ACLIMATAÇÃO DE CULTURA MISTA EM LÍQUIDO PERCOLADO PROVENIENTE DE ATERRO SANITÁRIO APÓS PROCESSO OXIDATIVO AVANÇADO

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1 ACLIMATAÇÃO DE CULTURA MISTA EM LÍQUIDO PERCOLADO PROVENIENTE DE ATERRO SANITÁRIO APÓS PROCESSO OXIDATIVO AVANÇADO 1 Arthur Bernardes dos Santos, 2 Arinan Dourado Guerra Silva, 3 Vicelma Luiz Cardoso, 3 Márcia Gonçalves Coelho 1 Discente do curso de Engenharia Química da UFU/MG 2 Bolsista de Iniciação Científica PIBIC/CNPq/UFU, discente do curso de Engenharia Química da UFU/MG 3 Professora da Faculdade de Engenharia Química da UFU/MG. 1,2,3 Faculdade de Engenharia Química da Universidade Federal de Uberlândia. Av João Naves de Ávila, 2121, Bloco 1K, Campus Santa Mônica, Uberlândia - MG, CEP vicelma@ufu.br RESUMO - Neste artigo foi avaliado o processo de adaptação de uma cultura mista (C 1 ) a ser utilizada no tratamento biológico de efluente proveniente de um reator solar onde foi tratado, através de um processo físico-químico empregando Fenton/foto-Fenton, o líquido percolado do aterro sanitário da cidade de Uberlândia-MG. Devido a recalcitrância do efluente, foi adicionado ao mesmo extrato de levedura visando melhorar as condições nutricionais do resíduo. A adaptação dos microrganismos foi realizada através de repiques sucessivos em reatores anaeróbios, empregando a redução contínua de extrato de levedo, avaliando-se como resposta a concentração de microrganismos e a remoção de carbono orgânico total (COT). Com os testes preliminares foi possível determinar que o melhor tempo de biodegradação para repiques consecutivos era de 96 horas. O procedimento adotado para a adaptação da cultura mista C 1 ao efluente mostrou-se satisfatório com crescimento dos microrganismos e remoção de DQO em torno de 50% após cada repique, inclusive no final da adaptação quando se utilizou o efluente puro (sem adicionar o extrato de levedura). Palavras-Chave: adaptação de culturas mistas, chorume, tratamento biológico anaeróbio. INTRODUÇÃO Atualmente a quantidade de resíduos sólidos que a sociedade produz é uma das fontes indiscutíveis de deterioração ambiental. O crescimento populacional e a conseqüente expansão do processo produtivo e do consumo constituem os fatores globais que explicam a crescente produção de lixo nas cidades. Conseqüentemente surge a necessidade de tratar esses resíduos, muitas vezes formados por materiais tóxicos e de difícil biodegradação. A disposição do lixo urbano em aterros sanitários é viável técnica e economicamente e, quando bem executada, torna-se uma boa solução para os países em desenvolvimento, como é o caso do Brasil (Bidone et al., 1997). No entanto, a instalação de aterros sanitários deve ser realizada em áreas criteriosamente escolhidas, levando-se em consideração a condição das águas do local, para que se possa evitar a possibilidade de contaminação do aqüífero. Esta situação somente será atendida se forem observadas as condições de absorção do solo, além da correta disposição dos resíduos e do tratamento dos líquidos percolados provenientes do aterro sanitário (Santos, 2003). A contaminação ambiental ocorre, principalmente, devido aos resíduos orgânicos e inorgânicos e produtos químicos tóxicos presentes no efluente residual, que é produzido quando água e outros líquidos percolam resíduos sólidos, depositados em aterros sanitários e/ou aterros industriais (Barbosa et al., 1999), comumente chamado de chorume. Estes líquidos percolados, ou chorume, que apresentam alto poder de poluição e toxicidade, necessitam de um tratamento adequado antes do seu descarte em um corpo receptor, segundo os padrões de lançamento descritos pela legislação reguladora vigente (Ferreira et al., 2001). Em diversos estudos referentes à tratabilidade dos líquidos percolados, os pesquisadores têm explorado uma série de diferentes opções de tratamento, incluindo métodos de tratamento químico, físico-químico e biológico. Com relação ao tratamento anaeróbio, nos últimos anos, diversas instituições têm se dedicado a trabalhos de pesquisa fundamental e aplicada, tendo contribuído significativamente, para a evolução e para uma maior disseminação desta tecnologia de tratamento no Brasil. Em decorrência da ampliação de conhecimento na área, os sistemas anaeróbios de tratamento de efluentes, passaram a ocupar uma posição de destaque, não só em nível mundial, mas principalmente, em nosso país (Chernicharo, 1997; Zaiat et al., 1997). No caso particular de utilização do processo de VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica 27 a 30 de julho de 2009 Uberlândia, Minas Gerais, Brasil

2 tratamento anaeróbio em líquido percolado de aterro sanitário, devido à grande variação de composição do mesmo, há uma redução da eficiência do processo, sendo muitas vezes necessária uma etapa anterior ao mesmo, como por exemplo, um processo oxidativo avançado (Dezotti e Russo, 1997). Geralmente, o tratamento de líquidos percolados de aterros mais antigos necessita de metodologias mais avançadas para remoção de compostos orgânicos de difícil biodegradação (Ince, 1988). O objetivo deste estudo foi de promover a adaptação de uma cultura mista (C 1 ) a ser utilizada no tratamento biológico de efluente proveniente de aterro sanitário (chorume), após tratamento físicoquímico empregando processo Foto-Fenton, empregando a técnica de repiques sucessivos com concentrações decrescentes de extrato de levedo. Matéria-Prima MATERIAIS E MÉTODOS O resíduo líquido para tratamento biológico consistia do efluente de um reator solar onde foi tratado, através de um processo físico-químico empregando Fenton/Foto-Fenton, o líquido percolado de aterro sanitário da cidade de Uberlândia-MG. O efluente era armazenado em galões de 5 litros, sob refrigeração a 4 ± 1 o C. Fonte de Microrganismos Para o desenvolvimento deste estudo foi utilizada uma cultura mista denominada de C 1. Esta cultura C 1 era proveniente do tratamento biológico de efluente de terminais terrestres de distribuição de combustíveis, contaminados com gasolina e óleo diesel. Alguns microorganismos foram isolados e identificados por Vieira et al. (2007). A motivação para a utilização desta cultura deveu-se aos bons resultados obtidos por Vieira et al. (2007, 2009a e 2009b), utilizando o efluente acima mencionado, que é constituído por um amplo número de compostos, sendo vários deles altamente recalcitrante. Preparação do Inóculo Para a manutenção do inóculo em frascos de penicilina de 50 ml foram adicionados 20 ml do inóculo e 20 ml do efluente proveniente do processo oxidativo após correção do ph 7 ± 0,2. Neste efluente foi adicionado fertilizante superfosfato simples (marca Bunge) de modo a obter a concentração final de fósforo de 0,4 g/l e 2 g/l de extrato de levedura (Vieira, 2008). Não foi adicionado nitrogênio devido à alta concentração do mesmo no efluente gerado no reator solar (após processo oxidativo). Os frascos de penicilina lacrados eram colocados em mesa agitadora com velocidade de rotação de 120 rpm à temperatura ambiente de 26 ± 3 o C, durante 96 horas. As culturas foram mantidas a 4 ± 1 o C. Adaptação da Cultura ao Efluente A adaptação foi realizada em frasco de penicilina de 50 ml lacrados, em mesa agitadora com velocidade de rotação de 120 rpm à temperatura ambiente de 26 ± 3 o C. Inicialmente foram realizados testes preliminares visando determinar o melhor tempo a ser adotado para cada repique e o procedimento a ser adotado na aclimatação da cultura. No primeiro teste adicionou-se em cada frasco de penicilina de 50 ml: 15 ml de inóculo, 15 ml de esgoto doméstico e 15 ml de efluente. A este sistema foi adicionado também 2 g/l de extrato de levedura e 0,4 g/l de fósforo na forma de superfosfato simples (marca Bunge). No segundo teste preliminar, acrescentou em cada frasco de 50 ml de penicilina: 15 ml de inóculo, 30 ml de efluente, extrato de levedura de forma a obter a concentração final de 4 g/l e 0,4 g/l de fósforo na forma de superfosfato simples. A adição de extrato de levedo foi adotada, porque se acreditava que este efluente poderia possuir compostos bastante recalcitrantes, já que ele era proveniente de um tratamento oxidativo. Assim a adição deste composto teve como objetivo suprir as necessidades nutricionais dos microrganismos visando uma adaptação lenta com a redução gradual do mesmo. Nesta etapa adotaram-se três tempos de operação no bioreator: 72h, 96h e 168h. Através do teste preliminar selecionou-se o tempo de repique e o procedimento a ser adotado na aclimatação da cultura, conforme descrito nos resultados. Análises Quantitativas Quantificação do carbono orgânico total: A metodologia e as condições operacionais empregadas na análise de carbono orgânico total (COT) estão de acordo com Apha (1998), gentilmente realizada pelo Instituto de Química da Universidade Federal de Uberlândia-MG. Esta análise foi realizada através da técnica de combustão catalítica a alta temperatura, empregando o aparelho Rosemount Analytical Dohrmann Division, modelo DC-190. Quantificação do crescimento de biomassas: O crescimento celular das culturas estudadas ao longo do processo foi avaliado pela técnica de massa seca. Após a retirada de 20 ml de amostra do reator, esta foi centrifugada a rpm por 20 minutos, as células precipitadas foram separadas do sobrenadante e lavadas. Após

3 3 lavagens consecutivas, a biomassa foi transferida para béqueres de 50 ml e levados à estufa e mantidos a 90 ± 1 C, até peso constante. RESULTADOS A etapa de adaptação dos microrganismos ao efluente foi extremamente importante para selecionar linhagens de microrganismos com capacidade de biodegradar os compostos constituintes do efluente, bem como aumentar o potencial dos mesmos em degradar esses compostos. Neste caso, a adaptação ou aclimatação foi obtida por intermédio da exposição dos microrganismos de forma lenta ao efluente com quantidades decrescente de extrato de levedo, dando-lhe tempo e condições que permitisse o rearranjo enzimático ou, no caso de cultura mista, atingirem a proporção ideal entre as várias populações presentes. Por isso, tornou-se necessário uma adaptação lenta. Segundo Spain e Van Veld (1983), os efeitos da adaptação podem ser bem pronunciados quando há a pré-exposição dos microrganismos envolvidos no processo de biorremediação. A Tabela 1 e a Figura 1 apresentam as etapas experimentais empregada na adaptação da cultura mista, que foram acompanhadas pela eficiência de remoção de COT e pelo crescimento microbiano. O critério de redução na concentração de extrato de levedura foi relacionado com a eficiência de remoção de COT de até 50%. Os resultados dos testes preliminares, apresentados na Tabela 1 mostram que após 96 horas de operação não houve aumento significativo na remoção e nem no crescimento dos microrganismos. Porém verificou-se que no experimento em que se adicionou o esgoto doméstico houve maior crescimento da cultura e a remoção de COT foi um pouco maior. O maior crescimento da cultura pode ter ocorrido devido aos microrganismos presentes no esgoto que contribuíram para o crescimento da biomassa. Porém resolveu-se adotar o processo de aclimatação sem adição do esgoto doméstico devido aos prováveis constituintes do esgoto que poderiam comprometer o processo de adaptação da biomassa e de remoção da carga orgânica. Assim iniciaram-se os repiques adotando-se o tempo de repique de 96 horas e a adição de 4 g/l de extrato de levedo ao efluente. Tabela 1 - Adaptação da cultura mista, em função das respostas: eficiência de remoção de COT e crescimento microbiano nas etapas de testes preliminares e dos repiques. Tempo - Remoção Tempo - Biomassa Concentração de Experimentos de COT (g/l) extrato de levedura 1 o 72 h - 39% 72 h - 1,1 teste 2 g/l e 96 h - 51,3% 96 h 1,3 preliminar esgoto sanitário 168 h - 52% 168 h 1,3 2 o teste preliminar 72 h - 36,8% 96 h - 49% 168 h - 50% 72 h 0,9 96 h 1,1 168 h 1,1 4 g/l 1 o repique 96 h - 28,9% 96 h 1,0 2,0 g/l 2 o repique 96 h - 41,6% 96 h - 1,25 2,0 g/l 3 o repique 96 h - 51,6% 96 h - 1,41 2,0 g/l 4 o repique 96 h - 35,0% 96 h - 1,23 1,0 g/l 5 o repique 96 h - 50,0% 96 h - 1,52 1,0 g/l 6 o repique 96 h - 37,5% 96 h - 1,43 0,5 g/l 7 o repique 96 h - 51,7% 96 h - 1,78 0,5 g/l 8 o repique 96 h - 40,9% 96 h - 1,85 0 g/l 9 o repique 96 h - 51% 96 h - 2,08 0 g/l 10 o repique 96 h - 51,5% 96 h - 2,08 0 g/l *Concentração inicial de microrganismos igual a 0,3 g/l. O tempo de operação do bioreator foram de 72h, 96h e 168h.

4 B io m assa (g /L ) 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 72 h 96 h 168 h tes te 1 tes te 2 repique 1 repique 2 repique 3 repique 4 repique 5 repique 6 repique 7 repique 8 repique 9 repique 10 Experimentos Figura 1 - Concentração de biomassa em cada um dos repiques efetuados na etapa de aclimatação. A Tabela 1 mostra que os repiques eram repetidos até atingir uma remoção próxima de 50% de COT. Quando esta remoção era alcançada diminuía-se a quantidade da concentração de extrato de levedo para a metade do valor anterior. Foram realizados dez repiques e a aclimatação durou aproximadamente 6 meses, porque houve repique que foi repetido várias vezes. Pode-se observar que no primeiro repique ocorreu a menor remoção e crescimento de biomassa. Além disso, foi necessário vários repiques com 2 g/l de extrato de levedo (na tabela são apresentados três) na tentativa de melhor adaptar os microrganismos responsáveis pelo processo de biodegradação e obter a remoção de COT maior do que 50%. Este fato pode estar relacionado com a maior redução na concentração de extrato de levedura que passou de 4 g/l para 2 g/l, pois esse composto é importante para o crescimento da biomassa e pode torná-la mais apta a consumir os compostos presentes no efluente. Pode-se observar pela Figura 1, que o procedimento adotado na aclimatação possibilitou a adaptação dos microrganismos presentes na cultura C 1. Pois, foi observado nos repique sucessivo um aumento na concentração de biomassa. Com a aclimatação foi possível obter remoção de COT em torno de 50% e observou-se o crescimento da biomassa em todos os repiques, empregando efluente gerado em reator solar, utilizando o processo oxidativo com Fenton/Foto- Feton de líquido percolado de aterro sanitário. A aclimatação é uma etapa crucial para a seleção dos microrganismos mais resistentes e com maior capacidade metabólica em biodegradar contaminantes. Por isso, é necessário estabelecer com critério as condições operacionais desta etapa, que será responsável pela sustentação de estudos subsequentes. CONCLUSÕES Com os testes preliminares foi possível determinar que o melhor tempo de biodegradação para repiques consecutivos era de 96 horas. O procedimento adotado para a adaptação da cultura mista C 1 ao efluente, proveniente de um reator solar onde ocorreu o tratamento oxidativo utilizando Fenton/Foto-Fenton do líquido percolado do aterro sanitário da cidade de Uberlândia-MG, mostrou-se satisfatório com crescimento dos microrganismos e remoção de COT em torno de 50% após os repique, inclusive empregando o efluente puro, apenas com a correção na concentração de fósforo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APHA, Standard methods for the examination of water and wastewater. Edited by A.E. Greenberg, L.S. Clesceri, and A.D. Eaton. 20th ed. American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation, Wash. BARBOSA, R.M., OTERO, O.M.F., ARGOLO, J.L., QUEIROZ, A.F., SANTOS, V.L.S., OLIVEIRA, O.M.C., O Chorume dos Depósitos de Lixo Urbanos: Composição, Evolução, Diluição, Extensão, Processos, Poluição e Atenuação, Revista Baiana de Tecnologia, 14 (1), BIDONE, F.R.A., POVINELLI, J., COTRIM, S.L.S., Tratamento de lixiviado de aterro sanitário através de filtros percoladores. Anais do 19 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. CHERNICHARO, C.A.L., Reatores anaeróbios. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental/UFMG, Belo Horizonte. 246p. DEZOTTI, M., RUSSO, C., Teste de Toxicidade e Tratamento Primário de Efluentes. In: Técnicas de Controle Ambiental em Efluentes Líquidos - Apostila. FERREIRA, J.A., GIORDANO, G., RITTER, E., ROSSO, T.C.A., CAMPOS, J.C., LIMA, P.Z.M., Uma Revisão das Técnicas de Tratamento de Chorume e a Realidade do Estado do Rio de Janeiro. Anais do 21 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitaria e Ambiental, p INCE, N.H., Critical Effect of Hydrogen Peroxide in Photochemical Dye Degradation, Water Research, 33 (4), SANTOS, L.P., Avaliação dos Processos de Ozonização e Oxidação com Reagente de Fenton no Tratamento de Líquidos Percolados provenientes do Aterro Sanitário de

5 Uberlândia-MG, PPGEQ/Faculdade de Engenharia Química da UFU, Uberlândia-MG. (Dissertação de Mestrado). 153p. SPAIN, J.C., VAN VELD, P.A., Adaptation of Natural Microbial Communities to Degradation of Xenobiotic Compounds: Effects of Concentration, Exposure Time, Inoculum, and Chemical Structure, Applied and Environ Microb, 45, VIEIRA, P.A., VIEIRA, R.B., DE FRANÇA, F.P., CARDOSO, V.L., Biodegradation of effluent contaminated with diesel fuel and gasoline, Journ. Hazard. Mat., 140, VIEIRA, P.A., Biotratamento de efluente contaminado por hidrocarbonetos de petróleo. PPGEQ/Faculdade de Engenharia Química da UFU, Uberlândia-MG. (Tese de Doutorado). VIEIRA, P.A., VIEIRA, R.B., FARIA, S., RIBEIRO, E.J., CARDOSO, V.L., 2009a. Biodegradation of oil diesel and gasoline contamined effluent employing intermittent aeration, Journ. Hazard. Mat., 168, VIEIRA, P.A., FARIA, S.R., VIEIRA, R.B., de FRANÇA, F.P., CARDOSO, V.L., 2009b. Statistical analysis and optimization of nitrogen, phosphorus and inoculum concentrations for the biodegradation of petroleum hydrocarbons by response surface methodology, World J. Microbiol Biotechnol., 25, ZAIAT, M., VIEIRA, L.G.T., CABRAL, A.K.A., NARDI, I.R., VELA, F.J., FORESTI, E., Reator anaeróbio horizontal de leito fixo para tratamento de águas residuárias. In: III Curso de tratamento biológico de resíduos. Santa Catarina, Florianópolis: UFSC. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o apoio financeiro do CNPq e da FAPEMIG (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais) Brasil, recebido através do Projeto TEC 0623/06.