Dissertacao Roberto

5/20/2018 Dissertacao Roberto

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UNIVERSIDADE CATLICA DE PERNAMBUCOPR-REITORIA ACADMICA

COORDENAO GERAL DE PS-GRADUAOMESTRADO EM DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS AMBIENTAIS

ROBERTO ALBUQUERQUE LIMA

TRATAMENTOS DE EFLUENTES LQUIDOS

DE UNIDADES PRODUTORAS DE FARINHA

DE MANDIOCA

Recife

2010


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ROBERTO ALBUQUERQUE LIMA

TRATAMENTOS DE EFLUENTES LQUIDOS

DE UNIDADES PRODUTORAS DE FARINHA

DE MANDIOCA

Orientadora:Prof. Dr. Alexandra Amorim Salgueiro

Co-orientadora: Prof Dr Clarissa Daisy da Costa Albuquerque

Recife

2010

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-

Graduao do Mestrado em Desenvolvimento de

Processos Ambientais da Universidade Catlica de

Pernambuco, como pr-requisito para obteno do

ttulo de Mestre em Desenvolvimento de

Processos Ambientais.

rea de Concentrao: Desenvolvimento de

Processos Ambientais.

Linha de Pesquisa:Tecnologia e Meio Ambiente.


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iii

TRATAMENTOS DE EFLUENTES LQUIDOS DE UNIDADES

PRODUTORAS DE FARINHA DE MANDIOCA

Roberto Albuquerque Lima

Examinadores:

_________________________________________________________________________

Prof. Dr. Alexandra Amorim Salgueiro (Orientadora)Universidade Catlica de Pernambuco - UNICAP

_________________________________________________________________

Prof. Dr. Maria Helena Paranhos GazineuUniversidade Catlica de Pernambuco - UNICAP

_________________________________________________________________

Prof. Dr. Beatriz Susana Ovruski de CeballosUniversidade Estadual da Paraba UEPB/PB

Defendida em 05 de fevereiro de 2010

Coordenadora: Profa. Dra. Alexandra Amorim Salgueiro


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DEDICO a Deus, por ter me dado sade e fora

para vencer mais um desafio em minha vida,

minha famlia por sempre ter acreditado em mim, e

em especial a minha orientadora Prof. Alexandra

Amorim Salgueiro, pelo exemplo de profissional e

acima de tudo pelo exemplo de ser humano.


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A nica coisa que se coloca entre um homem e o que

ele quer na vida apenas vontade de tentar e a f

para acreditar que aquilo possvel.

Richard M. Devos


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AGRADECIMENTOS

A cada vitria o reconhecimento devido ao meu Deus, pois s ele digno de toda honra,

glria e louvor. Deus, obrigado pelo fim de mais essa etapa;

A minha famlia, em especial aos meus pais Manoel Jurandi de Albuquerque e Ivanuite

Albuquerque de Lima Costa pelo apoio, incentivo e principalmente por sempre

acreditarem em mim;

A minha orientadora Prof Dr Alexandra Amorim Salgueiro, orientadora desse trabalho,

agradeo a Deus por permitir que essa pessoa iluminada entra-se na minha vida,

agradeo ainda pela pacincia, por ajudar a superar minhas fraquezas, pela

disponibilidade demonstrada em todos os momentos da nossa jornada, ensinado-me atransformar dificuldades em facilidades e, sobretudo, pela amizade em todos os

momentos, muito contribuindo para meu aperfeioamento profissional e principalmente

pessoal, respeitando o meu estilo de pesquisa e valorizando os meus saberes e

competncias;

A minha co-orientadora Prof Dr Clarissa Daisy da Costa Albuquerque, pelos

conhecimentos transmitidos, com inteligncia e sabedoria;

Ao professor Srgio Paiva pelo apoio, pela pacincia e principalmente por no poupar

esforos na transmisso de conhecimentos;

A todos os Colegas do Laboratrio do Ncleo de Pesquisas em Cincias Ambientais, pela

ateno e apoio, principalmente equipe da Prof Dr Alexandra Amorim Salgueiro:

Daniela Silva Gomes, Lvia Lima Noronha, Elma Lareste Vera Cruz pela amizade e

companheirismo, e em especial a Walleska Rossane dos Santos pela pacincia e

dedicao na execuo dos experimentos;

Aos meus amigos de turma do Mestrado em Desenvolvimento de Processos Ambientais,

que sempre me incentivaram e torceram pela minha vitria, Cntia Rodrigues, Luiz

Queiroz, Francisco Arajo, Selma Neide, Ormiro Joaquim e em especial a Adamares

Marques e Ridelson Tavares, amigos que estaro para sempre em meu corao.


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Aos Professores do Mestrado em Desenvolvimento de Processos Ambientais, Prof. Dr.

Carlos Alberto Alves da Silva, Profa. Dr. Kaoru Okada, Prof. Dr. Valdemir Alexandre dos

Santos e Profa. Dr. Eliane Cardoso Vasconcelos pelos ensinamentos e pela contribuio

na formao do profissional;

A Rosileide Fontenele, pelo companheirismo e dedicao durante todo o Mestrado,

minha eterna gratido;

A professora Profa. Dr Galba Maria de Campos-Takaki, minha nova orientadora no

doutorado, pelos ensinamentos no mestrado e principalmente por permitir a continuao

da minha caminhada;

Aos funcionrios da Universidade Catlica de Pernambuco em especial, a CludioRoberto do NPCIAMB e Francisco de Santana, Francisco dos Santos, Genival de Moura

e Dilma de Santana do laboratrio de Qumica;

Aos funcionrios do NPCIAMB, Snia Maria de Souza, secretria do Ncleo e aos

tcnicos Andr Felipe, Severino Humberto de Almeida e Salatiel Joaquim (em memria)

que foram pessoas que sempre se dispuseram a ajudar em todos os momentos;

Aos Professores Dr. Elias Tambourgi e Flvio Vasconcelos pelo apoio dado na

UNICAMP;

Ao Prof. Dr. Nelson Durn e ao tcnico Francisco do Laboratrio de Qumica do Instituto

de Qumica da UNICAMP, pelo apoio e ensinamentos;

Universidade Catlica de Pernambuco (UNICAP), na pessoa do Reitor Prof. Dr. Pe

Pedro Rubens Ferreira Oliveira pelo acesso e utilizao das instalaes do Ncleo de

Pesquisa em Cincias Ambientais;

Fundao de Amparo Cincia e Tecnologia do Estado de Pernambuco (FACEPE)

pelo apoio financeiro da bolsa de Mestrado;

Coordenao de Pessoal de Ensino Superior (CAPES) pela concesso da bolsa para

realizao do intercmbio com a UNICAMP pelo Projeto PROCAD.


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SUMRIO

SUMRIO .......................................................................................................................viii

LISTA DE FIGURAS.......................................................................................................x

LISTA DE TABELAS ......................................................................................................xii

RESUMO ........................................................................................................................xiii

ABSTRACT ....................................................................................................................xiv

CAPTULO I

1.1 Introduo ...............................................................................................................16

1.2 Objetivos..................................................................................................................18

1.2.1 Objetivo Geral ........................................................................................................18

1.2.2 Objetivos Especficos .............................................................................................18

1.3 Reviso da Literatura ..............................................................................................191.3.1 Mandioca ...............................................................................................................19

1.3.2 Manipueira .............................................................................................................21

1.3.3 Tratamento de efluentes.........................................................................................22

1.3.3.1 Tratamento preliminar de efluentes.......... ........... ................................................ 22

1.3.3.2 Tratamento fsico de efluentes ............................................................................23

1.3.3.3 Tratamento qumico de efluentes ............................. ........... ........... ..................... 24

1.3.3.4 Tanino.................................................................................................................25

1.3.3.5 Tratamento biolgico...........................................................................................25

1.3.3.5.1 Consrcio de microrganismo............................................................................26

1.3.3.5.2 Processo biolgico aerbio...............................................................................28

1.3.3.6 Planejamento fatorial...........................................................................................29

1.4 Referncias Bibliogrficas.........................................................................................31

CAPTULO II

Tratamentos de efluentes lquidos de unidades produtoras de farinha de mandioca.......37

2.1Resumo....................................................................................................................38

2.2 Introduo ...............................................................................................................39

2.3 Material e mtodos .................................................................................................41

2.3.1 Amostragem...........................................................................................................41

2.3.2 Anlises fsico-qumicas.........................................................................................41

2.3.3 Anlises microbiolgicas........................................................................................42

2.3.4 Tratamento biolgico do efluente ........................................................... ................42

2.3.4.1 Obteno do consrcio microbiano .......... ........... ................................................ 42


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ix

2.3.4.2 Planejamentos experimentais do tratamento biolgico........................................43

2.3.5 Tratamento fsico-qumico do efluente....................................................................44

2.4 Resultados e discusso..........................................................................................46

2.4.1 Caracterizao da manipueira................................................................................46

2.4.2 Tratamento biolgico..............................................................................................48

2.4.2.1 Obteno de consrcio de microrganismos.........................................................48

2.4.2.2 Planejamentos experimentais no tratamento biolgico........................................51

2.4.3 Tratamento fsico-qumico......................................................................................57

2.5 Concluses .............................................................................................................69

2.6 Referncias Bibliogrficas .....................................................................................70

CAPTULO III

Concluses gerais ........................................................................................................75


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x

LISTA DE FIGURAS

CAPTULO II - Tratamentos de efluentes lquidos de unidades produtoras de farinha

de mandioca

Figura 1 - Obteno da manipueira pela prensagem da mandioca.................................41

Figura 2 Biorreator de vidro de bancada com agitao e aerao controladas para

obteno de consrcio microbiano..................................................................................42

Figura 3 Tratamento biolgico da manipueira no shaker...........................................43

Figura 4 Tratamento fsico-qumico da manipueira no Jar test....................................44

Figura 5 - Curva de crescimento bacteriano e variao de pH no cultivo de um

consrcio microbiano obtido a partir do efluente da produo de farinha de

mandioca... .....................................................................................................................51

Figura 6- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorialcompleto 23, tendo como fatores o pH, cloreto de amnio e concentraes do

consrcio microbiano, como varivel resposta a DQO do efluente por 24 h....................53

Figura 7- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial

completo 23, tendo como fatores o pH, cloreto de amnio e concentraes do

consrcio microbiano, como varivel resposta a DQO do efluente por 48 h. .................. 53


completo 22, tendo como fatores o pH e o cloreto de amnio, como varivel

resposta a DQO do efluente............................................................................................55


completo 22, tendo como fatores o pH e o cloreto de amnio, como varivel resposta a

turbidez do efluente.........................................................................................................56


completo 23, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino e Polipan e,

como varivel resposta a DQO do efluente.....................................................................59

Figura 11-Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial


como varivel resposta a turbidez do efluente. .................... ........... ................................60Figura 12- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial


como varivel resposta o cianeto do efluente..................................................................60


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xi


completo 22, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino, como varivel


Figura 14-Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial


resposta a turbidez do efluente. ......................................................................................63



resposta o cianeto do efluente. .......................................................................................64

Figura 16 - Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial



Figura 17-Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorialcompleto 22, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino, como varivel

resposta a turbidez do efluente. ......................................................................................66



resposta o cianeto do efluente. .......................................................................................67


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xii

LISTA DE TABELAS

CAPTULO II

Tabela 1-Fatores e nveis investigados no 1oplanejamento fatorial do tratamento

biolgico da manipueira ..................................................................................................43

Tabela 2-Fatores e nveis investigados no 2 planejamento fatorial do tratamento

biolgico da manipueira ..................................................................................................44


fsico-qumico da manipueira ..........................................................................................45


fsico-qumico da manipueira ..........................................................................................45

Tabela 5-Fatores e nveis investigados no 3oplanejamento fatorial do tratamentofsico-qumico da manipueira ..........................................................................................45

Tabela 6Composio fsico-qumica da manipueira....................................................46

Tabela 7Caracterizao fsico-qumica e microbiolgica da manipueira .....................47

Tabela 8 Contagens de colnias de bactrias dos consrcios microbianos obtidos

a partir do efluente da produo de farinha de mandioca................................................50

Tabela 9 Resultados de DQO das amostras dos consrcios microbianos ...................51

Tabela 10 Matriz do 1o planejamento fatorial do tratamento biolgico da

manipueira e resultados das variveis respostas............................................................52

Tabela 11 Matriz do 2o planejamento fatorial do tratamento biolgico da

manipueira e resultados das variveis respostas............................................................54

Tabela 12 Eficincias da remoo de DQO e turbidez do 2 planejamento do

tratamento biolgico .......................................................................................................55

Tabela 13 Matriz do 1oplanejamento fatorial e resultados das variveis respostas

do tratamento fsico-qumico da manipueira....................................................................58

Tabela 14Eficincias da remoo de DQO, turbidez e cianeto ........... ........... ..............58


do tratamento fsico-qumico da manipueira....................................................................61Tabela 16Eficincias da remoo de DQO, turbidez e cianeto .......... ........... ..............62


do tratamento fsico-qumico da manipueira....................................................................65

Tabela 18Eficincias da remoo de DQO, turbidez e cianeto ........... ........... ..............65


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xiii

RESUMO

A mandioca (Manihot esculenta) a terceira cultura mais importante do pas na

alimentao bsica da populao. A produo de farinha de mandioca gera um efluente

denominado manipueira que contem elevada quantidade de matria orgnica e cianeto.

O objetivo deste trabalho foi investigar a remoo da demanda qumica de oxignio

(DQO), turbidez e cianeto da manipueira por tratamentos fsico-qumico e biolgico. No

tratamento fsico-qumico por coagulao-floculao, trs planejamentos fatoriais

completos foram realizados para investigar os fatores: pH, tanino e o polmero sinttico

auxiliar da floculao (Polipan) sobre as variveis respostas: DQO, turbidez e cianeto. A

eficincia mxima de remoo de DQO foi 91 % a pH 8,0, na presena de tanino 1,0

mL/L e Polipan 0,030 ppm. A maior remoo de turbidez (75 %) foi determinada a pH 8 e

tanino 0,8 mL/L, na ausncia do Polipan para diminuir os custos do tratamento. Nessascondies, a reduo mxima de cianeto foi de 12 %. Nos tratamentos biolgicos

aerbios durante 48 h, as eficincias mximas de reduo de DQO 88 % e de turbidez 69

% foram determinadas na presena de consrcio microbiano 20 % v/v, cloreto de amnio

5 - 6 % e a pH 8,0. Para os tratamentos fsico-qumico e biolgico, os resultados obtidos

mostram que o pH 8 foi fator chave para remoo de compostos orgnicos e do cianeto

da manipueira. Os tratamentos da manipueira por coagulao-floculao e por consrcio

microbiano diminuem a carga orgnica desse efluente antes de ser lanado nos recursos

hdricos.

Palavras-chaves: manipueira, coagulao-floculao, consrcio microbiano, tratamento

biolgico aerbio, planejamento fatorial.


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xiv

ABSTRACT

Cassava (Manihot esculenta) is the third most important crop in the basic food of

the Brazilian population. The production of cassava flour generates an effluent, called

manipueira, containing high organic matter and cyanide. The objective of this study wasto investigate the removal of chemical oxygen demand (COD), turbidity and cyanide from

cassava wastewater by physical-chemical and biological treatments. In the physical-

chemical treatment by coagulation-flocculation, three full factorial designs were carried out

to investigate the factors: pH, tannin concentration and the flocculation polymer (Polipan)

concentration on the response variables: COD, turbidity and cyanide. The maximum

efficiency for COD removal was 91 % at pH 8.0 in the presence of tannin 1.0 mL/L and

Polipan 0.030 ppm. The highest removal of turbidity (75 %) was determined at pH 8 and

tannin 0.8 mL/L in the absence of Polipan to reduce the costs of treatment. Under these

conditions, the maximum removal of cyanide was 12 %. In the aerobic biological treatment

for 48 h, the maximum efficiencies for COD reduction of 88 % and for turbidity reduction of

69 % were determined in the presence of the microbial consortium 20 % v/v, ammonium

chloride 5 6 % and at pH 8.0. For the treatments, physical-chemical and biological, the

results show that pH 8 is a key factor for removal of organic compounds and cyanide from

cassava wastewater. The treatments of the manipueira by coagulation-flocculation and

by microbial consortium decrease the pollution of this effluent before being launched in

the water resources.

Keywords: manipueira, coagulation-flocculation, microbial consortium, aerobic

biological treatment, factorial design.


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CAPTULO I


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LIMA, R. A. Tratamentos de efluentes lquidos de unidades produtoras de farinha de mandioca. 16

1.1 Introduo

Nas ltimas dcadas, os problemas ambientais tm se tornado cada vez mais

freqentes e mais crticos, principalmente pelo crescimento populacional desordenado e

o aumento das atividades industriais. Aes antrpicas tm atingido dimenses

catastrficas observadas atravs de alteraes na qualidade do solo, do ar, da gua e do

clima.

A mandioca uma planta pertencente famlia Euphorbiaceae, originria da

Amricatropical. cultivada em pases da frica, sia, Oceania e Amrica Latina, onde

suas razes constituem importantes fontes alimentcias, rica em calorias e carboidratos.

Cultivada praticamente em todo territrio brasileiro, cujos diferentes resduos (casca de

mandioca, farinha de varredura, entre outros) podem ser utilizados na alimentao

animal, por ter considervel valor energtico. A farinha de mandioca destinada a

consumo humano resultante do processamento desse tubrculo e apresenta boa

disponibilidade, a baixo custo, em regies de intensa produo no territrio brasileiro

(GOMES, PENA, 1997; MARTINS et al., 2000).

O processamento de razes da mandioca para produo de farinha ou fcula gera

grande quantidade de casca e manipueira (TAKAHASHI, 1987). A manipueira contm

elevada concentrao de matria orgnica que possibilita sua ampla utilizao na

agricultura (VIEITES, BRINHOLI, 1994). A quantidade de manipueira atinge no mnimo

250 L para cada tonelada de raiz de mandioca processada e sendo um efluente

geralmente destinado a tanques de decantao (FIORETTO, 1987).Estudos de biodegradao expressam a busca contnua de microrganismos

versteis, capazes de degradar de maneira eficiente grande nmero de poluentes a

baixo custo operacional. Na prtica, sabe-se que difcil atingir a mineralizao,

principalmente em funo da diversidade, concentrao e composio das substncias

qumicas presentes em cada efluente (CONNELL, 1997).

Os processos de tratamento fsico-qumicos, coagulao, floculao, flotao e

sedimentao, apresentam elevada eficincia na remoo de material particulado. Nas

indstrias, o efluente tratado atravs desses processos pode ser neutralizado,

proporcionando melhorias na relao custo x benefcio, alm das vantagens ambientais

com seu reuso (TCHOBANOGLOUS et al., 2002).

Em funo desse panorama, muitas pesquisas tm sido realizadas buscando

desenvolver tecnologias capazes de minimizar o volume e a toxicidade dos efluentes

industriais. A aplicabilidade das etapas de tratamento est subordinada ao


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desenvolvimento de processos modificados e ao estabelecimento de sistemas de

reciclagem de efluentes, atividades que implicam em tecnologias evolutivas na linha de

desenvolvimento sustentvel. Assim, o estudo de novas alternativas para o tratamento

dos efluentes industriais continua sendo uma das principais estratgias de combate

poluio antropognica (KELLER, 2000).


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1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo Geral

O objetivo geral deste trabalho foi investigar as eficincias dos tratamentos fsico-

qumicos e biolgicos do efluente da produo de farinha de mandioca.

1.2.2 Objetivos Especficos

Caracterizar o efluente gerado no processo de fabricao da farinha de mandioca;

realizar estudos de tratabilidade da manipueira por processos fsico-qumicos e

biolgicos;

determinar as eficincias de remoo da demanda qumica de oxignio (DQO), da

turbidez e do cianeto da manipueira por tratamentos fsico-qumicos e biolgicos.

Investigar as interaes entre as variveis pH, tanino e Polipan no tratamento por

coagulao-floculao.


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1.3 Reviso de Literatura

1.3.1 Mandioca

A mandioca (Manihot esculenta) um dos principais cones da agricultura

brasileira. Mais de 80 pases produzem mandioca, cuja produo est direcionada

principalmente para o consumo humano. O Brasil participa com mais de 15 % da

produo mundial, sendo atualmente o segundo maior produtor. Segundo a FAO, a

produo mxima atingiu 30 milhes de toneladas na Nigria em 2002. A rea plantada

no Brasil em 2008 de 1,7 milhes de hectares. A produo brasileira segundo dados da

Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB) foi de 22,6 milhes de toneladas de

razes; desse total, apenas 0,5 % so exportados (EMBRAPA, 2009).

Esse tubrculo um alimento comum em pases tropicais e semitropicais. De fciladaptao, a mandioca tradicionalmente cultivada em todos os estados brasileiros;

situa-se entre os nove primeiros produtos agrcolas do pas em termos de rea cultivada

e o sexto em valor de produo. O estado do Par com 17,9 % dessa produo o

primeiro colocado. Toda a mandioca produzida no pas consumida em forma de farinha

e de fcula (MATSUURA et al., 2003; MARTINS et al., 2000).

A maior parte do valor energtico da planta est nas razes tuberosas, com alto

teor de carboidratos (amido) que so largamente utilizadas na alimentao humana e

animal, e tambm como matria-prima para diversos perfis de indstrias. O contedo

nutricional da parte area, rica em protenas, carboidratos, minerais e vitaminas, tambm

possibilitam seu uso na alimentao humana e animal, em regies de predominncia da

pecuria (BEZERRA, 2000).

Nos ltimos trinta anos, a rea cultivada com mandioca diminuiu, principalmente

no Nordeste; essa cultura expandiu apenas em Mato Grosso do Sul em virtude da

instalao de grandes industrias produtoras da fcula (CAVALCANTI, 2004).

A produo brasileira atingiu o mximo de 30 milhes de toneladas de mandioca

no incio da dcada de 70, e se estabilizou em torno de 24 milhes de toneladas no

perodo de 1972 a 1987; atingiu o mnimo, de cerca de 20 milhes de toneladas no inicio

do sculo XXI (FERNANDES-JR, 2001).

O Nordeste a maior regio consumidora de farinha de mesa e, freqentemente,

importa o produto de So Paulo e Paran devido eventual reduo de produo

provocada por irregularidade climtica e ou devido aos menores preos da farinha nos

referidos estados. Nas regies mais secas do semi-rido (agreste e Cariri), as chuvas so


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escassas e o perodo chuvoso irregular no permite a oferta de matria-prima de boa

qualidade e por longo perodo para viabilizar um baixo custo operacional nas indstrias.

Conseqentemente, essa regio no oferece condies para competir com as farinhas

produzidas na regio sul e sudeste do Brasil. Alm disso, a farinha considerada um

produto inelstico, cujo consumo no aumenta com o aumento de renda da populao e

apresenta tendncia de reduo de consumo com o aumento da urbanizao. A indstria

da mandioca (farinha de mandioca e fcula) limitada pela necessidade de grande

quantidade de gua de boa qualidade, nem sempre disponvel na rea mais seca do

semi-rido, alm de ser grande poluidora do meio ambiente (CAVALCANTI, 2004).

A mandioca uma planta helifila, perene, arbustiva, de cultura anual,

extensamente cultivada em regies tropicais de todo o mundo devido a suas razes

comestveis. Nos trpicos, aps o arroz e o milho, a terceira mais importante fonte de

calorias na alimentao humana (RIMOLDI et al., 2003).H espcies que apresentam baixa toxicidade e podem ser consumidas

diretamente (denominadas de mandioca de mesa) as quais servem para alimentar o gado

com cascas e folhas. As mandiocas so classificadas quanto toxicidade em funo do

teor do HCN; mansas a denominao da mandioca que contm menos de 50 mg

HCN/Kg de raiz fresca sem casca; moderadamente venenosa quando apresenta 50 a

100 mg HCN/Kg de raiz fresca sem casca; venenosa ou brava, acima de 100 mg HCN/Kg

de raiz fresca sem casca. A toxicidade da planta limita o seu emprego, tanto na

alimentao humana como na nutrio animal. As tcnicas de processamento industrial

para diminuio do princpio txico baseiam-se em processos de macerao, embebio

em gua, fervura, torrefao ou fermentao das razes de mandioca, ou ainda, a

combinao desses processos (CAGNON et al., 2002).

Dentre as vantagens da cultura de mandioca, ressaltam-se: obteno de altas

produtividades, tolerncia a seca e a solos degradados ou cidos, grande flexibilidade no

plantio e na colheita e fcil adaptao a ambientes, onde o plantio de outras culturas

mais arriscado (ASPIAZ, 2009).

A produo interna projetada pela CONAB para 2008 abrange uma rea plantada

de 1,7 milhes de hectares, com rendimento mdio de 14 t/ha. Essa produtividade

muito baixa se for considerado o potencial de produo da cultura que atinge

aproximadamente 100 - 150 t/ha na frica, principal produtor. Um dos fatores que tem

contribudo para a baixa produtividade da cultura em nvel nacional o manejo

inadequado das plantas daninhas. Normalmente, os produtores de mandioca acreditam

que, por ser essa cultura rstica, no precisam se preocupar muito com o controle das


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plantas daninhas, as quais esto sempre presentes nos mandiocais (ALBUQUERQUE,

2006).

1.3.2 Manipueira

O efluente da produo de farinha de mandioca tem como principal componente a

manipueira, que em tupi-guarani quer dizer o que brota da mandioca, lquido resultante

da prensagem desse tubrculo. Contem elevada concentrao de matria orgnica,

notadamente carboidratos, alm de cianeto. Esse efluente causa impacto negativo no

meio ambiente quando dispensado em mananciais e no solo devido carga poluente

orgnica. A preocupao com o resduo manipueira de importncia relevante, j que a

produo da farinha de mandioca gera entre 267 a 419 litros desse resduo para cada

tonelada de raiz processada (CEREDA, 2001).A mandioca acumula dois glicosdeos cianognicos nas razes e folhas, linamarina

e lotaustralina, em propores aproximadas de 93:7. Esses dois glicosdeos so capazes

de gerar cido ciandrico por hidrlise. Quando o tecido vegetal dilacerado, a linamarina

hidrolisada por uma enzima glicosidase, denominada de linamarase. Essa clivagem

produz glicose e hidroxinitrila. Essa ltima substncia quando catalisada por uma liase,

transforma-se espontaneamente em HCN e nas cetonas correspondentes (CEREDA,

2003). Embora essa reao possa no ocorrer na planta, enzimas presentes no trato

digestivo dos animais e seres humanos possuem a capacidade de efetiv-la, podendo

advir sintomas de intoxicao, dependendo da quantidade e tipo de alimento ingerido

(CAGNON et al., 2002).

Apesar das maiores fontes de agentes poluidores serem os descartes de

processos de minerao, usinas siderrgicas, indstrias qumicas e estaes de

tratamento de gua, a presena de cianeto na manipueira, causa impacto negativo no

meio ambiente e riscos sade pblica pela sua toxicidade, em especial quando esse

efluente lanado diretamente nos recursos hdricos (YONG, 2001).

Segundo Barana (2008), apesar da manipueira ser um potente agente poluidor,

dezenas de vezes superiores ao esgoto domstico, ela aproveitada na alimentao

animal, no controle de pragas e de doenas de plantas, assim como apresenta potencial

para produo de biogs. Esse resduo tem causado poluio nos locais de

processamento da raiz da mandioca, em praticamente todos os municpios que fazem

seu uso. O aproveitamento desse resduo tem como principais obstculos, a prpria

desorganizao dos produtores/processadores de mandioca, inexistncia de estruturas


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de aproveitamento, o enorme volume gerado de manipueira e o prprio desconhecimento

sobre o seu potencial de uso. comum esse efluente ser lanado diretamente nos

corpos dgua e no prprio ambiente circundante, formando enormes lagos.

1.3.3 Tratamento de efluentes

A disposio no ambiente de resduos gerados em diversas atividades industriais

tem resultado em freqentes relatos de poluio ambiental. Tais problemas levaram as

autoridades a elaborar medidas efetivas para minimizar a poluio. Entre essas medidas,

podem ser citadas: a reduo da produo de resduos, a utilizao de tecnologias que

gerem resduos menos poluentes, tratamento adequado dos resduos antes de sua

disposio no ambiente e reaproveitamento dos resduos em outras atividades ou

reciclagem. Atualmente, as alternativas de valorizao de resduos atravs do seu

aproveitamento so muito incentivadas, j que podem contribuir para a reduo da

poluio ambiental, bem como permitir a valorizao econmica desses resduos,

tornando-os subprodutos (CEREDA, 2001).

No caso especfico da manipueira, os elevados valores de carboidratos, protenas

e lipdios que apresenta conferem aos sistemas aquticos receptores, elevada carga

orgnica. Quando efluentes ricos em matria orgnica so lanados sem tratamento

adequado, a concentrao de oxignio dissolvido reduzida pelos microrganismos e

coloca em risco o ecossistema aqutico (SPERLING, 2005).

Esse efluente tem sido reaproveitado no desenvolvimento tecnolgico deproduo de metablito comercializvel por cultivo de microrganismos. A carga poluidora

de resduos industriais, quando utilizada como fonte de nutrientes, minimiza o problema

do manejo dos efluentes, aliado preservao ambiental. Por outro lado, muitos estudos

foram realizados com intuito de desenvolver tecnologias capazes de minimizar o volume

e a toxicidade de efluentes industriais (BRANCO, 1967; CAMPOS et al., 2006;

FERNANDES-JR, 2001).

Os contaminantes presentes nos efluentes lquidos so removidos por meios

fsicos, qumicos e biolgicos. Os mtodos so normalmente classificados em tratamento

preliminar, operao fsica, processo qumico e processo biolgico.

1.3.3.1 Tratamento preliminar de efluente

O tratamento preliminar de efluentes definido como a remoo dos constituintes

desse lquido que podem causar problemas de manuteno ou operao nas etapas de


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tratamento, processos e sistemas auxiliares. Remove apenas slidos muito grosseiros,

flutuantes e matria mineral sedimentvel. Os processos de tratamento preliminar

utilizam grades, desarenadores (caixa de areia) e caixas de reteno de leo e gordura

(DI-BERNARDO, DANTAS, 2005).

1.3.3.2 Tratamento fsico de efluente

O tratamento fsico de efluentes envolve operaes fsicas que so mtodos de

tratamento nos quais predomina a aplicao de foras fsicas. Como a maioria destes

mtodos envolve diretamente observaes naturais, foram os primeiros a serem

utilizados para o tratamento de efluentes lquidos.

As principais operaes do tratamento fsico so: a) peneiramento: remoo de

materiais grosseiros e sedimentveis por interceptao; b) triturao: reduo de

tamanho de slidos grosseiros para um tamanho menor ou mais uniforme; c) equalizaode fluxo: usada para superar os problemas operacionais causados pelas variaes de

fluxo, para melhorar o desempenho de processos posteriores e para reduzir o tamanho e

custo dos equipamentos; d) mistura: quando compostos qumicos (gases) so misturados

ao efluente para manter slidos em suspenso; e) sedimentao: separao dos slidos

da gua, por decantao gravitacional de partculas suspensas; f) filtrao: remoo de

slidos suspensos finos residuais, utilizando material de porosidade controlvel que

retm as partculas; g) flotao: operao unitria usada para separar partculas slidas

ou lquidas de uma fase lquida por injeo de ar; e h) floculao: promove a agregao

de pequenas partculas em partculas maiores para facilitar sua remoo por

sedimentao gravitacional (DI-BERNARDO, DANTAS, 2005).

Na floculao, so utilizados coagulantes qumicos como sais de alumnio e de

ferro que reagem com a alcalinidade presente ou adicionada nas guas residurias,

formando hidrxidos que desestabilizam colides, partculas em suspenso, pela reduo

do seu potencial zeta a valores prximos de zero, denominado ponto isoeltrico (DI-

BERNARDO, DANTAS, 2005).

A decantao objetiva a sedimentao da matria floculada sob ao da

gravidade. Essa etapa viabilizada pela floculao quando cogulos tornam-se mais

densos e estveis, formando os flocos. Os flocos sedimentam, arrastando alm dos

compostos poluentes, muitos microrganismos. O perodo da permanncia da gua em

um decantador deve ser superior ao tempo necessrio para que a partcula se desloque

desde a superfcie at o fundo do tanque (SPERLING, 2005).


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1.3.3.3 Tratamentos qumicos de efluentes

Os tratamentos qumicos so processos usados para tratar efluentes cujas

alteraes ocorrem por meio de transformaes qumicas dos substratos. Geralmente

ocorrem reaes de precipitao entre substncias adicionadas e os poluentes. Essas

reaes qumicas aliadas ao processo fsico, de coagulao-floculao um dos

processos mais empregado de tratamento de efluente.

Os processos fsicos e qumicos por coagulao-floculao de guas residurias,

decorrentes dos processos industriais largamente utilizado para reduzir a carga

orgnica, considerando a elevada eficincia na remoo, a praticidade operacional e os

custos envolvidos. Na maioria das vezes, esse tratamento precede o tratamento

biolgico auxiliando na remoo de fsforo e de slidos suspensos (DI-BERNADO,

DANTAS, 2005).

A coagulao empregada para remoo de substncias em suspenso oucoloidal. Os colides so representados por partculas que tm tamanhos de 0,1 a 1 nm.

Essas substncias causam cor e turbidez no efluente. As partculas coloidais no

sedimentam e no so removidas por processos de tratamento fsicos convencionais.

Esses compostos possuem propriedades eltricas que geram uma fora de repulso e

impedem a aglomerao e sedimentao. Na maioria dos efluentes industriais, o colide

possui carga negativa, se suas caractersticas no forem alteradas, permanece no meio

lquido (VANACR, GEHLING, 2007).

O processo de coagulao consiste na mistura do coagulante (inorgnico ou

orgnico) com o efluente que produz em soluo, ons positivos por hidrolizao em meio

alcalino cujo processo extremamente rpido. Esses ons desestabilizam as cargas

negativas dos colides e slidos em suspenso, permitindo a aglomerao das partculas

e conseqente, formao dos cogulos (BARRADAS, 2004).

Polmeros orgnicos naturais e sintticos tm sido utilizados como coadjuvantes

da coagulao no tratamento da gua; atuam como uma ponte para o coagulante ajudar

na remoo das partculas formadas quando sais de alumnio ou de ferro so utilizados

como coagulante. Logo, na etapa de floculao, os grandes agregados de flocos que

arrastam os poluentes, precipitam mais rapidamente e consequentemente, a eficincia do

processo maior. Esse processo muito aplicado no tratamento da gua para

abastecimento de gua potvel (DI-BERNADO, DANTAS, 2005).


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1.3.3.4 Tanino

O tanino apresenta alto peso molecular sendo constitudo por compostos

aromticos policclicos amplamente distribudos no reino vegetal. encontrado nas

folhas, frutos, cascas, razes e madeira de rvores. Esses compostos so particularmente

importantes, como matria-prima para curtir couros, na perfurao de petrleo, na

produo de adesivos, no tingimento de tecidos, assim como em indstrias farmacuticas

e em tratamento de efluentes industriais. O tanino tem sido utilizado na coagulao h

mais de trs dcadas como coagulante primrio. Coagulao com polmero orgnico

seguido de sedimentao pode tratar efluentes industriais quando os flocos formados so

suficientemente densos (OZACAR, SENGIL, 2003).

Os taninos so compostos insolveis que de acordo com a sua estrutura qumica

podem ser divididos em duas categorias (BARROS, NOZAKI, 2002; PIZZI, 1993):

os hidrolisveis possuem um grupo carboidrato e sofrem hidrlise cida, alcalinaou enzimtica, so classificados em galotaninos que liberam o cido glico e seus

derivados por hidrlise cida e em elagitaninos que por hidrlise, liberam cido

elgico e cido valnico;

os condensados apresentam estrutura polimrica de unidades de pigmentos

flavonides com diferentes graus de condensao, associada a seus precursores.

O coagulante apresenta alta capacidade de associao com protenas e

carboidratos; atua em sistemas coloidais com ao neutralizantes de cargas e forma

pontes entre as partculas. Esse processo responsvel pela formao de flocos e

conseqente, sedimentao. Dentre os floculantes orgnicos biodegradveis de origem

vegetal, o tanino utilizado em muitas empresas de saneamento para tratamento de

efluentes e de guas de abastecimento (ZACAR, SENGIL, 2003). Esse agente

apresenta tambm as vantagens de no alterar o pH da gua e ser efetivo na faixa de pH

entre 4,5 e 8,0 (MORAES et al., 2005).

1.3.3.5 Tratamento biolgico

Processos biolgicos so mtodos de tratamento realizados por meio de

atividades de bactrias, leveduras, fungos filamentosos e protozorios para remoo decontaminantes. Nesses tratamentos, as substncias orgnicas biodegradveis (coloidais

ou dissolvidas) so metabolizadas por microrganismos que utilizam os compostos

orgnicos como fonte de carbono e de energia. Inicialmente, os organismos produzem os

sistemas enzimticos especficos requeridos em funo dos substratos presentes.

Quando a biodegradao completa, as substncias so convertidas em gs carbnico,


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metano e gua. s vezes, aps esse tratamento, a biomassa removida por

sedimentao (CONNELL, 1997).

Nos ltimos anos, o desenvolvimento da microbiologia tem propiciado varias

alternativas que viabilizam o tratamento biolgico de efluentes industriais. (ORHON et al.,

1999, apud FREIRE et al., 2000).

A capacidade dos microrganismos de degradar compostos orgnicos

cientificamente reconhecida e vem sendo utilizada ao longo do tempo em processos de

tratamento biolgico de efluentes lquidos e de resduos slidos. Devido a essa habilidade

dos microrganismos, foram desenvolvidos processos biotecnolgicos destinados a

diversas finalidades, dentre os quais se destacam a degradao de poluentes e a

recuperao de locais contaminados (solo, guas superficiais e subterrneas). Os

microrganismos podem ser encontrados no prprio ambiente impactado, sendo na

maioria das vezes, os responsveis pelo desaparecimento de contaminantes na natureza(OLIVEIRA, SOUZA, 2003).

O tratamento biolgico fundamenta-se na utilizao de compostos poluentes como

substrato para o crescimento e manuteno de microorganismos. Dependendo da

natureza do aceptor de eltrons, os processos biolgicos podem ser divididos em

aerbios ou anaerbios. Nos aerbios, que levam formao de CO2e H2O, o aceptor

de eltrons o oxignio molecular. Nos anaerbios, que degradam a matria orgnica a

CO2e CH4, o oxignio molecular est ausente, sendo que participam como aceptores de

eltrons algumas formas de carbono, enxofre e nitrognio, respectivamente, CO2, SO4-2e

NO3- (SANTAELLA et al., 2009; SARATALE et al., 2009). A eficincia de remoo da

matria orgnica presente nos rejeitos industriais usualmente medida na forma de

demanda bioqumica de oxignio (DBO), demanda qumica de oxignio (DQO) ou

carbono orgnico total.

1.3.3.5.1 Consrcio de microrganismo

Os processos biolgicos so utilizados no tratamento de efluente pela utilizao

de uma mistura microbiana denominada ''consrcio, especializado em degradar ou

tolerar diversos compostos. Grupos especficos de microrganismos metabolizam apenaslimitada gama de substratos e, portanto, populaes mistas com amplo poder enzimtico

e sinergismo, relaciona-se de forma interativa. Contudo, devem ser considerados as

atividades enzimticas especficas (habilidades) e os co-metabolismos dos

microrganismos presentes no consrcio efetivo (SCHLEGEL, 1992).


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A biodegradao depende da presena de uma populao microbiana,

diversificada e estvel e da interao entre os diversos microrganismos presentes no

meio. Entre outros fatores que nem sempre so controlados com facilidade, ressalta-se o

pH e a temperatura. Alm disso, o longo tempo de degradao e a grande rea

necessria para a implantao das estaes desse tratamento podem dificultar a

aplicao dos processos biolgicos (SPERLING, 2005). A utilizao de consrcios

microbianos tem sido investigada para reduzir o tempo de degradao aerbia de

substncias presentes em efluentes por ao de espcies no identificadas que atuam

em sinergismo (ABRAHAM et al., 2008).

O processo de biodegradao pode ser acelerado pela utilizao das tcnicas de

bioestimulao e de bioaumentao. Na bioestimulao, nutrientes so adicionados e as

condies ambientais otimizadas, visando ao desenvolvimento de populaes nativas de

microrganismos. Pela bioaumentao, so adicionados microrganismos capazes dedegradar rapidamente contaminantes especficos (FENIMAN et al., 2006).

A eficincia do crescimento do consrcio microbiano depende da concentrao de

poluentes, da sua disponibilidade como fonte de carbono, da temperatura e do pH, entre

outros parmetros. A suplementao nutricional acelera o processo de biorremediao. A

adio de grande quantidade de poluentes deve ser balanceada com relao

concentrao de C:N para que seja favorvel atividade microbiana. Nos casos em que

comunidades naturais de degradao esto presentes em nmero reduzido ou mesmo

ausentes, a bioaumentao pode acelerar o processo de degradao

(TCHOBANOGLOUS et al., 2002).

O leo bruto e derivado de petrleo constitui uma mistura complexa de diferentes

classes de hidrocarbonetos. Um nico organismo no capaz de degradar

completamente uma rea contaminada, e, portanto interessante o uso de um consrcio

microbiano com vrias amostras de microrganismos, para promover biorremediao mais

efetiva (SANTAELLA et al., 2009).

No Brasil, os processos de biorremediao ainda so pouco empregados ,

provavelmente devido necessidade de maiores adequaes do processo para aes in

situ em curto prazo. Algumas reas contendo uma mistura complexa de contaminantes,

onde a remediao rpida se faz necessria pelo perigo sade pblica, vrias tcnicas

conjugadas de biorremediao podem ser empregadas no intuito de acelerar o processo.

Ao longoprazo, a microbiota fica adaptada ao local e os compostos so mineralizados

pela ao intermitente dos microrganismos. A biorremediao no pas deve ser


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observada com especial ateno, uma vez que h uma microbiota rica, um clima tropical

e ambiente com caractersticas que propiciam a vida microbiana (CETESB, 2009).

A bioaumentao deve ser realizada utilizando microrganismos com conhecida

habilidade metablica para os solos contaminados, capazes ainda de competirem com a

microbiotanatural dos locais de tratamento e manterem sua competncia na degradao

dos compostos poluentes. A taxa de biodegradao natural em solos contaminados na

maioria das vezes baixa, devido falta de microrganismos na microbiota natural com

capacidade de metabolizar os contaminantes (CONNELL, 1997).

1.3.3.5.2 Processo biolgico aerbio

O processo aerbio fundamenta-se na utilizao de microrganismos que

requerem oxignio molecular para o seu metabolismo. As formas mais comuns de

aplicao industrial esto representadas pelas lagoas aeradas e pelos sistemas de lodosativados. Nas lagoas aeradas, os efluentes so submetidos ao de consrcios de

organismos, muitas vezes de composio desconhecida, durante vrios dias. Neste tipo

de tratamento, a toxicidade aguda removida com relativa facilidade. No entanto, outros

parmetros importantes, como cor e toxicidade crnica, no so eficientemente

reduzidos. Alm disso, alguns problemas associados s perdas de substratos txicos por

volatilizao e contaminao de lenis freticos por percolao, so tambm bastantes

crticos. A toxicidade aguda corresponde a efeitos adversos que ocorrem em um curto

perodo de tempo, geralmente at 14 dias, aps a exposio de um organismo a nica

dose da substncia (poluente) ou depois de mltiplas doses em at 24 h enquanto a

toxicidade crnica envolve efeitos adversos que ocorrem em um organismo durante a

maior parte do seu ciclo de vida (FREIRE et al., 2000).

O tratamento por lodos ativados talvez seja o sistema de biorremediao mais

verstil e eficiente. Esse sistema opera com pouco substrato auxiliar e capaz de

remover a toxicidade crnica e aguda, com menor tempo de aerao. No lodo, existe

grande nmero de espcies bacterianas, fungos, protozorios e outros microorganismos

que podem favorecer a reduo de grande diversidade de compostos. Esse processo,

desenvolvido na Inglaterra no incio do sculo XX, utilizado nos mais diversos tipos deefluentes, inclusive no tratamento de esgotos sanitrios (DI-BERNADO-DANTAS, 2005).

Um dos graves problemas associados ao tratamento aerbio de efluentes

corresponde s perdas de substratos txicos por volatilizao. Para evitar a poluio do

ar, sistemas de biorreatores que operam com membranas, foram desenvolvidos e


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utilizados com sucesso no tratamento de efluentes, retendo as substncias volteis

(TCHOBANOGLOUS et al., 2002).

Segundo Rosenberg et al. (1992), as fontes usuais de nitrognio e fsforo

possuem alta solubilidade em gua, limitando a utilizao dessas fontes em sistemas

abertos (guas e solos contaminados no tratamento in situ) devido a sua rpida diluio.

Os autores sugerem a utilizao de outras fontes de nitrognio e fsforo menos solveis,

tais como fertilizantes hidrofbicos na forma de P2O5.

1.3.3.6 Planejamento fatorial

O procedimento para execuo do planejamento e anlise dos resultados

normalmente segue as seguintes etapas:

a) reconhecer e definir o problema que depende da experincia adquirida no estudo de

processos semelhantes;b) escolher as variveis (fatores de influncia) e as faixas de valores em que essas

variveis sero avaliadas;

c) definir o nvel especfico (valor) para cada varivel;

d) escolher a varivel resposta;

e) executar os experimentos, monitorando-os e controlando-os;

f) analisar os resultados, utilizando mtodos estatsticos;

g) elaborar as concluses e recomendaes, permitindo que decises sejam tomadas a

respeito do processo em estudo.

A idia bsica do mtodo executar um conjunto de experimentos de modo a

considerar todas as possveis variaes dos fatores em estudo, ao mesmo tempo,

determinando as interaes entre esses fatores com um nmero mnimo de

experimentos, fazendo uma triagem e descarte das variveis no significativas, visando

racionalizao do experimento. Os experimentos fatoriais so realizados para determinar

a influncia de uma ou mais variveis independentes (fatores) sobre uma ou mais

variveis dependentes (respostas) de interesse. O objetivo final propor uma funo

matemtica que represente cada sistema, ou pelo menos que se aproxime de um modelo

satisfatrio. Os erros padro so calculados, a superfcie de resposta proposta e as

curvas de nvel so ajustadas, visando otimizao do processo (BARROS-NETO,

SCARMINIO, BRUNS, 2005).

O planejamento experimental uma ferramenta essencial no desenvolvimento de

novos processos e no aprimoramento de processos em utilizao. Representa um

conjunto de ensaios estabelecidos com critrios cientficos e estatsticos e objetiva


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determinar a influncia de diversas variveis nos resultados de um dado sistema ou

processo.


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1.2 Referncias Bibliogrficas

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YONG, C. A. Cyanide - just the facts. In: CYANIDE - Social, Industrial and Economic

Aspects. Nova Orleans: Illumina.2001. p. 97-113.


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CAPTULO II


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Tratamentos de efluentes lquidos de unidades produtoras de

farinha de mandioca

Roberto Albuquerque Lima

Universidade Federal de Pernambuco - Centro Acadmico do Agreste

[email protected]

Clarissa Daisy da Costa Albuquerque

Ncleo de Pesquisas em Cincias Ambientais (NPCIAMB)

Centro de Cincias e Tecnologia (CCT)

Universidade Catlica de Pernambuco (UNICAP)[email protected]

Alexandra Amorim Salgueiro*

NPCIAMB, CCT, UNICAP

[email protected]

Rua do Prncipe, 526, Boa Vista, Recife, PE, Brasil, 50050-900;

Tel. +55 081 21194017; Fax +55 081 21194043; www.unicap.br

Suporte financeiro UNICAP, FACEPE e CAPES

*Autor para correspondncia

Manuscrito a ser submetido ao Electronic Journal of Biotechnology


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2.1 Resumo

O presente trabalho teve como objetivo investigar as eficincias de remoo da

demanda qumica de oxignio (DQO), da turbidez e do cianeto da manipueira por

tratamentos fsico-qumicos e biolgicos. No tratamento fsico-qumico por coagulao-

floculao, trs planejamentos fatoriais completos foram realizados para investigar os

fatores pH, tanino e o efeito do polmero sinttico Polipan sobre as variveis respostas

(DQO, turbidez e cianeto) da manipueira. A eficincia mxima de remoo de DQO foi 91

% a pH 8,0 na presena de tanino 1,0 mL/L e Polipan 0,030 ppm. A maior remoo de

turbidez atingiu 75 %, determinada a pH 8 e tanino 0,8 mL/L na ausncia do Polipan,

visando diminuir os custos. Nessas condies foi determinado 0,7 mg CN-/L na

manipueira tratada correspondendo a uma reduo de 25% da concentrao presente no

efluente bruto. Nos tratamentos biolgicos aerbios por consrcio microbiano durante 48h, as remoes de DQO e turbidez atingiram a mesma faixa de valores dos tratamentos

fsico-qumicos. As eficincias mximas de reduo de DQO (88 %) e de turbidez (69 %)

foram determinadas na presena do consrcio microbiano 20 % v/v, cloreto de amnio 5

% e a pH 8,0. Os resultados dos tratamentos da manipueira mostram que o pH 8 foi fator

chave para remoo de DQO desse efluente.

Palavras-chaves: manipueira, tanino, coagulao-floculao, consrcio microbiano,

tratamento biolgico aerbio.


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2.2 Introduo

A manipueira um lquido de aspecto leitoso que liberado das razes da

mandioca por ocasio da sua moagem e prensagem. Tem grande potencial poluente

decorrente de seu elevado contedo em matria orgnica. Quimicamente, apresenta-se

como uma mistura de amido, glicose e outros acares, protenas e derivados

cianognicos dentre outras substncias orgnicas e sais minerais. Sua potencialidade

como nematicida, inseticida e acaricida advm da presena do cianeto, enquanto o

enxofre garante-lhe a eficincia como fungicida. A manipueira pode ainda ser utilizada na

fertirrigao (MANIPUEIRA, 2007).

A manipueira pode poluir os recursos hdricos quando lanada diretamente em

guas superficiais ou em reas com fertirrigao. O enriquecimento do corpo aqutico

por macronutrientes, com destaque para os compostos de nitrognio e fsforo altera acapacidade de autodepurao do corpo receptor e favorece o fenmeno de eutrofizao

pelo crescimento de algas em excesso (BARANA, 2008).

O potencial txico da manipueira agravado pela presena de cianeto. Existem

relatos de morte de animais que beberam da gua em locais de descarga desse

poluente. A manipueira procurada pelos animais pelo seu gosto adocicado devido

presena da glicose na sua composio qumica. freqente a morte de peixes em

corpos dgua receptores desse efluente (FIORETTO, 2001).

O glicosdio caracterstico da planta de mandioca (linamarina) hidrolisvel a

cido ciandrico (BRANCO, 1979). Esse glicosdio pode afetar clulas nervosas, combinar

com a hemoglobina do sangue e, por inibir a cadeia respiratria, txico para os seres

vivos (CEREDA, 2000). Uma tonelada de mandioca produz cerca de 300 L de manipueira

e uma fecularia que processe uma tonelada dessas razes/dia produz manipueira com

capacidade poluidora equivalente poluio ocasionada por 200 - 300 habitantes/dia

(HESS, 1962).

Os processos de tratamento de efluentes industriais visam reduzir a carga

orgnica e a toxicidade dos efluentes de maneira a atingir os padres de qualidade de

lanamentos estabelecidos por rgos oficiais de controle da poluio ambiental. A

coagulao um fenmeno fsico e qumico que depende da concentrao da substncia

coagulante e do pH final da mistura. O fenmeno qumico consiste de reaes entre o

coagulante e a gua com formao de espcies hidrolisadas de carga positiva. No

fenmeno fsico, h transporte das espcies hidrolisadas para que haja contato com as

impurezas. um processo rpido, que depende do pH, da temperatura, da condutividade


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eltrica, da concentrao e da composio das impurezas. utilizado em estaes de

tratamento de gua por mistura rpida seguida de mistura lenta, para que favorea a

formao de flocos no processo denominado, floculao. Esses flocos podem ser

removidos por sedimentao, flotao ou filtrao (DI-BERNARDO, DANTAS, 2005).

A capacidade dos microrganismos de degradar compostos orgnicos

cientificamente reconhecida e vem sendo utilizada ao longo do tempo em processos de

tratamento biolgico de efluentes lquidos e resduos slidos (SANTAELLA et al., 2009;

SARATELA et al., 2009). Devido a essa habilidade, processos biotecnolgicos destinados

degradao de poluentes e recuperao de reas contaminadas foram desenvolvidos

(COSTA et al., 2007; DIAS, 2007). Bactrias, leveduras e fungos filamentosos podem ser

encontrados no prprio ambiente impactado, e na maioria das vezes, responsveis pela

biodegradao natural de contaminantes. Em tratamentos biolgicos, os consrcios de

microrganismos autctones podem ser bioestimulados para facilitar o crescimento celulare consequentemente, degradar por interao metablica, a matria orgnica com maior

eficincia (ABRAHAM et al., 2008)

Este trabalho teve como objetivo investigar as eficincias de remoo de DQO,

turbidez e cianeto de efluente de produo de farinha de mandioca (manipueira) por

tratamento fsico e qumico por coagulao-floculao e por tratamento biolgico aerbio

por consrcio microbiano.


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2.3 Material e mtodos

2.3.1 Amostragem

A manipueira foi coletada na prensa de uma casa de farinha de mandioca,

localizada no estado de Pernambuco (Brasil). Esse efluente foi distribudo em depsitos

de plstico de 2 5 L e fermentado temperatura ambiente por 48 h no laboratrio. O

material slido sedimentado denominado (popularmente) de goma foi descartado e o

sobrenadante foi succionado e armazenado em depsitos (de plstico) e congelado a

20 C para padronizao da amostra nos experimentos, em tempos diferentes (Figura 1).

Figura 1Obteno da manipueira pela prensagem da mandioca

2.3.2 Anlises fsico-qumicas

A determinao do pH foi realizada com o auxlio de um potencimetro (Quimis

Q400S) e a turbidez, no turbidmetro (Policontrol AP100). A DQO foi determinada

segundo o mtodo de refluxo fechado (micro), utilizando a soluo digestora de

dicromato de potssio a quente, em meio cido (APHA, 1998). O cianeto livre foi

determinado por colorimetria, na faixa de 0,002 a 0,400 mg CN-/L por curva de calibrao

(kit da MERCK). A composio fsica e qumica do efluente foi determinada utilizando kit

enzimtico para protenas (Labtest); os carboidratos foram quantificados de acordo com a

metodologia de Dubois et. al. (1956), utilizando fenol e cido sulfrico e os lipdios foram

determinados, aps a extrao com clorofrmio e metanol por Kit enzimtico; e o resduo

mineral foi calculado em funo da diferena entre os slidos totais e os slidos volteis

de acordo com a APHA (1998).


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2.3.3 Anlises microbiolgicas

a) Quantificao de bactrias aerbias heterotrficas mesfilas a 35 C por 48 h,

utilizando o meio de contagem padro (triptona glicose agar);

b) Quantificao de fungos filamentosos e leveduras a 20 C por 5 a 7 dias, utilizando o

meio de malte agar na presena de cloranfenicol.

Para quantificar as densidades de bactrias e dos fungos expressas em unidades

formadoras de colnias por 100 mL (UFC/mL), foram preparadas diluies decimais das

amostras do efluente. Foi utilizada gua tamponada a pH 7,2, distribudas em frascos de

diluio contendo 90 ou 99 ml do diluente, esterilizado em autoclave (APHA, 1998).

2.3.4 Tratamento biolgico

2.3.4.1 Obteno do consrcio microbiano

Foram montados trs reatores de vidro com volume til de 1500 mL do efluente.

Foi adicionado sulfato de amnio a 0,8 % a aerao foi de 1 vvm a temperatura entre 28

30 oC e a agitao mecnica de 200 rpm durante 30 dias (Figura 2). Aps 7 dias de

cultivo, foram adicionados semanalmente pulsos do efluente, de 150 mL cada um,

contendo o sulfato de amnio. Para avaliar o crescimento e o potencial biotecnolgico de

cada consrcio microbiano foram retiradas amostras dos cultivos em tempos prefixados

(0, 7, 21 e 28 dias), designados com as letras A, B e C.

Figura 2 Biorreator de vidro de bancada com agitao e aerao controladas para

obteno do consrcio microbiano


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2.3.4.2 Planejamentos experimentais do tratamento biolgico

Foram realizados dois planejamentos fatoriais completos cujos nveis e fatores

esto apresentados nas tabelas 1 e 2. O primeiro teve como fatores o pH e as

concentraes do consrcio e de cloreto de amnio (tabela 1) e como variveis respostas

a DQO com 24 e 48 h. O segundo teve como fatores o pH e a concentrao de cloreto de

amnio (tabela 2) e como variveis respostas a DQO e a turbidez. O tratamento

biolgico das amostras do efluente foi realizado em frascos de Erlermeyer de 500 mL,

com volume til de 200 mL que foi mantido sob agitao em orbital a 150 rpm e a 28 C

(Figura 3). No segundo planejamento do tratamento biolgico, a concentrao do

consrcio microbiano foi padronizada, em funo dos resultados obtidos no primeiro

planejamento. Cada frasco continha 160 mL do efluente e 40 mL do consrcio microbiano

e os experimentos foram realizados durante 48 h.

Figura 3 Tratamento biolgico da manipueira no shaker

Tabela 1 Fatores e nveis investigados no primeiro planejamento fatorial do tratamento

biolgico da manipueira

NveisFatores

-1 0 +1

Consorcio (%) 10 15 20

NH4Cl (%) 1 3 5

pH 4 6 8


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Tabela 2 Fatores e nveis investigados no segundo planejamento do tratamento biolgico

da manipueira

NveisFatores

-1 0 +1

NH4Cl (%) 5 6 7

pH 7 8 9

2.3.5 Tratamento fsico-qumico do efluente

O tratamento fsico-qumico foi realizado por coagulao-floculao e decantao,

obedecendo a planejamentos fatoriais completos realizados sequencialmente cujos nveis

e fatores investigados encontram-se especificados nas tabelas 3, 4 e 5. Foram

investigados os fatores: pH, tanino (Tanfloc) e o polmero sinttico auxiliar da floculao

(Polipan); as variveis respostas foram DQO, turbidez e concentrao de cianeto. A

adio de tanino e de Polipan foram realizadas por mistura rpida (200 rpm por 30 s),

seguida de mistura lenta (15 rpm por 15 min.) no Jar Test. Aps uma hora de

decantao, o sobrenadante foi separado e armazenado para anlises (Figura 4).

Figura 4Tratamento fsico-qumico da manipueira no Jar test


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Tabela 3Fatores e nveis investigados no primeiro planejamento fatorial do tratamento

fsico-qumicoda manipueira

NveisFatores

- 1 0 +1

pH 4,6 6,3 8,0

Tanino (mL/L) 0,2 0,6 1,0

Polipan (ppm) 0 0,015 0,030

Tabela 4Fatores e nveis investigados no segundo planejamento fatorial do tratamento

fsico-qumico da manipueira

NveisFatores

-1 0 +1

pH 8,0 9,0 10

Tanino (mL/L) 0,4 0,6 0,8

Tabela 5Fatores e nveis investigados no terceiro planejamento fatorial do tratamento

fsico-qumico da manipueira

NveisFatores

-1 0 +1

pH 6,0 7,0 8,0

Tanino (mL/L) 1,0 2,0 3,0


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2.4 Resultados e discusso

2.4.1 Caracterizao da manipueira

As caractersticas fsico-qumicas e microbiolgicas dos efluentes dependem da

matria-prima e de tcnicas no processamento industrial. No caso da manipueira que

originada de um agro-produto, outros fatores tambm interferem na composio fsico-

qumica: condies climticas e adubao de solo.A composio qumica de razes de

mandioca, segundo a EMBRAPA (2002), formada principalmente por umidade 60 65

g/100 g ddo tubrculo, carboidratos 30 35 g/100 g e protenas 0,5 - 2,5 g/100 g. Na

obteno da farinha de mandioca, aps a prensagem do tubrculo, partes desses

compostos so arrastadas pela gua os quais compem a manipueira.

A tabela 6 apresenta a caracterizao fsico-qumica da manipueira coletadanuma casa de farinha localizada no nordeste do Brasil.

Tabela 6Composio fsico-qumica da manipueira

Parmetros Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Mdia desvio

padro

Carboidratos (%) 2,57 2,78 2,70 2,68 0,11

Protenas (%) 1,84 1,73 1,65 1,74 0,10

Lipdios (%) 0,42 0,70 0,87 0,66 0,23Resduo mineral (%) 0,44 0,98 0,95 0,79 0,30

Extrato seco (%) 5,27 6,19 6,17 5,87 0,53

A manipueira utilizada nesse trabalho apresentou valores de carboidratos entre

2,6 - 2,8 %; protenas, 1,6 - 1,8 %; lipdeos, 0,4 - 0,9 % e resduo mineral 0,4 - 1 %. Esses

resultados comprovaram que esse efluente rico em carboidratos e que no um

efluente gorduroso. A presena de substncias qumicas e sais minerais na manipueira

contribuem para seu reaproveitamento em processo biotecnolgico onde esses nutrientespodem ser metabolizados por microrganismos.

A separao da goma presente no efluente da prensagem da mandioca ocorreu

por decantao no laboratrio, conforme especificado na metodologia, devido ao valor

comercial desse produto no mercado. Conseqentemente, o contedo de carboidratos


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determinado no efluente do presente trabalho foi menor que a quantidade de amido (5 a 7

%), especificada na literatura para amostra de manipueira (FIORETTO, 2001).

O pH em torno de 4,0 (tabela 7) foi determinado no efluente investigado. O meio

cido favorece o crescimento de fungos e evita ou reduz a contaminao bacteriana

(PELCZAR, CHAN, KRIEG, 2004). A literatura apresenta valores de pH cido para

efluentes da produo de farinha de mandioca. Fioretto (2001) determinou os seguintes

valores de pH: 3,3; 3,9; 4,0 e 4,2 para quatro diferentes amostras de manipueira

enquanto Barros e colaboradores (2008) determinaram pH 3,6 para a manipueira

coletada numa casa de farinha de mandioca em Pombos (PE).

Tabela 7 Caracterizaes fsico-qumica e microbiolgica da manipueira

Parmetros Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3

pH 4,3 4,0 3,8DQO (mg O2/L) 33.440 52.160 44.250

Turbidez (UNT) 800 800 800

Cianeto (mg CN-/L) 0,75 0,82 0,84

Contagem padro de bactrias (UFC/mL) 2 x 103 1 x 103 9 x 103

Fungos filamentosos (UFC/mL) 1 x 10 1 x 102 7 x 10

Leveduras (UFC/mL) 0 0 2 x 102

Nesse trabalho, trs amostras do efluente da produo de farinha apresentaram

elevado contedo de matria orgnica expressa em DQO cujos valores determinados

variaram entre 33.440 e 52.160 mg O2/L (tabela 7).

Feiden (2001) determinou valores de DQO entre 20.930 e 92.000 mg O2/L para

guas residurias da produo de farinha de mandioca, comprovando o elevado teor de

matria orgnica nesse efluente. Marstica e Pastore (2007) obtiveram valores mdios de

DQO de 53.400 mg O2/L para amostras de manipueira da cidade de Campinas, So

Paulo. Salgueiro e colaboradores (2009) determinaram valores de DQO de 37.908 mg

O2/L para amostras da manipueira coletada no municpio de Pombos, Pernambuco. A

legislao brasileira no determina o valor mximo permitido para DQO em lanamentode efluentes industriais, entretanto os valores determinados demonstraram a presena de

elevada carga poluidora (BRASIL, 2005).

O efluente da produo de farinha de mandioca utilizado nesse trabalho

apresentou concentraes de cianeto entre 0,75 a 0,84 mg CN -/L. Esse dado est acima

do valor permitido pelo CONAMA357(BRASIL, 2005) que permite um valor mximo de


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cianeto de 0,2 mg/L para lanamento de efluentes em corpos dgua. Sendo assim, fica

comprovado que o efluente da produo de farinha de mandioca no deve ser lanado

em corpos dgua sem tratamento adequado. Ressalta-se que a gua do rio Tapacur

que atravessa a regio onde ocorre a produo de farinha de mandioca, utilizada no

abastecimento pblico da populao da regio metropolitana de Recife.

No estado do Paran no sul do Brasil, foi constatada a poluio por cianeto

oriunda de uma indstria de fecularia; foram determinados valores de 10 mg/L para o

cianeto livre em efluentes da produo de farinha de mandioca, cujo valor 50 vezes

maior que o mximo permitido pela legislao (FEIDEN, 2001). Por outro lado, Barros e

colaboradores (2008) apresentaram valores de cianeto de 0,32 mg CN-/L para amostras

de manipueira, oriundas de uma casa de farinha localizada no municpio de Pombos, em

Pernambuco.

O efluente da produo de farinha de mandioca investigada apresentou umapopulao microbiolgica formada principalmente por bactrias e em menor

concentrao, fungos filamentosos e leveduras. As trs amostras do efluente

apresentaram 103 104 UFC/mL de bactrias e de 10 - 102 UFC/mL de fungos

filamentosos; as leveduras no foram enumeradas em duas amostras de manipueira

enquanto na outra amostra, foram determinados 102UFC/mL de leveduras (tabela 7).

A literatura apresenta nmeros elevados de bactrias em efluentes industriais e

nos respectivos corpos receptores que recebe as descargas desses efluentes (COSTA et

al., 2007).

A populao microbiana da manipueira pode viabilizar o tratamento biolgico por

processo de bioestimulao onde os poluentes so degradados para produo de

energia e utilizados para crescimento e manuteno celular. No tratamento desse

efluente, os microrganismos autctones podero ser estimulados, favorecendo o

crescimento celular pela utilizao da matria orgnica como fonte de energia e de

carbono, degradando os poluentes.

2.4.2 Tratamento biolgico da manipueira

2.4.2.1 Obteno de consrcio de microrganismos

A manipueira pode ser utilizada na obteno do consrcio microbiano

considerando a presena de carboidratos, protenas, lipdios e resduos minerais (tabela

6) e a presena de microrganismos (tabela 7), atuando na matria orgnica como


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nutrientes no cultivo de microrganismos, o pH cido (tabela 7) favorece o controle de

contaminao durante o processo.

O consrcio microbiano utilizado na biodegradao da manipueira foi obtido por

bioestimulao dos microrganismos autctones. A obteno do consrcio microbiano na

presena do sulfato de amnio foi justificada, considerando o baixo teor de nitrognio

presente nesse efluente.

A tabela 8 ilustra os resultados das contagens de bactrias durante a obteno

dos trs consrcios de microrganismos (designados por A, B e C) a partir do efluente da

produo de farinha de mandioca. Na primeira etapa de crescimento do consrcio

microbiano, o nmero de colnias aumentou de 102 a 107 UFC/mL de bactrias. No

stimo dia de cultivo, foi adicionado o primeiro pulso do efluente, correspondente a 10

% do volume til do biorreator. A biomassa mxima atingiu 108UFC/mL de bactrias,

permanecendo constante at o trmino do experimento, independente dos outros doispulsos adicionados.

A figura 5 ilustra a curva de cresciment

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Dissertacao Roberto