4-4: Reação de hidrólise do p-nitrofenil palmitato e a formação do cromogênico fenolato. Figura 5-1: Atividade lipolítica por proteína das 19 cepas de bactérias lipolíticas selecionadas. Figura 5-2: Atividade lipolítica por biomassa das 19 cepas de bactérias lipolíticas Figura 5-3: Valores médios de óleos e graxas das diferentes condições de tratamento no decorrer de 20 dias do teste de decaimento de O&G

11 x Lista de Tabelas Tabela 3.1: Valores de O&G (mg/l) de alguns tipos de efluentes e os autores. 22 Tabela 3-2: Características físicas dos dispositivos de remoção de gordura, modelos 1 e 2. Tabela 3-3. Lipases com potencial para aplicações em tratamento de efluentes. Tabela 4-1: Reagentes químicos e sua concentração para o preparo do meio de cultura mínimo liquido. Tabela 4-2: Soluções tampões e de nutrientes utilizados para o preparo da solução de micronutrientes. Tabela 4-3: Condições de cada ensaio do teste de decaimento de O&G 49 Tabela 5-1: Caracterização das cepas de bactérias lipolíticas selecionadas através do teste de Rodamina B Tabela 5-2: Comparação da atividade lipolítica por proteína entre as 19 cepas de bactérias lipolíticas e os grupos formados pelo teste de Tukey Tabela 5-3: Grupos formados pelo teste Tukey comparando valores de O&G 64 segundo os dias do teste de decaimento de O&G e segundo cada tratamento Tabela 9-1: Resultados de O&G (mg/g) do teste de decaimento de O&G 78 segundo as diferentes condições de tratamento e no decorrer dos 20 dias do experimento Tabela 9-2: Resultados de ANOVA do teste de decaimento de O&G (mg/g) 79 segundo as diferentes condições de tratamento e no decorrer dos 20 dias do experimento. Tabela 9-3: Resultados de atividade lipolítica por proteína e por biomassa das 19 cepas isoladas nesta pesquisa. Tabela 9-4: Resultados de ANOVA da Atividade lipolítica por biomassa das 19 cepas isoladas nesta pesquisa. Tabela 9-5: Resultados de ANOVA da Atividade lipolítica por proteína das 19 cepas isoladas nesta pesquisa

12 xi Lista de Símbolos e Abreviaturas ETE C Graus Celsius Abs Absorbância Cesan Companhia Espírito Santense de Saneamento cm Centímetro COMDEMA Conselho Municipal de Defesa do Meio Ambiente+ CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente DQO Demanda Química de Oxigênio E. C. Comissão de Enzimas da União Internacional de Bioquímica ES Espírito Santo ETE Estação de Tratamento de Esgoto g Grama GRAS Generally Regarded as Safe h Hora kg Quilograma L Litro m Metro M Molar m Massa min Minuto mg Miligrama ml Mililitro n Número de Amostras NBR Norma Brasileira Registrada nm nanômetro O&G Óleos e Graxas p Peso ph Potencial hidrogeniônico p-npp para-nitrofenil Palmitato PVC Do inglês PolyVinyl Chloride (Policloreto de Vinilo) rpm Rotações por minuto s Segundo T Tempo T1 Torneira 1 U Unidade de Atividade Lipolítica U. V. Luz Ultra Violeta UASB Do Inglês: Uperflow Anaerobic Sludge Blanket (Reator

13 xii Anaeróbio de Fluxo Ascendente e Manta de Lodo) ufc Unidade Formadora de Colônia UFES Universidade Federal do Espírito Santo v Volume ε Coeficiente de extinção molar λ Comprimento de onda µl Microlitro µmol Micromol empo

14 xiii Sumário 1. Introdução Objetivos Objetivo geral Objetivos específicos Revisão Bibliográfica Lipídeos Lipídeos no esgoto sanitário e industrial Impactos dos compostos gordurosos no sistema de tratamento de esgoto A legislação brasileira Tratamento de efluentes Dispositivo de remoção de gordura Enzimas em sistemas de tratamento Utilização de enzimas em tratamento de águas residuárias Lipases Material e Métodos Considerações gerais Obtenção das bactérias Análises microbiológicas Enriquecimento de bactérias Isolamento de bactérias Seleção de bactérias lipolíticas Caracterização das bactérias Avaliação da atividade lipolítica Crescimento bacteriano e extração protéica Quantificação de biomassa Quantificação de proteína 45

15 xiv Dosagem de atividade lipolítica Teste de decaimento de O&G Análises estatísticas Resultados e Discussões Isolamento, seleção e caracterização de bactérias lipolíticas Dosagem da atividade lipolítica Teste de decaimento de O&G Conclusões Recomendações Referências Bibliográficas 68 Anexo 78

16 1. Introdução Introdução O esgoto sanitário contém compostos gordurosos provenientes de alimentos como manteiga, banha, gordura (graxa) e óleos vegetais oriundo de efluentes de cozinhas em geral (NUVOLARI, 2003). Esses compostos são substâncias orgânicas de origem mineral, vegetal ou animal, sendo identificados analiticamente através do parâmetro de qualidade intitulado óleos e graxas (O&G). Os valores para o esgoto sanitário bruto variam entre 40 mg/l de O&G e 170 mg/l de O&G. (ESPINOSA & STEPHENSON, 1996; METCALF & EDDY, 1991 e von SPERLING, 1996). A baixa solubilidade em água do O&G ocasiona a separação desse composto da água, o que acarreta sua aderência nas paredes das tubulações da rede coletora de esgoto causando incrustações e entupimentos. Além disso, devido à estabilidade desse composto, não são facilmente decompostos por bactérias em geral (WILLEY, 2001). A necessidade da remoção de O&G do esgoto sanitário está relacionada em evitar obstruções nas tubulações e o acúmulo nas unidades de tratamento provocando odor desagradável e perturbação no funcionamento do sistema de tratamento, além de aumentar a vida útil dos equipamentos dessas unidades de tratamento (JORDÃO & PESSÔA, 2005).

17 1. Introdução 16 A caixa de gordura, a qual pode ser chamada de dispositivo de remoção de gordura, é comumente utilizada em sistema de pré-tratamento com a finalidade de remoção de gordura. Esta atua como dispositivos de retenção de partículas de material gorduroso flotado, evitando sua entrada na rede coletora (JORDÃO & PESSÔA, 2005). Esses dispositivos são instalados na parte externa de residências e restaurantes interligando a tubulação do esgoto da cozinha à rede pública ou a um sistema de tratamento Vários processos alternativos vêm sendo utilizados para diminuir a quantidade de compostos gordurosos em sistemas de pré-tratamentos. Um exemplo é a utilização de lipase produzida por microrganismos lipolíticos. Os microrganismos lipolíticos (fungos e bactérias) produzem e secretam lipase extracelular. A lipase é nomeada de triacilglicerol acil hidrolase e recebe a denominação da Comissão de Enzimas da União Internacional de Bioquímica de (E.C ). A lipase hidrolisa triglicerídeo, sendo esse o principal composto de óleo e gordura (WAKELIN & FORSTER, 1997). A especificidade da lipase representa uma grande importância para o tratamento de efluentes com alto teor de gordura. Diversas bactérias lipolíticas estão descritas na literatura: Acinetobacter sp (SUGIMORI et al. 2002), Pseudomonas aeroginosa LP 602 (MONGOGKOLTHANARUK & DHARMSTHITI, 2002), Rhodococcus rubra, Nocardia amarae, Microthrix parciella (WAKELIN & FORSTER, 1997). Para melhores resultados na degradação de lipídeos, associam-se as condições de ph, temperatura e nutrientes nos sistema de tratamento de esgoto com o microrganismo que melhor se adapta. Os microrganismos lipolíticos podem produzir uma taxa de degradação de teor de óleo e graxa no efluente de esgoto, de até 83%, quando utilizadas em consórcio de microrganismos lipolíticos (MONGOGKOLTHANARUK & DHARMSTHITI, 2002). A lipase pode ser utilizada em sistema de pré-tratamento de efluente na forma bruta ou isolada (ROBLES et al. 2000). A utilização na forma bruta consiste do uso do microrganismo lipolítico, e a forma isolada denota o uso somente da

18 1. Introdução 17 lipase produzida por esse microrganismo. A atividade lipolítica desses microrganismos é usualmente medida por espectrofotometria utilizando o substrato sintético para-nitrofenil palmitato (p-npp). A utilização da biodegradação por microorganismos lipolíticos em estações de tratamento de esgoto, e em caixas de gordura residenciais e comerciais reduz os níveis de lipídeos, o que possibilita melhores condições de operação no tratamento, além de desobstruir as tubulações, resultando no aumento da vida útil dos equipamentos (RAPP & BACKHAUS, 1992; MONGOGKOLTHANARUK & DHARMSTHITI, 2002; WAGNER & LOY, 2002; SAXENA et al., 2003). Dentro desse contexto, o presente trabalho tem por objetivo isolar e caracterizar bactérias produtoras de lipase com potencial de utilização em sistema de pré-tratamento de esgoto sanitário. Avaliar o potencial dessas bactérias na degradação de compostos lipidicos, naturalmente presentes em amostras de escuma dos dispositivos de remoção de gordura da Estação de Tratamento de Esgoto da Universidade Federal do Espírito Santo (ETE-UFES).

19 2. Objetivos 18 2 Objetivos 2.1 Objetivo Geral Essa pesquisa tem por objetivo isolar e caracterizar bactérias produtoras de lipase (lipolíticas), naturalmente presentes em amostras de escuma dos dispositivos de remoção de gordura da Estação de Tratamento de Esgoto da Universidade Federal do Espírito Santo (ETE-UFES) e avaliar o seu potencial de degradação de compostos lipidicos em escala de bancada. 2.2 Objetivos Específicos Isolar e selecionar bactérias lipolíticas da escuma de esgoto sanitário produzidos pelos dispositivos de remoção de gordura da ETE-UFES; Avaliar a atividade lipolítica das bactérias lipolíticas isoladas da escuma dos dispositivos de remoção de gordura da ETE-UFES;

20 2. Objetivos 19 Avaliar o decaimento de O&G por meio da adição dos isolados de bactérias lipolíticas no lodo UASB (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente e Manta de Lodo), em escala de bancada.

21 3. Revisão Bibliográfica Revisão Bibliográfica 3.1. Lipídeos Lipídeos são substâncias orgânicas gordurosas de origem animal e vegetal. Encontram-se distribuídos em todos os tecidos. Devido a sua hidrofobicidade são altamente solúveis em solventes orgânicos. Óleos e gorduras consistem, na sua maioria, de misturas de triacilgliceróis, também chamados de triglicerídeos. Na classe de lipídeos, os triacilgliceróis são os mais abundantes na natureza. Essas substâncias são apolares e insolúveis em água e são triésteres de glicerol com ácidos graxos. Os triacilgliceróis diferem-se de acordo com a identidade e a posição dos seus 3 resíduos de ácido graxo (Figura 3-1).

22 3. Revisão Bibliográfica 21 H H C O H C O H C O H Glicerol H H H HO O C O R 1 HO C R 21 HO C 1 R 3 O Ácido carboxílico H O H C O C R 1 H + O H C O C R H O H H C O C R 3 água H O Triacil glicerol (óleo ou gordura) Figura 3-1: Esquema ilustrativo de um triacilglicerol Óleos e gorduras diferem-se somente pelo fato de gorduras serem sólidos e óleos serem líquidos na temperatura ambiente. Os óleos vegetais são geralmente mais ricos de ácido graxos insaturados na sua cadeia carbônica que as gorduras animais. O maior conteúdo de ácido graxo saturados na cadeia carbônica da gordura animal ocasiona o seu estado sólido. Segundo Nuvolari (2003) os compostos gordurosos são raramente encontrados em águas naturais. Sua presença normalmente está associada aos despejos de efluentes em corpos d água oriundos de oficinas mecânicas, de postos de combustíveis, de algumas indústrias e de restaurantes, além de certa porcentagem existente nas fezes humanas.

23 3. Revisão Bibliográfica Lipídeos no esgoto sanitário e industrial Os Compostos gordurosos presentes no esgoto sanitário contém óleos, gorduras (graxas), ceras, e outros materiais de densidade inferior à da água. Segundo Jordão & Pessôa (2005) esses compostos gordurosos também são denominados sólidos flutuantes ou escuma. Esse termo é usado para se referir à matéria graxa, aos óleos e às substâncias semelhantes encontradas no esgoto. Os grupos de substâncias orgânicas nos esgotos sanitários são constituídos principalmente por compostos de proteínas (40 a 60%); carboidratos (25 a 50%) e óleos e gordura (10%). Na tabela 3-1 são mostradas as concentrações de óleos e graxas encontradas em efluentes de esgoto descritos. Tabela 3.1. Valores de O&G (mg/l) de alguns tipos de efluentes e os autores. Tipo de efluente Óleos e Graxas (mg/l) Referência Restaurante 98 Dharmisthiti & Kuhasuntisook (1998) Lacticínios 4680 Leal (2000) Fábrica de batata frita El-Gohary & Nasr (1999) Fábrica de sorvete 845 Hawkes et al. (1995) Esgoto sanitário von Sperling (1996) Esgoto sanitário Metcalf & Eddy (1991) Esgoto sanitário Espinosa & Stephenson (1996) Indústria têxtil Rinzema et al.(1993) Indústria têxtil Ang & Himawan (1994) A contribuição diária por habitante para o esgoto sanitário, predominantemente doméstico, encontra-se entre 10 e 30 g. A quantidade de óleos e graxas encontrada no esgoto doméstico bruto situa-se na faixa de 40 a 170 mg/l na Inglaterra e na região sudeste do Brasil. (ESPINOSA & STEPHENSON, 1996; METCALF & EDDY, 1991 e von SPERLING, 1996).

24 3. Revisão Bibliográfica Impactos dos compostos gordurosos no sistema de tratamento de esgoto A presença de óleos e graxas em grandes quantidades no esgoto sanitário provoca vários problemas tanto na rede coletora, quanto no tratamento. Estes compostos promovem uma intensa agregação de sólidos ou partículas em suspensão, gerando o entupimento de redes, dutos e reservatórios do sistema de tratamento de esgotos, mau cheiro, transbordamento de fossas e caixas de gordura (WILLEY, 2001). Óleos e graxas estão sempre presentes nos esgotos sanitários, proveniente da preparação e do uso de alimentos (óleos vegetais, manteiga, carne, entre outros). Os compostos gordurosos, em geral, não são desejáveis nas unidades de transporte e de tratamento dos esgotos, pois aderem às paredes das tubulações e provocam entupimentos, produzindo odores desagradáveis, além de diminuir as seções úteis; formam escuma, camada de matéria flutuante de compostos gordurosos, que poderá vir a comprometer o funcionamento das unidades subseqüentes de uma estação de tratamento de esgoto, como também, interferir e inibir a vida biológica e ocasionar problemas de manutenção (JORDÃO & PESSÔA, 2005). O lipídeo presente no efluente tem baixa degradabilidade, representando problemas nos processos biológicos anaeróbios e aeróbios do sistema de tratamento de esgoto; podendo ainda levar ao desenvolvimento de odores e se solidificar, causando danos operacionais (CAMMAROTA et al., 2001; LEAL et al., 2000; JUNG et al., 2002). No tratamento de compostos gordurosos os lipídeos representam em torno de 50% da DQO (Demanda Química de Oxigênio) do resíduo (RAJEAHWARI et al., 2000).

25 3. Revisão Bibliográfica A legislação brasileira Um maior rigor nos padrões de descarte de águas residuárias por parte das leis federais e estaduais visa a minimizar o impacto ambiental em corpos d água, principalmente de efluentes com elevado teor de lipídeos, seja doméstico e ou industrial. Segundo a Resolução n 357 de 2005 CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente), os efluentes de qualquer fonte poluidora somente podem ser lançado em corpos d água caso atendam o limite de até 20 mg/l para óleos minerais e de até 50 mg/l para óleos vegetais e gorduras animais. A Norma Brasileira Registrada NBR 9800/1988, estabelece critérios para lançamento de efluentes líquidos não domésticos no sistema coletor público de esgoto sanitário de 100 mg/l de O&G Tratamento de efluentes O lançamento de efluentes não tratados tem sido a causa de sérios danos ao meio ambiente e à saúde publica devido à deterioração dos corpos d água receptores. Os custos dos métodos de tratamento disponíveis para se atingir padrões estabelecidos pela legislação são elevados e os investimentos nesta área são baixos, como em muitos paises em desenvolvimento (CHERNICHARO, 1997). As questões ambientais têm alcançado importância crescente nos últimos anos. A poluição do meio ambiente tornou-se assunto de grande interesse mundial. Não apenas os países desenvolvidos vêm sendo afetados pelos problemas ambientais, mas também, as nações em desenvolvimento começam a sofrer graves impactos da poluição (FREEDMAN, 1995).

26 3. Revisão Bibliográfica 25 Os processos convencionais de tratamento de efluentes utilizam os microrganismos que se desenvolvem naturalmente no sistema. A questão do pré-tratamento eficiente é essencial para efluentes ricos em gorduras devido aos problemas que a gordura promove em sistemas de rede de esgoto. Técnicas de pré-tratamento como dispositivos de remoção de gordura e flotadores são comumente utilizados embora com baixa eficiência (MASSE et al., 2001). O processo de tratamento físico-químico de efluentes, os resíduos gerados como o flotado (escuma), normalmente são lançados em aterros sanitários tornando-se um outro tipo de poluição ambiental. A flotação tem como objetivo separar as gorduras e a parte dos sólidos em suspensão, conduzindo o efluente, com um menor teor de gordura, para o tratamento secundário (biológico). Alguns autores sugerem a biodegradação deste tipo de resíduo anaerobicamente ou aerobicamente através de culturas de microrganismos que degradem lipídeos (MONGKOLTHANARUK & DHARMISTHITI, 2002). Embora a hidrólise (síntese de ésteres e reação de interesterificação de lipídeos) através de lipases seja um processo bem conhecido, a tendência dos estudos recentemente está voltada para quebra de gorduras através da utilização de lipases microbianas no esgoto (KOLOSSVÁRY, 1996; BOUWER et al., 1997, MALCATA et al., 1992). A lipase catalisa a hidrólise completa de vários óleos naturais em ácidos graxos e glicerol, assim como a hidrólise de gordura animal (FADILOGLU & SOYLEMEZ, 1997). Poucos trabalhos propondo a utilização de lipases como pré-tratamento de efluentes estão descritos na literatura, entretanto, algumas dessas pesquisas sugerem aplicações da hidrólise no pré-tratamento de efluente rico em gordura para redução do tamanho das partículas de gordura acelerando o posterior tratamento anaeróbio do efluente (MASSE et al., 2001; LEAL et al., 2000; PEREIRA, 2004).

27 3. Revisão Bibliográfica Dispositivo de remoção de gordura A necessidade da remoção da gordura contida nos esgotos está condicionada aos problemas que esse material traz às unidades de um sistema de esgoto sanitário, como: evitar obstruções dos coletores e o acúmulo nas unidades de tratamento provocando odores desagradáveis e prejudicar o funcionamento dos dispositivos de tratamento e evitar aspectos desagradáveis nos corpos receptores (NUNES, 1996). O tratamento de efluentes pode ser por métodos físicos, químicos ou biológicos. Um dos métodos físico de pré-tratamento encontrado em residências, comércios e indústrias são os dispositivos de remoção de gordura. Esses permitem a separação da gordura por retirada manual ou por meio de raspadores na superfície visto que compostos oleosos não são miscíveis com a água e têm peso especifico menor, portanto tendem a flutuar na superfície (GLAZER & NIKAIDO, 1995; NUNES, 1996). O funcionamento dos dispositivos de remoção de gordura está condicionado às mesmas leis que regem os fenômenos de sedimentação de sólidos, apenas se processando em sentido inverso. O dispositivo de remoção de gordura, denominado simplesmente de caixa de gordura é classificado em função de sua localização. E esse dispositivo recebe nomes específicos de acordo com o tipo de matéria flutuante a ser removida, segundo Jordão & Pessôa (2005): Caixa de gordura domiciliar: normalmente recebe esgoto de cozinhas e situada na própria instalação predial de esgoto. Caixa de gordura coletiva: é unidade de maior porte e podem atender conjuntos de residências, indústrias.

28 3. Revisão Bibliográfica 27 Dispositivo de remoção de gordura em decantadores: são dispositivos adaptados nos decantadores, geralmente, primários, que recolhe o material flutuante para ser encaminhado às unidades de tratamento de lodo. Tanques aerados por ar comprimido: são dotados de dispositivos que insufla ar comprimido ao tanque, com a finalidade de permitir a remoção de matéria oleosa por flotação. Separadores de óleo: são destinados para efluente rico em compostos oleosos, geralmente, de indústrias ou refinarias. Tanques de flotação por ar dissolvido: renovem a matéria graxa e oleosa, e mesmo os sólidos em suspensão, através da insuflação de ar dissolvido ao esgoto, com ou sem previa coagulação e floculação. Segundo Laubscher et al. (2001), a constituição da escuma depende fundamentalmente das características do esgoto bruto. A escuma é um dos subprodutos sólidos, constituído geralmente de materiais flotáveis não degradados, gerados durante o tratamento de águas residuárias, e de forma geral, pode ser definida como uma camada de material flutuante que se desenvolve na superfície de reatores. O peso específico da escuma é inferior a 1,0 e geralmente em torno de 0,95. De acordo com Metcalf & Eddy (1991) a escuma pode ser constituída de gordura, óleos, ceras, sabões, restos de comida, cascas de frutas e vegetais, cabelos, papel, algodão, pontas de cigarros, materiais plásticos, partículas de areias e materiais similares. Conforme Jordão & Pessôa (2005), os dispositivos de remoção de gordura deverão ter condições favoráveis à retenção de gordura e a sua subseqüente remoção. Sendo assim, algumas características deverão ser adotadas: capacidade de acumulação de gordura entre cada limpeza; condições de

29 3. Revisão Bibliográfica 28 tranqüilidade hidráulica; dispositivos de entrada e saída do efluente para que este escoe normalmente, distâncias entre os dispositivos de entrada e saída suficiente para reter a gordura e evitar que esse material seja arrastado com o efluente, condições de vedação suficiente para evitar o contato com animais. O dispositivo de remoção de gordura é dimensionado para reter a vazão afluente, durante o período pré-determinado, ou em função de um número estimado de refeições preparadas. Pode-se também estabelecer o cálculo para área do dispositivo em função da velocidade mínima de ascensão, que é a velocidade correspondente à menor partícula que se deseja reter em um determinado grau de remoção. A operação dos dispositivos se resume na limpeza e remoção da gordura (JORDÃO & PESSÔA, 2005). O dispositivo de remoção de gordura pode ser aplicado a efluentes domésticos e industriais. O custo de implantação é baixo, assim como a operação e a manutenção. A estação experimental de Tratamento de Esgoto da UFES utiliza os dispositivos de remoção de gordura dos modelos convencional e com placas, denominados de modelos 1 (Figuras 3-2, 3-3) e 2 (Figuras 3-4 e 3-5), respectivamente, para possibilitar a retenção e remoção de gorduras. A ETE- UFES localiza-se no Campus Goiabeiras, Vitória-ES e atende uma população de 1000 habitantes, operando a uma vazão média de 1,0 L s -1. O esgoto sanitário recebido na ETE é proveniente do bairro Jardim da Penha, adjacente ao Campus de Goiabeiras. O esgoto bruto é bombeado da estação elevatória, localizada em Jardim da Penha, e operado pela Companhia Espírito Santense de Saneamento (CESAN) para a ETE-UFES.