Biofilme Coco

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SRIE TECNOLOGIA AMBIENTALUtilizao da fibra da casca de coco verde como suporte para a formao de biofilme visando o tratamento de efluentes

PRESIDNCIA DA REPBLICA

Luiz Incio Lula da SilvaJos Alencar Gomes da Silva Vice-Presidente MINISTRIO DA CINCIA E TECNOLOGIA Srgio Machado Rezende Ministro da Cincia e Tecnologia Luiz Antonio Rodrigues Elias Secretrio-Executivo Luiz Fernando Schettino Secretrio de Coordenao das Unidades de Pesquisa CETEM CENTRO DE TECNOLOGIA MINERAL Ado Benvindo da Luz Diretor do CETEM Antnio Rodrigues Campos Coordenador de Apoio Micro e Pequena Empresa Arnaldo Alcover Neto Coordenador de Anlises Minerais Joo Alves Sampaio Coordenador de Processos Minerais Jos da Silva Pessanha Coordenador de Administrao Ronaldo Luiz Correa dos Santos Coordenador de Processos Metalrgicos e Ambientais Zuleica Carmen Castilhos Coordenadora de Planejamento, Acompanhamento e Avaliao

S RIE T ECNOLOGIA A MBIENTALISSN 0103-7374 STA- 51 ISBN 978-85-61121-46-4

Utilizao da fibra da casca de coco verde como suporte para a formao de biofilme visando o tratamento de efluentesBianca de Souza Manhes de Azevedo Bacharel em Qumica, M.Sc. Andra Camardella de Lima Rizzo Engenheira Qumica, D.Sc., Tecnologista Pleno do CETEM/ MCT Selma Gomes Ferreira Leite Engenheira Qumica, D.Sc., Professora Titular do Depto. Engenharia Bioqumica da Escola de Qumica/UFRJ Luis Gonzaga dos Santos Sobral Engenheiro Qumico, Ph.D., Pesquisador Titular do CETEM/ MCT Danielle Reichwald Biloga, Bolsista PCI do CETEM/MCT Gustavo Mendes Walchan Engenheiro QumicoCETEM/MCT 2008

S RIE T ECNOLOGIA A MBIENTALLuis Gonzaga Santos Sobral Editor Andra Camardella de Lima Rizzo Subeditora CONSELHO EDITORIALMarisa Bezerra de M. Monte (CETEM), Paulo Sergio Moreira Soares (CETEM), Saulo Rodrigues P. Filho (CETEM), Silvia Gonalves Egler (CETEM), Vicente Paulo de Souza (CETEM), Antonio Carlos Augusto da Costa (UERJ), Ftima Maria Zanon Zotin (UERJ), Jorge Rubio (UFRGS), Jos Ribeiro Aires (CENPES), Luis Enrique Snches (EPUSP), Virginia Sampaio Ciminelli (UFMG). A Srie Tecnologia Ambiental divulga trabalhos relacionados ao setor mnero-metalrgico, nas reas de tratamento e recuperao ambiental, que tenham sido desenvolvidos, ao menos em parte, no CETEM. O contedo desse trabalho de responsabilidade exclusiva do(s) autor(es). Thatyana Pimentel Rodrigo de Freitas Coordenao Editorial Vera Lcia Esprito Santo Souza Programao Visual Mnica Regina de A. Lima Editorao Eletrnica

Utilizao da fibra da casca de coco verde como suporte para a formao de biofilme visando o tratamento de efluentes / Bianca de Souza M. de Azevedo et al. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2008. 140p. (Srie Tecnologia Ambiental, 51) 1. Casca de coco verde. 2. Biofilmes. 3. Tratamento de efluentes I. Centro de Tecnologia Mineral. II. Azevedo, Bianca de Souza Manhes. III. Rizzo, Andra Camardella de Lima. IV. Ferreira Leite, Selma Gomes. V. Sobral, Luiz Gonzaga dos Santos. VI. Reichwald, Danielle. VII. Walchan, Gustavo Mendes. VIII. Srie ISBN 978-85-61121-46-4 ISSN 0103-7374 CDD 628.3

SUMRIORESUMO ____________________________________________ 7 ABSTRACT __________________________________________ 9 1 | INTRODUO _____________________________________ 11 2 | OBJETIVOS _______________________________________ 13 2.1 | Objetivo Geral_________________________________ 13 2.2 | Objetivos Especficos __________________________ 13 3 | REVISO BIBLIOGRFICA __________________________ 14 3.1 | Tipos de sistemas de tratamento aerbio __________ 16 3.2 | Biofilme ______________________________________ 32 3.3 | Metais pesados _______________________________ 41 3.4 | O Coco ______________________________________ 50 4 | MATERIAIS E MTODOS ____________________________ 61 4.1 | Fibra e P de coco empregado nos experimentos ___ 61 4.2 | Avaliao preliminar da fibra e p de coco _________ 62 4.3 | Caracterizao fsica da fibra ____________________ 65 4.4 | Efluente ______________________________________ 68 4.5 | Sistema experimental __________________________ 71 4.6 | Teste realizados _______________________________ 74 4.7 | Monitoramento do sistema ______________________ 79 5 | RESULTADOS E DISCUSSO ________________________ 87 5.1 | Avaliao preliminar da fibra e p de coco _________ 87

5.2 | Sistema experimental __________________________ 91 6 | CONCLUSES ___________________________________ 126 7 | SUGESTES _____________________________________ 128 BIBLIOGRAFIA _____________________________________ 129 ANEXO A - TABELA _________________________________ 136

RESUMODiferentes tecnologias vm sendo empregadas no tratamento de efluentes tanto industriais quanto domsticos. Pode-se destacar na biotecnologia ambiental a utilizao de suportes para adeso de microrganismos e formao de biofilme com capacidade para remover poluentes orgnicos e inorgnicos presentes nos efluentes. Por este motivo, o estudo acerca de novos tipos de suporte para crescimento de biofilme tem sido amplamente realizado empregando materiais como: polmeros, cermicas, pedra brita, casca de arroz e casca de coco, destacando-se, esse ltimo, como um material promissor, visto que um resduo de baixo custo e encontrado com facilidade. Outra questo ambiental importante a contaminao por efluentes com metais pesados. Os despejos de efluentes industriais constituem as principais fontes de contaminao das guas dos rios. Neste cenrio, importante ressaltar a contribuio das indstrias mnero-metalrgicas no descarte de resduos contendo, principalmente, cdmio entre outros metais pesados. No presente estudo foram realizados 4 testes em colunas de acrlico recheadas com fibra de coco, sendo as mesmas alimentadas apenas com o afluente coletado no Centro de Tratamento Experimental de Esgoto (CETE- UFRJ) e com o mesmo artificialmente contaminado com cdmio (10 mg/l). Foram realizadas anlises de DQO (demanda qumica de oxignio), DBO (demanda bioqumica de oxignio), fosfato e/ou fsforo, nitrognio amoniacal e/ou nitrognio kjeldahl total (NKT) e nitrato, tanto no afluente quanto no efluente. Foi, tambm, realizada a quantificao microbiana do biofilme formado sobre a fibra e anlises, por microscopia eletrnica de varredura

(MEV), difrao de raios-X e fluorescncia de raios-X da fibra de coco. O sistema proposto apresentou desempenho satisfatrio com relao remoo de DQO e DBO, em ambos os sistemas, com e sem a presena do metal, obtendo-se 70% e 65% para a remoo de DQO nas colunas sem e com cdmio, respectivamente; e 60% de remoo de DBO em ambas as colunas. Os valores de concentrao obtidos, para esses parmetros (70mg/L e 76mg/L de DQO no efluente sem e com esse metal, respectivamente, e 35mg/L e 36mg/L de DBO no efluente sem e com cdmio, respectivamente), esto dentro do limite de descarte estabelecido pela legislao ambiental. No houve remoo significativa dos nutrientes analisados, havendo a necessidade de um tratamento posterior para a remoo dos mesmos. Com relao remoo de cdmio (56%, representando 2,0mg/L de cdmio no efluente), esta no foi suficiente para atender a legislao para o descarte. No entanto, outros testes devem ser realizados para confirmao da cintica envolvida nesse processo. Palavras-chave Fibra da casca de coco, efluente e cdmio

ABSTRACTDifferent technologies have been used for treating industrial and domestic wastewater. One can emphasize on environmental biotechnology the use of supports for adhesion of microrganismos and biofilm growth with capacity to remove pollutants so as to treat wastewater, as it also has the capacity to remove organic and inorganic pollutants-bearing wastewater. For this reason, the study about new kinds of supports for the biofilm to grow have been widely used, such as: polymer, ceramic, crushed stone, rice husk and coconut husk, emphasizing the last one as a promising material, as it is low cost and very easily to find waste. Another very concerning environmental problem is the contamination of wastewater with heavy metal. The dumping of industrial wastewater are the main sources of river water contamination. In this scenario, it is important to point out the contribution of the Mineral and Metallurgical sectors on disposing waste containing mainly cadmium and others heavy metals. In the present study, 4 tests were accomplished using Perspex glass columns filled with coconut fibber, being them fed only with wastewater from the Centre of Experimental Sewer Treatment (CETE-UFRJ), and artificially contaminated with cadmium. The analysis of COD (chemical oxygen demand), BOD (biochemical oxygen demand), phosphate and/or phosphorus, ammonium nitrogen, and/or total kjeldahl nitrogen (TKN), and nitrate had been made. It was, also, accomplished the microbial quantification of the biofilm formed on the fibber, and analyses of scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction, X-ray fluorescence of the coconut fibber.

The proposed system has presented a satisfactory performance regarding the removal of COD and BOD in both systems, with and without the presence of cadmium, removing 70% and 65% of COD, for the columns with and without cadmium, respectively, and 60% of BOD removal on both columns. The value of concentration obtained for those parameters (70mg/L and 76mg/L of COD on the wastewater with and without the metal, respectively, and 35mg/L and 36mg/L of BOD for the wastewater with and without metal, respectively), are within the safer disposal limit established by the Brazilian environmental legislation. As there was no significant removal of the analyzed nutrients, a further treatment is necessary for their removal. With regards to cadmium removal (56%, representing 2.04mg/L of cadmium in wastewater), it wasnt obtained the maximum concentration permitted by the legislation for disposing such effluent. However, further tests must be accomplished to confirm the kinetics involved in that process. Keywords Fiber of coconut, wastewater and cadmium

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1 | INTRODUOCom o crescimento populacional, a gerao de esgoto domstico e industrial tem aumentado consideravelmente. Muitas vezes, essas guas residuais so lanadas diretamente nos rios, contribuindo, cada vez mais, para a poluio do meio ambiente. Essas guas residuais (efluentes) ao serem despejados nos corpos receptores causam alterao na qualidade da gua e, conseqentemente, aceleram sua deteriorao. Historicamente, o desenvolvimento urbano e industrial ocorreu ao longo dos rios devido disponibilidade de gua para abastecimento e a possibilidade de utilizar o rio como corpo receptor dos dejetos. Um fato preocupante o aumento das populaes e das atividades industriais e o nmero de vezes que um mesmo rio recebe dejetos urbanos e industriais, abastecendo em seguida uma prxima cidade (RIBEIRO, 2006). Uma das formas de se minimizar os efeitos danosos desses lanamentos sobre o meio ambiente consiste na remoo dos poluentes, atravs da implantao de sistemas de tratamento (FIGUEIREDO apud SANTOS, 2006). Existem diversas alternativas para se tratar guas residuais, empregando processos fsicos, qumicos, biolgicos ou a combinao desses. Contudo, quase todas as estaes de tratamento de efluentes so concebidas considerando uma etapa baseada em processos biolgicos, em ambiente anaerbio, aerbio ou anxico (SANTOS, 2006). As tecnologias envolvendo tratamento biolgico de efluentes vm despontando devido, principalmente, ao baixo custo e alta eficincia de remoo de matria orgnica.

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Os processos biolgicos so mtodos de tratamento em que a remoo da matria orgnica ocorre por meio da ao de microrganismos que promovem a oxidao dos materiais biodegradveis. Tais processos procuram reproduzir, em espaos predefinidos, racionalmente projetados e economicamente justificveis, os fenmenos biolgicos observados na natureza. A matria orgnica complexa transformada em substncias simples, como sais minerais, gs carbnico e outros, caracterizando, assim, o fenmeno da autodepurao (JORDO e PESSA, 1995; VON SPERLING, 1996). Segundo Mendona apud Santos (2006), os processos biolgicos, aerbios e anaerbios, so amplamente empregados em sistemas de tratamento de efluentes. Em cada processo, h diferenas quanto ao crescimento microbiano (disperso ou aderido); quanto ao fluxo (contnuo ou intermitente) e quanto hidrulica (mistura completa, fluxo pistonado ou fluxo arbitrrio). Quanto aos processos aerbios, a evoluo dos materiais suportes adotados para crescimento dos biofilmes em reatores aerbios possibilitou um grande avano a estes sistemas, melhorando o desempenho hidrodinmico, a transferncia de oxignio e a capacidade de aplicao de alta matria orgnica por volume de material suporte. Por esse motivo o estudo acerca de novos tipos de suporte para crescimento de biofilme tem sido amplamente estudado. Neste trabalho, destaca-se o estudo da utilizao da fibra da casca de coco como um material suporte para adeso de microrganismos e formao de biofilme, visto que um resduo de baixo custo e elevada disponibilidade. Ressaltando, que no h na literatura qualquer trabalho que utilize a fibra da casca de como verse como suporte com esta finalidade.

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2 | OBJETIVOS 2.1| Objetivo GeralAvaliar a aplicabilidade da fibra de coco verde como suporte formao de biofilme em um reator biolgico de tratamento de efluente para a remoo de demanda qumica de oxignio, bem como de metal pesado.

2.2 | Objetivos Especficos Avaliar a formao do biofilme em fibra de coco verde; Investigar a remoo de matria orgnica em termos de demanda bioqumica de oxignio e a remoo de nutrientes (nitrognio e fsforo); Avaliar a remoo de metal pesado Cdmio; Monitorar o crescimento microbiano na fibra de coco e a concentrao de slidos sedimentveis.

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3 | REVISO BIBLIOGRFICANos processos de tratamento aerbio (oxidao biolgica aerbia), as bactrias utilizam o oxignio molecular como aceptor final de eltrons, gerando CO2, H2O e NH3. A matria orgnica presente em efluentes, nesse caso, decomposta pela ao dessas bactrias existentes no prprio efluente, transformandoas em substncias estveis, ou seja, substncias orgnicas solveis do origem a substncias inorgnicas solveis. Em condies naturais, a decomposio aerbia necessita trs vezes menos tempo que a anaerbia e dela resultam gs carbnico, gua, nitratos e sulfatos. J nos processos de tratamento anaerbio (oxidao anaerbia) o gs carbnico (CO2), o nitrato (NO3-) e o sulfato (SO42-) so utilizados como aceptores finais de eltrons, gerando CH4, CO2, H2S, NH3 e H2O. H que se considerar, ainda, as bactrias facultativas que se desenvolvem, tanto na presena quanto na ausncia de oxignio livre (GRAU apud SANTOS, 2006). O Quadro 1, a seguir, apresenta as vantagens e desvantagens dos processos aerbios e anaerbios de tratamento biolgico de efluentes. No Quadro 1 pode-se destacar como vantagem do processo aerbio a alta remoo de matria orgnica diferentemente do que ocorre nos sistemas anaerbios. Nos sistemas anaerbios destaca-se a produo de biogs. A Figura 1 apresenta, de forma esquemtica, as diferenas entre os tratamentos aerbio e anaerbio, principalmente no que diz respeito converso da matria orgnica inicialmente presente no efluente.

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Quadro 1. Vantagens e desvantagens dos processos de tratamento de efluentes. Processos Aerbios Processos Anaerbios

VANTAGENS - bem estabelecidos;- h muito conhecimento sobre seu funcionamento; - robustos, suportam variaes de carga orgnica volumtrica (COV), e pequenas variaes de pH e temperatura; - remoes de Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO) de at 95%.

- baixa produo de lodo;- baixo custo de investimento e operacionais; - gerao de metano podendo ser utilizado no tratamento de efluentes concentrados; - grande difuso na indstria de cerveja, refrigerantes, processamento de legumes e frutas, fecularias, acar e lcool.

DENVANTAGENS - elevada gerao de lodo;- alto custo de investimento e operao.

- baixa remoo de DBO e Demanda Qumica de Oxignio (DQO), sendo necessrio um polimento;- susceptvel s variaes de COV, pH e temperatura.

Fonte: Adaptado de CHERNICHARO, 1997; VON SPERLING, 1997.

Em ambos os tratamentos, aerbio e anaerbio, para propiciar condies adequadas microbiota envolvida no tratamento da gua residual, especial ateno deve ser dada aos fatores ambientais e aos parmetros de projeto. Fatores como pH, temperatura, concentrao de nutrientes e concentrao de substrato, influenciam no desenvolvimento dos microrganismos. Parmetros como tempo de reteno celular, tempo de reten-

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o hidrulica, relao alimento/microrganismo e a configurao do sistema tm grande importncia na concepo da estao de tratamento de efluentes (MENDONA apud SANTOS, 2006). Devido ao enfoque do presente trabalho ser a utilizao da casca de coco em processos aerbios, sero discutidos, neste texto, apenas sistemas aerbios de tratamento de efluentes.

Fonte: Adaptado de VON SPERLING, 1997, CHERNICHARO, 1997

Figura 1 - Processos biolgicos aerbios x anaerbios

3.1 | Tipos de sistemas de tratamento aerbioExistem diferentes tipos de sistemas de tratamento aerbio de efluentes, entre eles o sistema de lodos ativados, lagoas aeradas e de estabilizao, biofiltros, reatores de leito fluidizado dentre outros. Nesse trabalho sero detalhados alguns tipos de tratamento.

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3.1.1 | Lodo AtivadoO sistema de lodos ativados pode ser definido como um sistema de tratamento no qual uma parte da massa biolgica que cresce e flocula continuamente recirculada e colocada em contato com o despejo lquido afluente ao sistema, em presena de oxignio molecular (Figura 2). O oxignio normalmente proveniente de bolhas de ar introduzido a mistura sob condies de turbulncia, por aeradores mecnicos de superfcie ou outros tipos de equipamentos de aerao - sopradores (ROMO et al, 2003). Tais sistemas podem operar continuamente ou de forma intermitente, e quase no produzem maus odores, insetos ou vermes. A eliminao da demanda bioqumica de oxignio (DBO) alcana de 85 a 98% e a de patognicos de 60 a 90% em um tempo de reteno hidrulica (TRH) de 6 a 8h. A instalao requer rea reduzida, mas envolve a necessidade de diversos equipamentos (aeradores, elevatrias de recirculao, raspadores de lodo, decantadores, etc.). Por ser o sistema que garante uma boa eficincia com uma menor demanda de espao, na maioria dos casos, o sistema mais utilizado no setor alimentcio, porm envolve um custo de implantao e operao elevado, devido ao grau de mecanizao e consumo de energia, necessrios para movimentao dos equipamentos. Necessita de tratamento para o lodo gerado, bem como sua disposio final (VON SPERLING, 1997).

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Fonte: Centro Experimental de Tratamento de Esgoto - UFRJ.

Figura 2 - Tanque de lodo ativado

Tem sido utilizado um tratamento combinado de lodo ativado com carvo ativado utilizando um efluente proveniente do decantador primrio da Estao de Tratamento de Efluentes Industriais (ETDI) da Bayer, Belford Roxo, RJ (COSTA, 2003). O autor obteve como resultado a remoo de matria orgnica, redues na demanda qumica de oxignio (DQO) e demanda bioqumica de oxignio (DBO) de 87 e 98%, respectivamente. Adicionalmente foi obtida uma reduo de 90% na concentrao total de fenis, 92% de reduo na concentrao de N-NH4 e 52% de reduo de fsforo total.

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Foram, tambm, avaliados parmetros operacionais que teriam maior impacto sobre a eficincia de remoo de DQO na unidade de Lodos Ativados, realizando um estudo de simulao tomando como variveis os dados reais da estao de tratamento de esgoto (ETE), de uma indstria de qumica fina, coletados ao longo de um ano de operao, (RIBEIRO, 2006). Nesse estudo, foi verificado que os parmetros temperatura e oxignio dissolvido apresentaram influncia marcante no desempenho da ETE. O autor reportou que esta influncia est associada aos perodos de elevadas temperaturas ambientais, quando o reator biolgico operou com temperaturas prximas de 40C, apresentando baixa eficincia de remoo de DQO. Outros parmetros, como vazo do afluente, DQO do afluente e, em menor grau, volume do tanque de aerao, tambm apresentaram influncia sobre a DQO do efluente. O objetivo do trabalho foi ento confirmar que a estabilidade operacional um fator importante em sistemas de lodos ativados. Uma planta piloto foi construda no local e monitorada durante 4,5 meses com o mximo controle possvel sobre as variveis operacionais, mantendo a concentrao de oxignio dissolvido em torno de 2 mg/L. Foi estudado pelo autor quatro tempos de reteno hidrulica (TRH) - 24, 48, 72 e 96 h, onde foi verificado um aumento na eficincia de remoo de DQO, at o TRH de 72h, de 70%.

3.1.2 | Lagoas AeradasAs lagoas aeradas so sistemas de tratamento em que a aerao mecnica ou por ar difuso usada para suprir a maior parte do oxignio necessrio, sendo, a oxigenao geralmente realizada com auxlio de aeradores superficiais ou equipamentos para insuflao de ar comprimido (Figura 3). A agitao

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dever ser suficiente para manter a massa biolgica em suspenso, de modo a evitar sua decantao em qualquer rea da lagoa (ROMO et al, 2003).

Fonte: http://www.itacreto.com.br/index_arquivos/image433.gif.

Figura 3 - Esquema de um sistema de Lagoa Aerada para o tratamento de esgoto domstico

O efluente bruto, aps gradeamento e decantao primria, introduzido na lagoa para degradao da matria orgnica. A populao microbiana semelhante a do processo de lodos ativados e a remoo do DBO funo do perodo de aerao, da temperatura e da natureza do esgoto (ROMO et al 2003). Os slidos e as bactrias sedimentam, indo para o lodo do fundo, ou so removidos em uma lagoa de decantao secundria. O processo tem pouca liberao de maus odores, sendo a eficincia de remoo de DBO de 70 a 90% e na eliminao de patognicos de 60 a 99%. Requerem uma rea menor do que os sistemas naturais, porm ocupam mais espao que os demais sistemas mecanizados. Em perodos entre 2 a 5 anos necessria a remoo do lodo da lagoa de decantao (www.unifra.br/professores). Um estudo sobre a utilizao de uma lagoa aerada de mistura completa seguida de lagoa de sedimentao, quando submetida a variaes no tempo de reteno hidrulica foi

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realizado por Matoso (2005). Nesse trabalho foi analisado o desempenho do sistema lagoa aerada, seguida de lagoa de sedimentao em relao s concentraes efluentes obtidas e eficincias de remoo de DBO, DQO e SST (slidos em suspenso totais), tomando como padres de lanamento de efluentes vigentes nos Estados do Rio de Janeiro, So Paulo e Minas Gerais. Estudou-se trs diferentes TRH de 4; 8; 2,4 e 1,4 dias e os resultados mostraram uma eficincia de remoo de DQO (95%), DBO (88%) e SST - (95%) maior para o TRH (4; 8 dias) em relao aos outros TRH estudados. Uma constatao feita pelo autor que com a reduo do TRH h uma perda na qualidade do efluente tratado.

3.1.3 | Reatores aerbios com biofilmeSegundo Von Sperling (2005) existem diferentes tipos de reatores aerbios com biofilme: Filtros biolgicos percoladores (de baixa carga e alta carga), biofiltros aerados submersos, biodiscos e variantes Filtros Biolgicos de baixas e altas cargas Os Filtros Biolgicos para o tratamento de efluente domstico consistem de um leito de material grosseiro, tal como brita, altamente permevel, no qual se aderem os microrganismos e atravs dos quais percola o lquido a ser tratado (Figura 4). So construdos com um dreno inferior para coleta do lquido tratado e dos slidos biolgicos que se desprendem do material do leito. Esse sistema de drenagem importante, tanto para coletar os lquidos j percolados, como para permitir a circulao do ar atravs do leito. Os lquidos coletados so encaminhados a um decantador, onde os slidos so separados do

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efluente final. Em geral, utiliza-se uma decantao primria ou filtrao antes do filtro biolgico para minimizar problemas de entupimento (CHERNICHARO et al, 1997).

Fonte: www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/esg4.htm

Figura 4 - Filtro Biolgico

O principal processo de degradao do poluente que chega aos filtros biolgicos a oxidao biolgica. A matria orgnica absorvida na camada biolgica, de modo a sofrer a degradao aerbia nas camadas exteriores. medida que os organismos crescem a espessura da camada biolgica aumenta e o oxignio no consegue penetrar em todas as camadas, sendo consumido antes de atingir as faces interiores que se comportam anaerobicamente (CHERNICHARO, 1997).

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O esgoto que percola o meio filtrante lava o filme microbiano, que o recobre e arrasta consigo os excessos de slidos e filme microbiano, de modo a haver sempre a substituio de novas camadas biolgicas. A maior ou menor retirada de slidos e formao de novos organismos so funes das cargas hidrulica e orgnica aplicadas (CHERNICHARO et al., 1997). As condies favorveis adsoro da matria orgnica, das bactrias aerbias e anaerbias, e a preservao de ambientes midos e ventilao, garantem a oxidao dos compostos, gerando como subproduto gs carbnico (CO2), cido ntrico (HNO3) e cido sulfrico (H2SO4). As substncias alcalinas contidas nos esgotos neutralizam os cidos, transformando-se em sais solveis em gua (i.e: carbonatos, nitratos e sulfatos). Parte do gs carbnico permanece em soluo ou se desprende para a atmosfera. Os gases acumulados, produzidos nas camadas anaerbias, provocam a "exploso" de toda a massa biolgica agregada ao meio suporte, desprendendo-a, e facilitando o seu arraste pelo fluxo de esgoto (JORDO e PESSOA, 1995). Nos sistemas de filtros biolgicos de baixa carga (Figura 5), a quantidade de DBO por unidade de volume do filtro menor. Com isso a disponibilidade de alimentos menor, o que resulta na estabilizao parcial do lodo, havendo um autoconsumo da matria orgnica celular e, como conseqncia, uma maior eficincia de remoo de DBO. Porm, essa menor carga de DBO por unidade de superfcie do tanque exige uma maior rea do filtro comparado ao filtro de alta carga. Como o lodo gerado nos dencatadores estabilizado, no h a necessidade de sua digesto separada em digestores de lodo, necessitando, apenas, da etapa de desidratao. Os decanta-

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dores primrios para pequenas populaes- podem ser do tipo tanque sptico, onde o lodo tambm extrado e j estabilizado.

Fonte: VON SPERLLING, 2005

Figura 5 - Fluxograma do funcionamento de um Filtro Biolgico de Baixa Carga para tratamento de esgoto.

Os filtros biolgicos de alta carga (Figura 6) recebem uma maior carga de DBO por unidade de volume de leito, podendo chegar a 1,80 kgDBO/m3.dia, por esse motivo o que muda em relao ao filtro de baixa carga que os requisitos de rea so menores. H uma pequena reduo na remoo de matria orgnica e o lodo no digerido no filtro, necessitando, assim, de uma etapa de digesto. Uma outra diferena a necessidade de recirculao do afluente com o objetivo de manter a vazo aproximadamente uniforme durante todo o dia, equilibrar a carga afluente, possibilitar uma nova chance de contato da

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matria orgnica afluente e trazer oxignio dissolvido para o lquido afluente (VON SPERLING, 2005).

Fonte: VON SPERLING, 2005

Figura 6 - Fluxograma de funcionamento de uma estao de tratamento de esgoto utilizando um Filtro Biolgico de Alta Carga.

Bofiltros aerados submersosEsses biofiltros so constitudos por tanques preenchidos com suportes, normalmente porosos, atravs dos quais o efluente e o ar fluem constantemente; tambm so chamados de filtros biolgicos de fluxo ascendente ou descendente (Figura 7), sendo que quase na totalidade dos processos existentes o meio suporte mantido sob total imerso do meio aquoso. Esse biofiltro , portanto, um reator trifsico segundo Von Sperling (2005), sendo essas fases existentes definidas como:

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Fase slida: composta pelo meio suporte e pelas colnias de microrganismos formadas sobre esse suporte, constituindo, assim, o biofilme; Fase lquida: constituda pelo lquido em permanente escoamento atravs do meio suporte; Fase gasosa: formada pela aerao artificial e em reduzida escala, pelos gases e subprodutos da atividade biolgica. O fluxo de ar sempre ascendente, ao passo que o fluxo de lquido pode ser ascendente ou descendente havendo duas variantes para esse sistema: biofiltro com meio granular (BF) e filtro biolgico aerado submerso com leito estruturado (FBA). Os BFs realizam, no mesmo reator, a remoo de compostos orgnicos solveis e de partculas em suspenso presente no efluente. O meio granular serve tanto como suporte para crescimento microbiano como um meio filtrante. H, ento, a necessidade de lavagens peridicas, interrompendo a alimentao com o efluente, para eliminar o excesso de biomassa acumulada reduzindo as perdas de carga hidrulica atravs do meio suporte. Os FBAs utilizam como suporte os mesmos materiais utilizados nos filtros biolgicos percoladores. Como o meio suporte no granular, diferente do BF, no h reteno de biomassa, havendo, ento, a necessidade de decantadores secundrios. O fluxo operado pode ser tanto ascendente quanto descendente, sendo o fornecimento de ar realizado atravs de difusores de bolhas grossas, colocados na parte inferior do filtro e alimentados por sopradores.

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Fonte: VON SPERLLING, 2005

Figura 7 - Fluxograma de funcionamento de uma estao de tratamento de esgoto utilizando um Biofiltro Aerado Submerso.

BiodiscosEsse tratamento fisicamente diferente dos outros j mencionados. A biomassa cresce aderida a um meio suporte (o biodisco) formando o biofilme. O processo consiste de uma srie de discos ligeiramente espaados, montados num eixo horizontal (Figura 8). Os discos giram vagarosamente, mantendo a cada instante parte da rea superficial do disco imersa no efluente e parte exposta ao ar. Os discos so construdos, nor-

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malmente, de plstico de baixo peso. medida que os discos giram a parte exposta ao ar carrega uma pelcula de efluente, permitindo a absoro de oxignio junto superfcie dos discos. Quando os discos completam sua rotao, o filme formado mistura-se massa lquida do efluente, trazendo algum oxignio e misturando-se ao efluente parcial ou totalmente tratado.

Fonte: VON SPERLLING, 2005

Figura 8 - Exemplo de Biodiscos utilizados em tratamento de efluentes

Quando a massa biolgica formada na superfcie dos discos (biofilme) atinge uma espessura excessiva, ela se desprende dos discos. Parte desses microrganismos desprendidos mantida em suspenso no meio lquido devido ao movimento rotacional dos discos, aumentando a eficincia do sistema. Esses discos tm como finalidade servir de suporte formao do biofilme, promover o contato do biofilme com o efluente, manter a biomassa desprendida dos discos em suspenso no

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efluente e promover a aerao do efluente que se junta ao disco em cada rotao e do efluente situado no interior. O crescimento do biofilme similar, em conceito, ao filtro biolgico, com a diferena que os microrganismos passam atravs do efluente, ao invs do efluente passar atravs dos microrganismos, como nos filtros biolgicos. Semelhante ao processo desses filtros se faz necessria a utilizao de decantadores secundrios visando a remoo dos organismos em suspenso. Esse tipo de sistema utilizado, normalmente, no tratamento de esgoto de pequenas comunidades. O sistema apresenta boa remoo de DBO embora possa apresentar por vezes sinais de instabilidade. Na Figura 9 so apresentadas as etapas do tratamento de esgoto utilizando biodiscos.

Fonte: VON SPERLLING, 2005

Figura 9 - Fluxograma de funcionamento de uma estao de tratamento utilizando Biodiscos para o tratamento de esgoto.

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Escolha do material suporte para filtros biolgicosA seleo para o enchimento dos filtros biolgicos e FBAs (meio suporte) de fundamental importncia no desempenho do processo. Esse material de enchimento deve apresentar as seguintes caractersticas segundo Chernicaro et al (1997). Elevado volume de vazios, visando evitar obstrues pelo crescimento do volume de slidos e para garantir um adequado suprimento de oxignio; Elevada rea superficial, para aumentar a quantidade de microrganismos presentes e aumentar, conseqentemente, a capacidade de remoo de matria orgnica; Ser estruturalmente forte, para suportar o seu prprio peso e o peso do biofilme que cresce aderido s suas paredes; Ser suficientemente leve, para permitir redues significativas nos custos de obras civis e para permitir construes mais altas que conseqentemente ocupem menos rea; Ser biolgica e quimicamente inerte; Apresentar o menor custo possvel por unidade de DBO removida. No caso especfico do tratamento de efluentes, a utilizao de suportes para o crescimento de biofilme tem sido uma prtica muito aplicada atualmente. Diferentes tipos de suporte vm sendo utilizados, tais como: suportes plsticos (GEBARA, 1998), espumas cermicas (ORTEGA et al, 2001), pedra brita entre outros. Os suportes polimricos permitem um melhor

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crescimento do biofilme visto que a superfcie de contato ser maior favorecendo a formao do mesmo. Gebara (1998), apresentou a importncia da utilizao de suportes para o crescimento de microrganismos para formao de biofilme, visto que foi estudada a diferena dos percentuais de remoo de DQO e DBO com a utilizao de quantidades diferentes de suporte, no caso redes de plstico. O autor verificou que utilizando uma maior quantidade de redes de plstico como suporte, melhor foi o resultado encontrado, pois maior foi a superfcie de contato, favorecendo o crescimento microbiano. Com relao DQO, houve uma remoo de at 97% e para a DBO de at 98% de remoo. Trabalhos recentes ressaltam a vantagem de se utilizar materiais fibrosos como suporte, devido maior facilidade de fixao dos microrganismos nesse tipo de material melhorando, assim, a biodegradao dos poluentes e conferindo uma maior estabilidade do biofilme formado (SHIM apud HADJIEV et al, 2006). Shim (2001) reportou em seu trabalho a utilizao de dois biorreatores de leito fibroso para a degradao de efluentes contendo BTEX (benzeno, tolueno, etilbenzeno e p-xileno), utilizando uma cultura de clulas de Pseudomonas putida e Pseudomonas fluorescens imobilizadas nos reatores acima mencionados. Os biorreatores consistiam de uma coluna de vidro de 45 cm de comprimento com 5cm de dimetro com um volume til de 400mL (reator 1) e o outro com 510mL (reator 2). O recheio dos biorreatores (suporte para crescimento microbiano) consistia de algodo fixado em malhas de ao. Foram estudados diferentes TRH (tempo de reteno hidrulico), de 0,8 a 24h e concentrao dos poluentes que variou de acordo com cada poluente analisado. Primeiramente, ambos os reatores,

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foram operados com uma soluo salina de tolueno (500ppm) como nica fonte de carbono e adicionou-se, em seguida, 20mL do inculo microbiano. A cintica do processo foi estudada quando havia uma turvao da soluo no reator que indicava uma alta densidade celular. Aps essa adaptao, no reator 1 foi realizado o estudo de degradao do benzeno e tolueno a fim de se verificar o melhor TRH para a degradao do BTEX. Analisou-se, ento, primeiramente a degradao do benzeno por 4 meses; aps esse tempo verificou-se a degradao do tolueno. De posse desses resultados o autor conduziu experimentos, em ambos os reatores, com a soluo contendo a mistura dos compostos orgnicos na concentrao de 150mg/L para cada composto. Foi verificado um crescimento microbiano de at 15,4mg/L e a morfologia microbiana do biofilme formado sobre o suporte fibroso foi verificada atravs do MEV (microscopia eletrnica de varredura). A completa mineralizao do BTEX foi obtida no TRH de 18h com uma taxa de 100 mg/L/h. Os resultados demonstram a eficincia na degradao de compostos txicos utilizando-se um reator de leito fibroso ratificando a eficincia de suportes fibrosos.

3.2 | BiofilmeDentre as tecnologias existentes para o tratamento de efluentes anteriormente citadas, pode-se destacar a utilizao de processos baseados na formao de biofilme, devido alta capacidade de adaptao do mesmo sob condies de estresse, alm do baixo custo de implantao, manuteno e operacionalizao, alta remoo de matria orgnica e patgenos (SINGH, 2006).

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Sistemas que empregam biofilmes tm sido muito utilizados no tratamento de gua por mais de um sculo (ATKINSON apud LAZAROVA e MANEN, 1995). Porm, somente no incio dos anos 80, as vantagens deste tipo de bioprocesso tornaram-se foco de interesse para um nmero considervel de pesquisadores, no s no campo do tratamento de efluentes, mas tambm em muitas outras reas da biotecnologia. Atualmente, um grande nmero de projetos de pesquisa est sendo conduzido em reatores com biofilme para a produo de substncias bioativas, para culturas de clulas animais e vegetais, produo de gua potvel e no tratamento de efluentes. Uma grande vantagem do biofilme a influncia positiva de superfcies slidas na atividade bacteriana observada h 50 anos por ZoBell apud LAZAROVA (1995) e confirmado por outros pesquisadores (LAZAROVA, 1995). Existe uma considervel discusso sobre o mecanismo, direto ou indireto, que induz maior atividade da biomassa aderida (LOOSDRECHT et al. apud LAZAROVA, 1995). Alguns autores (FLETCHER, KLEIN e ZIEHR apud LAZAROVA, 1995) atribuem esse fenmeno modificaes fisiolgicas de clulas aderidas. Outros autores (MANEM apud LAZAROVA 1995) declararam que as mudanas na clula aumentam com a concentrao local de nutrientes e enzimas ou pelo efeito seletivo da matriz exopolimrica do biofilme (peneira molecular ou trocador inico) causado por substncias txicas ou inibidoras (BLENKINSOPP e COSTERTON apud LAZAROVA, 1995). Demonstrou-se que culturas aderidas so menos fortemente influenciadas do que culturas em suspenso por mudanas em condies ambientais (temperatura, pH,concentrao de nutrientes, produtos metablicos e substncias txicas). Esse efeito

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foi observado em biofilmes nos sistemas de distribuio de gua potvel (PEDERSEN apud LAZAROVA, 1995) e em culturas autotrficas de bactrias nitrificantes (OLEM e UNZ apud LAZAROVA, 1995) e bactrias ferro-oxidantes (NIKOLOV apud LAZAROVA, 1995).

3.2.1 | DefinioA definio mais usual de biofilme o de uma matriz polimrica de aspecto gelatinoso, aderida a uma superfcie slida, quase sempre imersa em meio lquido, constituda essencialmente por microrganismos, pelas substncias extracelulares que esses excretam e por gua (BRANDA et al, 2005). Os biofilmes tambm so conhecidos como filmes microbianos, depsitos biolgicos, limo entre outros. A gua o seu maior constituinte variando de 70 a 95% da sua massa total (FLEMMING, 1993). Os microrganismos representam somente uma pequena parte do biofilme, cerca de 10%. enorme a diversidade de espcies microbianas que podem estar presentes nos biofilmes. Microalgas, fungos, bactrias, protozorios e vrus so microrganismos freqentemente encontrados (CHARACKLIS apud YENDO, 2003), embora as clulas bacterianas predominem devido a sua maior versatilidade e resistncia gentica que permitem sua sobrevivncia mesmo em ambientes que mudem rapidamente suas condies. A Figura 10 apresenta a formao de biofilme por diferentes espcies microbianas (BRANDA et al., 2005).

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Fonte: BRANDA, 2005

Figura 10 - Exemplos de biofilmes analisados por diferentes tcnicas: 1-Microscopia confocal de varredura a laser utilizada para detectar a fluorescncia emitida por Vibrio cholerae em biofilme; 2-Biofilme formado por Escherichia coli.; 3-Biofilme produzido por Bacillus subtilis em uma interface ar-lquido; 4- Colnia formada por Pseudomonas aeruginosa em meio de Agar contendo o indicador Congo Vermelho.

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3.2.2 | Tcnicas de identificao da composio microbiana em biofilmesDiversos estudos foram realizados a fim de se determinar a composio das comunidades microbianas de diferentes tipos de biofilmes ambientais. Para tal determinao foram empregados diferentes mtodos de anlise, cada qual com uma finalidade. A microscopia de epifluorescncia, a microscopia eletrnica de varredura e microscopia confocal de varredura a laser, utilizadas para a anlise morfolgica e enumerao, a hibridizao in situ para a anlise da taxonomia, a hibridizao de fluorescncia in situ combinada com a microautoradiografia e microssensores para a caracterizao das comunidades microbianas do biofilme entre outras so empregadas nas anlises de biofilmes (SINGH et al, 2006). O Quadro 2 lista as principais tcnicas de microscopia existentes para investigao da estrutura do biofilme e, as vantagens e desvantagens de cada mtodo. Sabe-se que os microrganismos que compem o biofilme sintetizam polmeros extracelulares conhecidos como EPS (do ingls: Extracellular Polymeric Substances) que constituem uma matriz de aspecto gelatinoso, fortemente hidratada. Esses polmeros formam camadas alongadas que se estendem das clulas medida que vo sendo produzidos, formando um emaranhado agregador das clulas constituintes do biofilme (BRANDA et al., 2005).

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Quadro 2 Tcnicas de microscopia, vantagens e desvantagens Tcnica Utilizada Vantagens Simplicidade, rapidez e possibilidade de observar a biomassa imediatamente sem tratamento preliminar (SIERACKI et al., 1985 apud LAZAROVA, 1995). Possibilidade de visualizao da estrutura do biofilme em profundidade atravs de imagens 3-D. Imagens de alta resoluo e possibilidade de acoplamentocom raios-X para determinar a composio do biofilme Desvantagens Resoluo baixa e atinge o limite das dimenses celulares bacterianas (0,345 m/pixel), (SIERACKI et al., 1985 apud LAZAROVA, 1995).

Microscopia luminosa

Microscopia confocal de varredura a laser

----------------Lentido e complexidade no preparo da amostra que pode induzir distoro, dano ao espcime e perda do biofilme (CHANG e RITTMAN, 1986 apud LAZAROVA, 1995).

Microscopia eletrnica de varredura

Essa matriz polimrica responsvel pela morfologia, estrutura, coeso, integridade funcional dos biofilmes. Sua composio determina a maioria das propriedades fsico-qumicas e biolgicas do biofilme. A Figura 11 apresenta micrografias eletrnicas de varredura (MEV) e de transmisso (MET) de uma matriz polimrica formada por Pseudomonas aeruginosa (BRANDA et al., 2005).

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MEV

1

MET

2

Fonte: Adaptado de BRANDA et al, 2005

Figura 11 - MEV da matriz polimrica, 2- MET da matriz polimrica.

3.2.3 | Formao do BiofilmeUm fator importante o modo como o biofilme se desenvolve, o que acarreta em importantes benefcios, dos quais se pode destacar: aumento da concentrao de nutrientes nas interfaces lquido-biofilme, proteo contra fatores ambientais agressivos tais como alterao de pH, capacidade para estabelecer e colonizar diferentes nichos ecolgicos, dentre outros. Porm, conforme citado anteriormente, a formao do biofilme um processo multifatorial complexo, onde microrganismos de uma nica ou de diferentes espcies crescem em uma superfcie e produzem EPS que resultam em alteraes fenotpicas dos microrganismos. A Figura 12 apresenta, de forma didtica, o

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processo de formao do biofilme onde, no incio, h a colonizao microbiana, caracterizada pela interao microrganismointerface, seguida da maturao atravs da produo de EPS e, por fim, a separao das clulas para a formao de um novo biofilme (SINGH, 2006).

Fonte:Adaptado de SINGH, 2006

Figura 12 - Representao das etapas da formao de um biofilme

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3.2.4 | CaracterizaoA Composio e a atividade do biofilme so dois parmetros importantes para a operao e o controle bem sucedidos de processos com filme fixado no tratamento de gua e efluentes. Alguns parmetros utilizados para caracterizao do biofilme so: densidade do biofilme, peso seco total e espessura (LAZAROVA, 1995). Um grande problema encontrado na determinao do peso seco que este no inclui apenas os microrganismos ativos, mas tambm a massa inerte de exopolmeros e matria orgnica absorvida na matriz do biofilme. Uma tcnica mais eficaz nesse caso seria a utilizao do raios-X (LAZAROVA, 1995). Com relao espessura do biofilme formado, esta varia de acordo com o volume de biomassa fixada no suporte e com as etapas de formao do biofilme. Mtodos indiretos so mais indicados, pois podem ser utilizados em quaisquer reatores aerbios com biofilme, sendo a medida da resistncia trmica na biomassa fixada um exemplo desses mtodos (VIEIRA apud LAZAROVA, 1995). A densidade usualmente calculada experimentalmente por valores da espessura do biofilme. Pesquisas mostraram que h uma relao direta da densidade do biofilme com sua espessura, sendo seu maior valor obtido nas primeiras etapas de formao do biofilme, conforme mostrado na Figura 12, sendo o mesmo reduzido com a perda dessa espessura, ou seja, perda de biomassa (HOEHN e RAY apud LAZAROVA, 1995).

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3.2.5 | Quantificao do biofilmeA quantidade total de biofilme pode ser medida em termos do peso seco como j dito anteriormente. Carbono orgnico total (COT), que representa aproximadamente 50% da biomassa celular, pode ser usado tambm para quantificao indireta da quantidade total de biofilme (CHARACKLIS apud LAZAROVA, 1995). Existem duas aproximaes para a caracterizao do biofilme atravs de anlises de COT. A primeira consiste na estimativa da quantidade total de biomassa diretamente a partir da determinao do valor de COT, contudo os resultados obtidos so muito imprecisos e no representam o contedo verdadeiro da biomassa sem o carbono exopolimrico. A metodologia da segunda aproximao mais complexa, porm capaz de estimar uma biomassa bacteriana real atravs da determinao de carbono celular e carbono polissacardico (CHARACKLIS apud LAZAROVA, 1995). A medida de matria oxidvel em biofilmes, expressa pela DQO, um mtodo qumico utilizado para estimativa da biomassa aderida (BRYERS e CHARACKLIS apud LAZAROVA, 1995). Esse mtodo oferece vantagens como: alta preciso +0,1 gO2/cm2 e um baixo limite de deteco: 6 gO2/cm2 (CHARACKLIS apud LAZAROVA 1995).

3.3 | Metais pesadosOutra questo ambiental importante a contaminao de efluentes com metais pesados. Indstrias metalrgicas, de tintas, de cloro e de plstico PVC (vinil), entre outras, utilizam mercrio e diversos metais em suas linhas de produo e acabam

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lanando parte deles nos cursos de gua. Outras fontes expressivas de contaminao do ambiente por metais pesados so os incineradores de lixo urbano e industrial, que provocam a sua volatilizao formando cinzas ricas em metais, principalmente mercrio, chumbo e cdmio (KUMAR, 2006). Acredita-se que os metais sejam, talvez, os agentes txicos mais conhecidos pelo homem. H aproximadamente 2.000 anos A.C., grandes quantidades de chumbo eram obtidas a partir do processamento de minrios desse metal, como subproduto da fuso da prata e isso foi, provavelmente, o incio da utilizao desse metal pelo homem (http://www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/metais_pesados_e _seus_efeitos.htm). Os metais pesados no podem ser destrudos e so altamente reativos do ponto de vista qumico, o que explica a dificuldade de encontr-los em estado puro na natureza. Normalmente, apresentam-se em concentraes muito pequenas, associados a outros elementos qumicos, fazendo parte da composio de minerais constituintes de corpos mineralizados (minrios). Quando lanados na gua, como resduos industriais, podem ser absorvidos pelos tecidos animais e vegetais (www.atsdr.cdc.gov/es). Uma vez que os rios desaguam no mar, esses poluentes podem alcanar as guas salgadas e, em parte, depositar-se no leito ocenico. Alm disso, os metais contidos nos tecidos dos organismos vivos que habitam os mares acabam, tambm, se depositando, cedo ou tarde, nos sedimentos, representando um estoque permanente de contaminao da fauna e a flora aqutica. Essas substncias txicas se depositam, tambm, no solo ou em corpos d'gua de regies mais distantes, graas movi-

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mentao das massas de ar. Portanto, os metais pesados podem se acumular em todos os organismos que constituem a cadeia alimentar do homem. Todas as formas de vida so afetadas pela presena de metais dependendo da dose e da forma qumica. Muitos metais so essenciais para o crescimento de todos os tipos de organismos, desde as bactrias at mesmo o ser humano, mas eles so requeridos em baixas concentraes e podem danificar sistemas biolgicos. Os metais so classificados em: a) elementos essenciais: sdio, potssio, clcio, ferro, zinco, cobre, nquel e magnsio; b) micro-contaminantes ambientais: arsnico, chumbo, cdmio, mercrio, alumnio, titnio, estanho e tungstnio; c) elementos essenciais e simultaneamente micro-contaminantes: cromo, zinco, ferro, cobalto, mangans e nquel. (http://www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/metais_pesados_e _seus_efeitos.htm)

3.3.1 | CdmioO cdmio, objeto de estudo do presente trabalho, um elemento naturalmente existente na natureza. No est, normalmente, presente no ambiente como um metal puro, mas como um mineral combinado com outros elementos, como oxignio na forma de xido, com o cloro sob a forma de cloretos e com enxofre na forma de sulfatos e sulfetos. Ele tambm se apresenta na forma complexada, com xidos, sulfetos e carbonatos de zinco, chumbo e cobre. As estruturas mais solveis encon-

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tradas so sulfatos e cloretos. As formas encontradas na natureza podem mudar, mas o cdmio elementar no desaparece no ambiente. importante se determinar a forma com que este metal aparece para se poder avaliar os potenciais riscos e efeitos a sade. No se consegue distinguir o cheiro ou o gosto quando compostos de cdmio esto presentes no ar ou na gua, pois no h odor ou gosto caracterstico, facilitando a ingesto e inalao desses compostos. A assimilao desses compostos por animais, plantas e humanos pode ser feita atravs da respirao e ingesto de gua ou alimentos (ATSDR,1997). Cerca de 30 mil toneladas de cdmio so lanadas ao meio ambiente por ano, dos quais de 4 a 13 mil toneladas so provenientes de atividades humanas nas indstrias mineradoras, queima de combustveis fsseis, descarte de baterias e efluentes da indstria de pigmentao. O cdmio pode mudar sua forma no sangue, mas ele permanece no mesmo de 10 a 30 anos. A presena de altas concentraes no organismo humano pode acarretar na irritao do estmago causando vmito e diarria. Perodos muito longos de exposio podem acarretar problemas renais, danos no pulmo e fragilidade nos ossos. A ingesto de cdmio por animais aumenta a presso sangnea dos mesmos assim podendo comprometer a concentrao de ferro no sangue e causar danos cerebrais (ATSDR, 1999). A companhia Ing, indstria de zinco, situada a 85 km do Rio de Janeiro, na ilha da Madeira, que atualmente est desativada, transformou-se na maior rea de contaminao de lixo txico no Brasil. Metais pesados como zinco, cdmio, mercrio e chumbo continuam poluindo o solo, a gua e atingem o man-

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gue, afetando a vida da populao. Isso ocorreu porque os diques construdos para conter a gua contaminada no tm recebido manuteno h 5 anos, e dessa forma, os terrenos prximos foram inundados, contaminando a vegetao do mangue (http://www.mundodoquimico.hpg.ig.com.br/metais_ pesados_e_seus_efeitos.htm). A procura por materiais de baixo custo e alta eficincia para a retirada de metais pesados de guas provindas dos mais diversos tipos de indstrias, tem aumentado constantemente devido a crescente poluio do meio-ambiente nos ltimos anos. Mesmo em baixas concentraes, esses efluentes tornam-se uma ameaa ambiental. Em geral, os tratamentos convencionais usados para a remoo de metais dos efluentes lquidos como: precipitao, troca inica, reduo qumica, ultra filtrao e osmose inversa, so processos que se apresentam como pouco eficientes e demasiadamente onerosos (VIRARAGHAVAN et al, 2001; JIANLONG, 2002; MATHEICKAL et al, 1999). A necessidade de tratamentos eficientes e economicamente viveis para remoo de metais pesados de efluentes tem resultado no desenvolvimento de novas tecnologias. Usualmente a tecnologia que se destaca a biossoro, baseada na utilizao de biomassas microbianas como: bactrias, fungos e algas alm de materiais de origem orgnica, como casca de arroz, palha, p de coco entre outros.

3.3.2 | Uso de suportes na biossoro de metaisExperimentos de biossoro com casca de arroz modificada de quatro formas diferentes tm sido realizados em escala de laboratrio (KUMAR, 2005). Esses tratamentos foram realizados com cido (HCl), com lcalis (NaOH), com carbonato de

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sdio e, por ltimo, com 1-cloro-2,3 epxipropano. As cascas tratadas foram utilizadas para testes de adsoro de cdmio. Os experimentos foram realizados utilizando-se o sorvente na concentrao de 10g/L. Solues de 50mg/L do metal foram preparadas a partir de uma soluo estoque de 1000 mg/L e os experimentos foram conduzidos em pH na faixa de 6,6 a 6,8. A mistura (soluo do metal mais casca de arroz) foi agitada em shaker e o sobrenadante foi analisado para se aferir a concentrao do metal, por espectrometria de absoro atmica. Dentre as modificaes realizadas a nica que no se mostrou satisfatria, no que tange a remoo do metal, foi a utilizao do tratamento cido. Em todas as outras condies testadas houve aumento na remoo do metal em relao casca de arroz sem pr-tratamento, que captou 75% do metal. Com o pr-tratamento realizado nas cascas, a mesma foi capaz de remover 97%, 80% e 97% quando tratadas com NaOH, 1-cloro2,3 epxipropano e carbonato de sdio, respectivamente. Os estudos cinticos mostraram que o pr-tratamento da casca de arroz com 1-cloro-2,3 epxipropano, NaOH e Na2CO3 reduziu o tempo de equilbrio de 10h do experimento controle, respectivamente para 2, 4 e 1 hora, com os pr-tratamento citados acima. O estudo mostrou que a remoo do metal ocorreu em dois estgios, uma rpida queda nos primeiros 20min e uma queda lenta da concentrao entre 20 e 240min de teste partindo de uma concentrao de 10ppm. Pino (2005) utilizou a casca de coco como material adsorvente de metais pesados, tais como: Cd, Cr(III), Cr(VI), As, Ni e Zn. Porm os melhores resultados obtidos, com relao remoo, foi com a adsoro de Cr (III), Cr (VI) e Cd. As concentraes estudadas variaram de 15 a 2000mg/L para Cd e Cr(III) e de 15

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a 100mg/L para o Cr(VI). Os testes foram realizados em erlenmeyers de 500mL contendo 100mL da soluo do metal estudado e 5g/L de biomassa (p de coco). O sistema foi agitado em shaker a 175rpm por 120min a 270C. O filtrado foi, ento, analisado por espectrometria de absoro atmica. Houve remoo de 90% de Cd para concentraes de at 900ppm, para o Cr(III) houve remoo de mais de 84% em todas as concentraes analisadas e para o Cr (VI) remoes em torno de 85% foram obtidas at a concentrao mxima de 60mg/L. Foi realizado um estudo cintico apenas para o cdmio por ter apresentado uma melhor remoo em relao aos outros metais estudados. O experimento foi realizado a partir de uma soluo de cdmio de concentrao de 80mg/L e uma concentrao de biomassa de 5g/L.O estudo mostrou que aps 5min de contato da casca de coco com a soluo de cdmio houve uma remoo de 93% do metal. Aps esse tempo houve uma ligeira queda at atingir a remoo mxima de 98% com um tempo de 120min. Del Rio (2004) estudou a utilizao da Sacharomyces cerevisiae como biomassa para remoo de cdmio. Foram utilizadas clulas liofilizadas vivas e mortas pelo calor. Os testes foram realizados em erlenmeyer de 250mL contendo 1 ou 2 g de levedura e 50mL de soluo de cdmio (10, 20, 40, 60, 80 e 100ppm), o sistema foi posto em agitao no shaker, a 150rpm e 25oC por 16h. Alquotas foram recolhidas ao longo do tempo (0, 2, 4, 8 e 16h) para avaliar a cintica da reao. Diferentes valores de pH tambm foram estudados, nos valores de 4, 7 e 10, adicionando-se NaOH ou HCl. Os resultados mostraram uma maior adsoro na biomassa morta, ocorrendo 100% de

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remoo do metal para a concentrao inicial de metal de at 20ppm, em todos os tempos de residncia estudados, e 86% de remoo para a concentrao inicial de 100ppm de metal aps 2h de residncia. Sendo os resultados idnticos para a utilizao de 1g e 2g de biomassa. Para a biomassa viva, ou seja, para 1g de levedura, obteve-se 100% de remoo do metal apenas na concentrao inicial de 10ppm de cdmio nos tempos de 4 e 8h de residncia e 62% de remoo para a concentrao inicial de 100ppm desse metal aps 4 horas de residncia. Entretanto, para a utilizao de 2g de biomassa houve remoo de 100% do metal, a partir da concentrao inicial de 10ppm, em tempos de residncia de 4 e 16h e 70% de remoo para a concentrao inicial de 100ppm aps um tempo de residncia de 4h. O pH 7,0 mostrou ser o ideal em todos os testes realizados. Mesquita et al. (2000) estudou a utilizao de Micrococcus luteus como biomassa na adsoro de cdmio, para isso foi utilizada uma linhagem CD5 isolada de uma unidade mnerometalrgica contendo um resduo de 9ppm de cdmio. Em primeiro lugar, foi realizado um estudo para avaliar o crescimento celular em frascos de 500mL contendo meio nutriente e solues de cdmio, em concentrao variando de 8 a 75ppm e 0,5g/L de inculo. Os frascos foram colocados no shaker a 150rpm por 24h. Houve inibio celular a partir de 20ppm desse metal. A remoo do metal foi avaliada em erlenmeyer de 500mL contendo 200mL de soluo de cdmio na concentrao de 30ppm, o pH ajustado para 5,3, a concentrao celular de 0,5g/L. O erlenmeyer foi posto em shaker a 150rpm, a 300C por 4h. Durante esse teste, alquotas em tempos de 5min e 1, 3, 6 e 24h, foram retiradas para anlise de cdmio por espectrometria de absoro atmica. Nos primeiros 5min houve

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62% de remoo do metal havendo um pequeno aumento para 72% de remoo, aps 6h, e ao final das 24h houve uma remoo de 95%. Apesar da alta remoo de cdmio, houve morte celular, restando apenas 0,1% de viabilidade celular aps 6h de teste. Gomes (2000), realizou ensaios laboratoriais em batelada utilizando a fibra de coco como biomassa para adsoro de cdmio. Os experimentos ocorreram em tubos de polipropileno de 50mL onde foram adicionados 25mL de soluo do on Cd2+ (10-100ppm) e 0,25g de fibra de coco triturada, moda e lavada. Os frascos foram colocados em discos giratrios a 4rpm e alquotas foram retiradas em intervalos de tempo de 2 a 240min para verificar a remoo do metal. Os resultados obtidos mostraram, em todas as condies estudadas (fibra triturada, moda e moda e lavada), que mais da metade da quantidade dos ons Cd2+ em soluo foram retirados nos dois primeiros minutos. O equilbrio foi atingido aps 60 minutos de contato com a fibra triturada e aps 20 minutos para a fibra moda lavada e sem lavagem. Foi verificada, tambm, a adio de diferentes quantidades de fibra triturada observando-se um aumento na eficincia de remoo quando se utilizou 1g de fibra em 100mL de soluo; porm, ao adicionarse mais de 1g de fibra houve uma queda na remoo que indicou, segundo o autor, que paralelamente a soro ocorreu um outro fenmeno que fez com que houvesse uma queda na remoo. Os testes foram realizados, inicialmente, em pH da soluo entre 5 e 5,5 e fez-se um estudo sobre a influncia desse parmetro, verificando-se que em pH 7,0 houve uma maior adsoro do cdmio.

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Em seguida, o autor Gomes (2000) iniciou, com as condies estabelecidas, as anlises para avaliar a capacidade de remoo de cdmio pela fibra. Para isso se utilizou a fibra de 3 formas: triturada no pH natural da soluo, fibra moda pr-lavada e fibra triturada em pH 7,0. O melhor resultado foi obtido com a fibra triturada sem lavagem onde foram obtidos 99,9% de remoo de metal partindo de uma concentrao de 10ppm. Os valores de qmax na equao de Langmuir foram de 6,44, 10,08 e 7,49mg/g (mg de cdmio por grama de fibra) para a fibra triturada com pH natural da soluo (pH=5,5), fibra triturada em pH 7,0) e fibra moda e lavada em pH 7,0, respectivamente. Os resultados obtidos nos estudos acima apresentados reforam a iniciativa de se estudar diferentes biomassas na remoo, no s de matria orgnica, mas tambm de metal pesado destacando-se o coco por ser dentre as biomassas citadas o resduo de menor custo e grande disponibilidade no Brasil.

3.4 | O CocoO coco constitudo por trs partes, conforme pode ser visto na Figura 13: Mesocarpo, parte mais espessa do coco de onde a fibra e o p de coco so retirados, o Endocarpo, uma casca bastante dura e o Exocarpo, parte externa do coco. A produo anual de coco no Brasil est estimada em 1,5 bilhes de frutos, estando o pas entre os 10 maiores produtores da fruta no mundo. A produo brasileira da fibra de coco superior a sete mil toneladas (www.canalciencia.ibict.br, 2006). Nos ltimos anos, principalmente a partir da dcada de 90, com a conscientizao da populao para os benefcios dos alimentos naturais, verificou-se um grande crescimento da explorao do coqueiro ano, visando a produo do fruto verde,

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para o consumo de gua, que um produto natural, de excelentes qualidades nutritivas (www.alimento seguro.localweb. com.br, 2007).

Fonte: PINO, 2005

Figura 13 - Coco Verde

A composio qumica da casca de coco verde est apresentada na Tabela 1.

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Tabela 1 - Caracterizao qumica da casca de coco verde Elemento N P K Ca Mg Na Fe Cu Zn Mn Concentrao (g/Kg) 6,52 1,42 11,5 6,8 1,79 12,5 1,97 Concentrao (mg/Kg) 6,6 31,8 23,8

3.4.1 | Caracterstica da fibra de cocoO mesocarpo de cocos maduros e secos fornece fibra lenhosa e dura, como j citado anteriormente. Os cocos verdes so os que fornecem a melhor fibra celulsica. A utilizao da fibra do mesocarpo prtica antiga. Oriunda da ndia e Sri Lanka, a fibra de coco comeou a ser introduzida na Europa aps a chegada dos portugueses ndia. J nos sculos XIII e XIV os rabes usavam cordas dessa fibra e ensinaram aos navegantes ingleses o seu aproveitamento (SENHORAS, 2003). A fibra de coco pertence famlia das fibras duras, tais como o "sisal. uma fibra multicelular que tem como principais componentes, a celulose e o lenho, o que confere elevados ndices de rigidez e dureza. A baixa condutividade ao calor, a resistn-

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cia ao impacto, s bactrias e a gua, so algumas de suas caractersticas (SENHORAS, 2003). As principais caractersticas qumicas da fibra de coco so apresentadas na Tabela 2 a seguir.Tabela 2 - Caracterstica qumicas da fibra de coco Parmetro pH Condutividade eltrica Nitrognio total Fsforo total, P2O5 Potssio total, K2O Clcio total, CaO Magnsio total, MgO Sdio total, NaO Ferro total, Fe Celulose Lignina Pectina Hemicelulose Valor 5 2,15mS/cm 0,51% 0,20% 0,60% 1,40% 0,20% 0,187% 0,206% 43,44% 45,84% 3,0% 0,25%

Fonte: adaptado de www.burespro.com/tecnic/fibradecoco.htm, 2008

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3.4.2 | Vantagens da utilizao da fibra de cocoA fibra de coco apresenta inmeras vantagens na sua utilizao, alm de ser um material ecolgico e facilmente reciclvel. As principias caractersticas tcnicas da fibra da casca de coco que lhe garante vantagens para a utilizao industrial so as seguintes (SENHORAS, 2003): Inodora; Resistente umidade; Amplia a difuso; No atacada por roedores; No tem facilidade de contaminao por fungos; Baixa condutividade trmica: 0,043 a 0,045 W/mK; Comportamento ao fogo: classe B2 (gases inflamveis). A produo de fibras vegetais ocupa, ainda, um papel relevante na economia agrcola mundial, mesmo com a intensa produo de fibras sintticas. Matrias primas de origens renovveis, reciclveis e biodegradveis, despontam como uma das alternativas para a produo de manufaturados ecologicamente corretos, em conseqncia do acmulo nos descartes de materiais no biodegradveis, os quais tendem a aumentar com o crescimento populacional nos centros urbanos. A substituio de materiais derivados do petrleo na produo de compostos elastmeros por matria-prima renovvel vem ao encontro desses ideais (ROCHA e GHELER JR apud SENHORAS, 2003). A seguir sero listadas inmeras aplicaes da fibra.

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Produo de mantas e telas para proteo do solo A fibra do coco, verde ou maduro, pode ser empregada na rea agrcola como matria-prima para a proteo de solos, no controle da eroso e na recuperao de reas degradadas. A fibra, tecida em forma de manta um excelente material para ser usado em superfcies sujeitas eroso provocada pela ao de chuvas ou ventos, como em taludes nas margens de rodovias e ferrovias, em reas de reflorestamento, em parques urbanos e em qualquer rea de declive acentuado ou de ressecamento rpido (ARAGO apud SENHORAS, 2003). Biotecnologia e agricultura O resduo da fibra de coco , como substrato de cultivo, tem sido utilizado com xito. Sua utilizao nos pases mais avanados muito recente, de forma que a primeira citao bibliogrfica data de 1949. As razes de sua utilizao so suas extraordinrias propriedades fsicas, sua facilidade de manipulao e sua caracterstica ecolgica (SENHORAS, 2003). Produo de papel O consumo de papel derivado da indstria madeireira uma das causas de desflorestamento no mundo. A utilizao da casca do coco verde pode representar uma considervel porcentagem de matria-prima para a indstria de papel e celulose, uma vez que dentro dos padres industriais, se considera que um material vegetal apto para a produo de papel quando apresenta uma porcentagem de 33% de celulose, componente bsico na elaborao deste produto (SENHORAS, 2003).

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Enriquecimento de alimentos para o uso humano A fibra de coco madura utilizada na alimentao humana obtida atravs do processo de triturao do albmen slido do coco, extrao da gua e gordura por prensagem, que pode ser utilizado para a produo do leite de coco, e posterior secagem. A principal utilizao est relacionada substituio de at 7,5% (p/p) da farinha de trigo na indstria de panificao (SENHORAS, 2003). Utilizao da fibra de coco em matrizes polimricas Compsitos reforados com fibras naturais podem ser uma alternativa vivel em relao aqueles que usam fibras sintticas como as fibras de vidro. As fibras naturais podem conferir propriedades interessantes em materiais polimricos, como boa rigidez dieltrica, melhor resistncia ao impacto e caractersticas de isolamento trmico e acstico (SENHORAS, 2003). Isolante trmico e acstico A fibra de coco, aliada ao aglomerado de cortia expandido, muito utilizado, particularmente, no caso do isolamento acstico, devido absoro das baixas freqncias, onde apresenta excelentes resultados dificilmente alcanados por outros materiais. O bom comportamento da cortia em termos de estabilidade dimensional e elasticidade faz com que o Corkoco seja a melhor soluo tcnica e natural para a soluo de problemas de isolamento acstico e trmico (SENHORAS, 2003). Utilizao na construo civil O teor das fibras brutas do coco despertou o interesse para o desenvolvimento de algumas experincias na formao de

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ligas com vrios polmeros e materiais na construo civil como blocos de concreto, com o objetivo de aumentar a sua resistncia, ao mesmo tempo em que contribuiria para torn-lo mais barato. A fibra de coco tem um excelente potencial, por exemplo, para uso na construo civil atravs de pranchas pr-moldadas, por suas caractersticas de resistncia e durabilidade, ou na utilizao do fibro-cimento (SENHORAS, 2003).

3.4.3 | A casca de coco como resduoCerca de 70% do lixo gerado no litoral dos grandes centros urbanos do Brasil composto por casca de coco verde, material de difcil degradao e que, alm de foco e proliferao de doenas, vem diminuindo a vida til de aterros sanitrios. O problema, no entanto, que o aumento no consumo da guade-coco est gerando cerca de 6,7 milhes de toneladas de casca por ano, transformando-se em um srio problema ambiental, principalmente para as grandes cidades. A cada 250mL de gua de coco h a gerao de 1kg desse resduo, haja vista que cerca de 80 a 85% do peso bruto do coco verde equivale a sua casca, que leva cerca de 8-10 anos para degradar-se (www.embrapa.br, 2007). Na indstria do coco maduro, a casca pode ser utilizada como combustvel para caldeiras ou a sua fibra pode ser empregada para a manufatura de cordoalhas, tapetes, estofamentos e capachos (CEMPRE apud PINTO, 2003). J no caso do coco verde, tanto a alta umidade (cerca de 85%), quanto as caractersticas da fibra desencorajam as aplicaes usualmente realizadas com a casca do coco seco (ROSA apud PINTO, 2003). Atualmente as principais alternativas estudadas para o aproveitamento da casca do coco verde tm sido a produo de

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vasos similares aos de xaxim e a utilizao do p ou da fibra como substrato agrcola (ROSA et al, apud PINO, 2005 e CARRIJO apud PINTO, 2003). A casca de coco constituda por uma frao de fibras e outra denominada p, que se apresenta agregada s fibras. Ambas as fraes apresentam alta porosidade, alto potencial de reteno de umidade, alm de serem meios de cultivo 100% naturais e indicados para germinao de sementes, propagao de plantas em viveiros e no cultivo de flores e hortalias (ROSA apud PINTO, 2003). Como a minimizao da gerao desse resduo (casca de coco verde) implicaria na reduo da atividade produtiva associada, o seu aproveitamento torna-se uma necessidade. A utilizao da casca do coco verde, resduo industrial ou lixo urbano da orla martima, poderia se tornar uma atividade vivel, gerando mais uma alternativa de lucro junto aos stios de produo (PINTO, 2003).

3.4.4 | Uma nova alternatica para a utiizao da fibra da casca de coco verdeO coco, mais especificamente a fibra de coco, tem sido amplamente explorado em diversas reas como citadas acima, porm muitas pesquisas ainda esto sendo realizadas a fim de que se esgotem todas as possibilidades de utilizao no s da fibra do coco, como do mesmo como um todo, que considerado como um rejeito. Por esse motivo, foi criado um grande projeto envolvendo diversas instituies de ensino e pesquisa no estudo do aproveitamento da casca de coco verde, so elas: EMBRAPA, EQ/UFRJ, PUC/RJ e CETEM/MCT. Dentro do escopo desse projeto destaca-se o estudo da fibra da casca de coco verde

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como suporte formao de biofilme visando o tratamento de efluentes. Efluentes contendo altos teores de metais pesados e outros contaminantes, como ons sulfato, so gerados na maior parte das vezes por indstrias de processamento de metais e por plantas de concentrao de minrios. Em alguns casos ocorre o descarte simultneo de correntes carregadas com considervel teor de matria orgnica. O descarte desses efluentes in natura nos corpos receptores pode trazer graves conseqncias do ponto de vista ambiental, como, por exemplo, o acmulo de metais atravs da cadeia alimentar e a interferncia no processo natural de autodepurao (PINTO, 2003). Trabalhos vm sendo estudados acerca da utilizao da casca de coco verde como sorvente para metais. Esse material apresenta grande potencial devido ao seu elevado teor de matria orgnica composta, principalmente, por lignina, cerca de 35 a 45%, e celulose, cerca de 23 a 43%. A celulose e a lignina so biopolmeros reconhecidamente associados remoo de metais pesados. A celulose definida como um polmero de cadeia longa formada por um s monmero a glicose, assim elevados contedos de glicose representam elevados teores de celulose, de forma similar que elevados contedos de xilose indicam elevados teores de hemicelulose. A lignina uma sustncia que age como aglutinante mantendo as cadeias de celulose unidas, e a combinao das duas confere s plantas resistncia e flexibilidade. A capacidade de remoo de metais pelas fibras de coco depende da composio qumica da sua superfcie, onde grupos funcionais ativos so responsveis pela soro. Grupos funcionais tais como, carboxila, hidroxila, carbonila entre outros, presentes no p da casca de coco, faci-

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litam a adsoro de metais pesados. A morfologia porosa da casca de coco facilita a remoo dos metais em soluo, devido sua superfcie irregular permitindo a adsoro dos metais nas diferentes partes desse material (PINO, 2006). Os mtodos biolgicos de tratamento tm se apresentado como uma alternativa aos tratamentos clssicos empregados. Os processos biolgicos alm de apresentarem custos mais baixos que os demais, aliam alta eficincia de remoo com a sensibilidade que normalmente apresentam, gerando solues de qualidade, adequadas para o descarte (PINTO, 2003). O tratamento de efluentes, industriais e/ou domsticos, em sistemas do tipo biofiltro vem sendo utilizado j h bastante tempo. Nesse processo so empregados materiais diversos, como por exemplo, brita e peas plsticos de configuraes variadas, dentre outros, como suporte para crescimento e manuteno do biofilme responsvel pela degradao dos poluentes presentes no efluente a ser tratado. A avaliao da potencialidade do uso da casca de coco verde, que apresenta uma elevada capacidade de reteno de umidade e alta porosidade, como suporte para biofilmes torna-se uma alternativa extremamente atrativa de aliar-se a aplicao de um resduo slido abundante no Brasil ao tratamento de efluentes industriais e/ou sanitrios (PINTO, 2003).

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4 | MATERIAIS E MTODOS 4.1 | Fibra de p e casca de coco verde empregados nos experimentosA fibra e o p da casca de coco verde (Cocos nucifera), utilizados nos testes preliminares e nos testes sistemticos, foram fornecidos pelo Laboratrio de Bioprocessos da Embrapa Agroindstria Tropical (Fortaleza, CE). O processo para obteno tanto da fibra quanto do p de coco envolve uma seqncia de operaes, sendo elas: dilacerao, pr-secagem, moagem/triturao, prensagem e classificao, conforme esquema abaixo na Figura 14 (ROSA et al., apud SANTOS, 2007).Casca de Coco Verde

Dilacerao

Pr-Secagem

Moagem

Prensagem

Fase Lquida

P

Classificao

Fibra

Figura 14 - Esquema do Processamento do Coco Verde realizado pela EMBRAPA

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4.2 | Avaliao preliminar do comportamento mecnico da fibra e p de cocoCom o objetivo de avaliar a aplicabilidade da fibra e do p de coco como suportes para crescimento de biofilme em sistemas de tratamento de efluentes, foram realizados alguns testes preliminares. Esses testes visaram verificar a estabilidade mecnica desses materiais podendo-se prever o comportamento dos mesmos no sistema de tratamento proposto. Os testes foram inicialmente realizados tanto com a fibra quanto com o p de coco, para que se pudesse selecionar posteriormente um desses materiais como sendo o mais adequado para a conduo dos ensaios nas colunas. No foram encontradas referncias na literatura sobre metodologias padro para a realizao desses testes. Dessa forma, os testes descritos a seguir foram adaptados de anlises j realizadas em trabalhos anteriores do grupo de pesquisa da Coordenao de Processos Minero-metalrgicos e Ambientais (CPMA) do Centro de Tecnologia Mineral.

4.2.1 | Absoro de guaEste teste foi realizado para que se pudesse verificar a capacidade de absoro de gua tanto da fibra quanto do p de coco. Pesou-se 10g de material (fibra ou p), sendo o mesmo colocado em bcheres de 250mL Figura 15 e a esses foram adicionadas diferentes quantidades de gua (10, 20, 30, 35 e 40mL) at a completa umidificao do material (overnight), o que era determinado por observao visual pela formao da fase aquosa livre.

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Figura 15 - Teste de absoro de gua para fibra e p de coco

4.2.2 | Determinao da alterao do volume ocupado pelo material aps a absoro de guaEsse teste teve como principal objetivo verificar se aps a adio de gua, no volume mximo que cada material pode absorver, haveria alguma alterao de seu volume, sendo verificada, ou no, alguma expanso da rea anteriormente ocupada com o material seco. Como o material ser posteriormente colocado em colunas para o tratamento de efluente, importante saber o volume ocupado pelo mesmo aps a absoro de gua. Esse teste foi realizado em provetas de 500mL, onde foram adicionados 10g de fibra ou de p do coco, sendo adicionado o

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volume mximo de gua absorvida por cada material (determinado no teste anterior). O material umedecido foi deixado de um dia para o outro a fim de se verificar se haveria alterao no volume ocupado (Figura 16).

Figura 16 - Determinao da alterao de volume do p e fibra de coco

4.2.3 | Teste de resistncia mecnicaO objetivo desse teste foi analisar se os materiais em estudo teriam sua estrutura visualmente modificada pela ao contnua da gua e agitao mecnica. Para esse teste foi utilizado o mesmo material usado no teste de absoro de gua (os 10g de cada material), sendo esses

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transferidos para dois erlenmeyers de 500mL (um para fibra e outro para o p do coco). Adicionou-se gua at que o material fosse completamente coberto. Os erlenmeyers foram colocados no shaker durante 15 dias, a150 rpm e a 250C.

4.2.3 | Densidade da fibra e p de cocoFoi tambm verificada a densidade dos materiais pela utilizao de uma proveta de 10mL, previamente tarada em balana analtica, adicionando-se, em seguida, a fibra ou o p de coco, at o volume mximo da proveta 10mL. O sistema (proveta + fibra ou p) foi pesado, tambm em balana analtica. A densidade foi ento calculada atravs da Equao 1. (g/mL) = massa(g) (proveta + fibra ou p) massa(g) (proveta) Equao 1 Volume da Proveta (mL)

4.3 | Caracterizao fsica da fibraAps a seleo da fibra como material a ser utilizado na continuidade dos estudos, foi realizada a caracterizao desse material atravs da anlise de infravermelho, que foi realizada pela Coordenao de Anlises Minerais (COAM/CETEM) e tambm por anlise de microscopia eletrnica de varredura (MEV) no Instituto de Biofsica no Centro de Cincias da Sade (CCS/UFRJ). Infravermelho A caracterizao dos principais grupos funcionais presentes na fibra foi realizada por espectroscopia de infravermelho com refletncia difusa. A refletncia difusa ocorre em superfcies no totalmente planas, podendo o substrato ser contnuo ou

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fragmentado (na forma de p). Nesse processo de reflexo o feixe incidente penetra a superfcie da amostra interagindo com a matriz, retornando superfcie da mesma, aps absoro parcial e mltiplos espalhamentos. Na reflexo difusa a energia atenuada depois de entrar em contato diversas vezes com as partculas da amostra, fornecendo muitas informaes analticas sobre a mesma. A luz difusa d um espectro similar ao espectro de transmisso comum. A intensidade espectral no completamente proporcional concentrao dos compostos em estudo. As informaes qualitativas esto relacionadas s energias absorvidas pelas molculas em determinados comprimentos de onda especficos. A radiao infravermelha quando absorvida por uma molcula orgnica converte-se em energia ou vibrao molecular (FERRANI, 2004). O equipamento utilizado para a realizao desta anlise foi o IV FTIRBOMEN modelo MB SERIES. Microscopia Eletrnica de Varredura Como parte complementar da caracterizao, tambm foi realizada a anlise de microscopia eletrnica de varredura da fibra de coco. A microscopia eletrnica de varredura uma ferramenta importante para se analisar a morfologia de microrganismos, bem como a estrutura de superfcies. Diversas anlises de MEV foram realizadas a fim de se verificar o crescimento de microrganismos sobre a superfcie da fibra de coco, bem como comparar com a superfcie da fibra pura, sem o recobrimento dos microrganismos. A imagem eletrnica formada pela incidncia de um feixe de eltrons sobre a superfcie da amostra promovendo a emisso de eltrons secundrios retro-espalhados e absorvidos, assim como ocorre com os raios X. As amostras de fibra no so

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condutoras de corrente eltrica, necessitam ser submetidas a uma etapa prvia de metalizao para serem analisadas no MEV JEOL modelo JSM-5310 (Figura 17). A metalizao consiste na precipitao vcuo de uma pelcula de um material condutor (ouro, carbono ou prata) sobre a superfcie da amostra, possibilitando a conduo da corrente eltrica (PINO, apud SANTOS, 2007). No metalizador BALZERS UNION modelo FL-9496 BALZERS (Figura 18), o vcuo foi, inicialmente, criado no ambiente interno e foi depositado o ouro durante 2min at atingir a espessura de 2 m. Algumas amostras necessitaram de um prvio tratamento antes da realizao da anlise no MEV pelo fato de serem amostras midas; sendo assim, foi feito o ponto crtico, que foi a secagem das amostras atravs da injeo de CO2 pelo equipamento da marca BALZERS, modelo Bal-Tec CPD030. As anlises foram realizadas no Instituto de Biofsica CCS UFRJ.

Figura 17 - Microscpio Eletrnico de Varredura

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Figura 18 - Metalizador

4.4 | EfluenteO objetivo principal do trabalho foi testar novas condies que pudessem ser aplicadas ao tratamento de efluentes domsticos e, num segundo momento, a efluentes industriais contaminados com metais. Dessa forma, optou-se pelo uso de um efluente real, que pela facilidade de acesso, foi coletado no CETE Centro experimental de Tratamento de Esgoto - localizado na Cidade Universitria prximo a estao elevatria de esgotos do Fundo, responsvel pela coleta e recalque para a ETE da Penha, de todo esgoto gerado no campus da UFRJ. Uma parte desse esgoto gerado, cerca de 5,0L/s, enviado para o tratamento preliminar no CETE atravs de uma bomba submersa instalada no canal de grades da estao elevatria do Fundo.

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Segundo Santos (2005) o esgoto afluente ao CETE-UFRJ tpico de campi universitrios, apresentando composio fsicoqumica diferenciada da composio usual dos esgotos sanitrios, podendo ser classificado como um esgoto fraco. A composio fsico-qumica do esgoto afluente ao CETE-UFRJ, segundo o autor, est apresentada na Tabela 3. Por ser um esgoto fraco, era adicionado, diariamente, ao tanque de armazenamento do mesmo, lodo proveniente da estao de tratamento de esgoto de Alegria. As coletas eram realizadas, aproximadamente, uma vez por ms no reservatrio do CETE Figura 19 - em bombonas de 50L (Figura 20) que eram armazenadas em cmara fria a 40C no CETEM.Tabela 3- Composio fsico-qumica do esgoto afluente do CETE antes da mistura EstatsticaMdia Mnimo Mximo Desvio padro

DQO (mg/L) 167 39 457 66

DBO (mg/L) 82 29 152 25

SST Img/L) 64 18 97 14

Fonte: Adaptado de SANTOS, 2005

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Figura 19 - Tanque de coleta do CETE

Figura 20 - Bombonas de Coleta

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4.5 | Sistema ExperimentalComo no foram verificadas diferenas significativas no comportamento mecnico dos materiais analisados (fibra e p de coco), optou-se pela utilizao da fibra de coco nos testes a serem realizados em coluna. Isto se deve, principalmente, facilidade operacional e capacidade de reteno das fibras, visto que a utilizao do p de coco nas colunas dos testes descritos a seguir poderia acarretar na remoo do p de coco com o fluxo ascendente do efluente podendo assim, ocorrer perda desse material. Alm disso, poderia ocorrer a compactao do p no interior da coluna ao longo do tempo. Para a montagem do sistema experimental foram confeccionadas colunas em acrlico. As dimenses das colunas esto demonstradas na Figura 21. Essas colunas (Figura 22) foram recheadas com a fibra de coco em quantidade anteriormente determinada (12,5g de fibra de coco em cada uma) por Azevedo et al. (2007) como sendo o mximo comportado em cada coluna, para no haver a compactao do material, podendo dificultar o fluxo do efluente. As colunas foram alimentadas com o efluente atravs de uma bomba peristltica marca COLE PARMER modelo 7553-70. A alimentao foi realizada de segunda a sexta sendo o sistema desligado nos finais de semana por no haver nenhuma pessoa responsvel para monitorar o funcionamento da mesma. O contedo de cada bombona de alimentao (Figura 23) durava em torno de um dia e meio.

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Figura 21 - Desenho esquemtico da coluna de acrlico, contendo dimenses.

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Figura 22 - Sistema de colunas (A e B) utilizadas no tratamento proposto

Figura 23 - Bombonas de alimentao e recolhimento

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4.6 | Teste realizados 4.6.1 | 1o teste - Experimentos preliminares para verificao da remoo de matria orgnica Ttulo 3O primeiro teste foi realizado para verificar o funcionamento mecnico das colunas (A e B). Durante o teste foram avaliados a vazo e o tempo de reteno hidrulico (TRH) adequado para o processo. As anlises de Demanda Qumica de Oxignio (DQO) foram utilizadas para se aferir a eficincia de remoo de matria orgnica das colunas durante o teste. Os testes foram realizados em colunas recheadas com fibra de coco (como mostrado na Figura 21), utilizadas como suporte para crescimento microbiano, que foram alimentadas com um efluente coletado no CETE. Essa alimentao foi realizada com fluxo ascendente, que favorece o aumento do contato dos microrganismos com o suporte estudado (uma bombona de 50L alimentava ambas as colunas em paralelo). O ajuste da vazo foi realizado para se obter a menor vazo possvel alcanada pela bomba peristltica utilizada (COLE PARMER modelo 7553-70), a qual foi determinada como sendo igual a 12 mL/min. Optou-se pela menor vazo para que se pudesse aumentar o contato entre o efluente e o suporte, facilitando o crescimento do biofilme. Atravs do valor de vazo estabelecido pode-se calcular o tempo de reteno hidrulico (TRH) atravs da Equao 2. Alm do ajuste de vazo, foi realizada anlise de DQO na entrada (afluente) e na sada (efluente) das colunas. Foram tambm, verificadas a remoo de nutrientes nitrito, nitrato, nitrognio amoniacal e fosfato. A vazo era ajustada diariamente e a anlise de DQO era realizada semanalmente. A verificao do funcionamento das colunas, objetivo deste primeiro teste, teve o tempo de durao de seis meses.

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TRH=VT(L)/(L/min), sendo:

- vazo Equao 2 VT(volume til)- 0,293L

TRH = 24,4min

4.6.2 | 2o Teste - Estabelecimento da metodologia para quantificao do biofilme formadoVisando implantao de uma metodologia que pudesse ser aplicada para a quantificao do biofilme formado, conduziu-se este teste, visto que no h na literatura um procedimento padro para a quantificao de microrganismos presentes em biofilme formado sobre suportes fibrosos. Para a realizao desse teste utilizou-se as colunas (provenientes do teste anterior com o biofilme formado) como colunas de sacrifcio, de onde, semanalmente, era retirada, de uma das colunas, parte da fibra de coco contida no recheio, com o biofilme formado, para a quantificao microbiana. Quando o recheio de uma das colunas terminou a outra coluna foi utilizada como coluna de sacrifcio da mesma forma como descrito acima. Lembrando que foi mantido o funcionamento mecnico das colunas, a alimentao e a vazo, como no primeiro teste.

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Bianca de Souza Manhes de Azevedo (et alii)

Dois estudos foram realizados para que se pudesse obter a melhor metodologia de quantificao microbiana. A utilizao do surfatante Tween-80 e do ultra-som. A utilizao do Tween80, que um surfatante qumico, foi para se verificar sua eficcia como adstringente, auxiliando na remoo do biofilme formado sobre a fibra de coco. Adicionalmente, foi estudada a utilizao do ultra-som no auxlio da remoo do biofilme, facilitando a sua quantificao. Para isso foram testados diferentes volu