PAULA PERONDI - biblioteca.unilasalle.edu.br · ii paula perondi avaliaÇÃo da atenuaÇÃo de efluente de refinaria de petrÓleo por bioprocesso como alternativa para remediaÇÃo

PAULA PERONDI

AVALIAÇÃO DA ATENUAÇÃO DE EFLUENTE DE REFINARIA DE PETROLEO

POR BIOPROCESSO COMO ALTERNATIVA PARA REMEDIAÇÃO

Orientador: Prof. Dr. Delmar Bizani

CANOAS, 2016.

ii

PAULA PERONDI

AVALIAÇÃO DA ATENUAÇÃO DE EFLUENTE DE REFINARIA DE PETRÓLEO POR

BIOPROCESSO COMO ALTERNATIVA PARA REMEDIAÇÃO

Trabalho de Conclusão de Curso

apresentado no Centro Universitário La

Salle - Unilasalle, como parte dos

requisitos para obtenção do Título de

Química Bacharel.

Orientador: Prof. Dr. Delmar Bizani

CANOAS, 2016.

iii

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus, por estar sempre presente na minha vida guiando

meus caminhos.

Ao meu orientador, Prof. Dr. Delmar Bizani por toda a dedicação e incentivo. Que se

mostrou sempre muito disposto a partilhar comigo suas ideias e experiências. Fica minha

admiração e gratidão pela pessoa e profissional que és.

Aos meus pais, irmão e meu noivo, pelo amor, incentivo e apoio incondicional.

Aos meus amigos e colegas de trabalho por todo apoio e cumplicidade.

E a todos que direta ou indiretamente contribuíram para minha formação, o meu

muito obrigado.

iv

RESUMO

Os processos industriais são, sem dúvida, essenciais nos dias de hoje, mas essas atividades

assim como outras, resultam na geração de resíduos que necessitam ser tratados e/ou de um

destino final adequado. A biorremediação utiliza microrganismos para degradar substancias

tóxicas ao ambiente transformando-as em substancias menos prejudiciais. Neste estudo

utilizou-se a bioprocesso com consorcio bacterianos como método de atenuação de alguns

parâmetros físico-químicos de um efluente oriundo da lavagem do processo de destilação de

uma refinaria de petróleo. Para o desenvolvimento da pesquisa foi utilizado um consorcio

microbiano comercial que foi aplicado no efluente em estudo e ficou sob condições

controladas em um biorreator/fermentador no Laboratório de Microbiologia e Bioquímica de

Microrganismos do Unilasalle Canoas/RS. O efluente foi submetido a analises físico-

químicas antes e depois do bioprocesso para possível caracterização e comparação dos

resultados. Foi avaliado que embora o efluente possua uma baixa carga biodegradável, o

consorcio microbiano apresentou bons resultados em alguns parâmetros analisados.

Palavras-chave: Biorremediação, efluente, consórcio microbiano.

v

ABSTRACT

Industrial processes are undoubtedly essential these days, but these activities as well as others,

result in the generation of waste that need to be treated and / or an appropriate final

destination. Bioremediation uses microorganisms to degrade toxic substances to the

environment by transforming them into less harmful substances. In this study we used the

bioprocess with bacterial consortium as a method of attenuation of some physico-chemical

parameters of the effluent coming from the washing of the distillation of a petroleum refinery

process. For the development of the research was used a commercial microbial consortium

that was applied in the effluent under study and came under controlled conditions in a

bioreactor / fermentor in the Laboratory of Microbiology and Biochemistry of

Microorganisms of Unilasalle Canoas / RS. The effluent was subjected to physical and

chemical analysis before and after the bioprocess for possible characterization and

comparison of results. It was reported that while the effluent has a low biodegradable load, the

microbial consortium showed good results in some parameters analyzed.

Keywords: bioremediation , effluent, microbial consortium

vi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Oxímetro ALFAKIT............................................................................................... 13

Figura 2 - Ativação do produto................................................................................................. 14

Figura 3 – Biorreator/ Fermentador.......................................................................................... 15

Figura 4 – Peneira..................................................................................................................... 16

Figura 5 – Biorreator/Fermentador MARCONI....................................................................... 16

Figura 6 – Gráfico Curva de Crescimento................................................................................ 17

Figura 7 – Gráfico curva de crescimento da biomassa............................................................. 19

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Metodologias utilizadas nas análises ........................................................................... 9

Tabela 2 – Dados da contagem..................................................................................................... 17

Tabela 3 – Análises realizadas no efluente .................................................................................. 18

Tabela 4 – Análise de Peso Seco .................................................................................................. 18

Tabela 5 – Análises após a biorremediação................................................................................. 19

viii

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. VI

LISTA DE TABELAS .............................................................................................................. VII

1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 1

2 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 2

3 REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................................................. 3

3.1 Refino de Petróleo ................................................................................................................ 3

3.2 Tratamento Biológico de Efluentes ................................................................................... 3

3.3 Biorreatores .......................................................................................................................... 3

3.4 Processos Aeróbicos............................................................................................................. 4

3.5 Processos Anaeróbicos ........................................................................................................ 4

3.6 Biorremediação .................................................................................................................... 4

3.7 Enzilimp® ............................................................................................................................. 5

3.8 Condições e Fatores Ambientais........................................................................................ 5

3.8.1 Temperatura ........................................................................................................................ 5

3.8.2 pH 6

3.8.3 Macronutrientes .................................................................................................................. 6

3.8.4 Micronutrientes ................................................................................................................... 6

3.8.5 Oxigênio Dissolvido ............................................................................................................ 6

3.9 Indicadores globais mais utilizados para caracterização de efluentes ........................ 7

3.9.1 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) ........................................................................ 7

3.9.2 Demanda Química de Oxigênio (DQO) ............................................................................ 7

3.9.3 Sólidos em Suspensão Totais (SST) ................................................................................... 7

3.9.4 Óleos e graxas (OG) ........................................................................................................... 7

4 METODOLOGIA .................................................................................................................... 8

ix

4.1 Laboratório ........................................................................................................................... 8

4.2 Efluente.................................................................................................................................. 8

4.3 Experimento ......................................................................................................................... 8

4.3.1 Parâmetros Físico-Químicos ............................................................................................. 8

4.3.2 Metodologias das análises ................................................................................................. 9

4.3.3 Ajuste de pH ...................................................................................................................... 14

4.3.4 Ativação do Enzilimp® ..................................................................................................... 14

4.3.5 Bioprocesso em Biorreator/Fermentador ....................................................................... 15

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO .......................................................................................... 17

5.1 Análises preliminares ........................................................................................................ 17

5.2 Caracterização do Efluente .............................................................................................. 18

5.3 Peso seco .............................................................................................................................. 18

5.4 Experimento biológico ...................................................................................................... 19

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................... 21

REFERÊNCIAS. ......................................................................................................................... 22

1

1 INTRODUÇÃO

Os problemas ambientais tem-se tornado cada vez mais críticos e frequentes. O

crescimento populacional e o aumento da atividade industrial certamente são os principais

motivos das alterações da qualidade da água, do solo e do ar.

As Refinarias de Petróleo apesar de possuir grande importância em nossa sociedade atual,

do ponto de vista ambiental elas são grandes geradoras de poluição. O petróleo no seu estado

bruto não possui muitas aplicações, mas após passar por uma série de beneficiamentos seus

derivados tornam-se fundamentais. Para o processo de transformação do material bruto em

produtos como gasolina, querosene, lubrificantes, nafta, diesel, e etc. utiliza-se grande

variedade de solventes com diferentes graus de solubilidade para extrair essas substancias

desejável. E esta atividade acaba gerando efluentes que apresentam grande diversidade de

poluentes orgânicos e inorgânicos que precisam ser devidamente tratados.

Devido a essas e outras implicações ambientais, diversas tecnologias tem sido buscadas

para o tratamento de efluentes de indústrias de todos os segmentos. Dentre elas, destaca-se a

biorremediação, que é um tratamento biológico onde se utiliza microrganismos para degradar,

modificar ou remediar substancias toxicas de resíduos prejudiciais ao meio ambiente

(WEBER; SANTOS, 2013).

O tratamento biológico de efluentes consiste principalmente na remoção e na

biodegradação dos poluentes orgânicos. O tratamento biológico também é utilizado na

remoção de outros poluentes, mas devido ao grande impacto causado pelos poluentes

orgânicos este processo acaba sendo utilizado prioritariamente para esta finalidade.

(SANT’ANNA JUNIOR, 2013).

2

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Este trabalho tem como objetivo principal avaliar atenuação de efluente oriundo da

lavagem de gases do processo de destilação de uma Refinaria de Petróleo, utilizando

consórcio de microrganismos como alternativa para a biorremediação.

2.2 Objetivo Específico

Determinar a eficiência do tratamento biológico, utilizando consórcio bacteriano

Enzilimp® em um efluente de Refinaria de Petróleo.

Realizar análises físico-químicas (demanda bioquímica de oxigênio, demanda química

de oxigênio, nitrogênio total, nitrogênio amoniacal, peso seco, sólidos suspensos, pH e

oxigênio dissolvido) antes e depois do processo de biorremediação do efluente de

Refinaria de petróleo.

3

3 REFERENCIAL TEÓRICO

3.1 Refino de Petróleo

O Petróleo é uma complexa mistura de compostos orgânicos e inorgânicos, em que se

predominam os hidrocarbonetos (compostos formados de carbono e hidrogênio). O Petróleo

da maneira que é extraída do solo não possui muitas aplicações, por este motivo, ele é

submetido a uma série de processos de beneficiamento, como separação, conversão e

tratamento pelos quais se obtém grande diversidade de compostos. O refino de petróleo

consiste na serie de processos que o mineral bruto passa para a obtenção de diversos

derivados, estes sim, produtos de grande interesse comercial e com muitas aplicações

(GAUTO, 2011).

As principais operações unitárias presentes nos processos de separação das refinarias de

petróleo são: dessalinização, destilação atmosférica, destilação a vácuo, desasfaltação a

propano, desaromatização a furfural, desparafinação e desoleificação. Ainda possui os

processos de conversão onde se destacam: craqueamento térmico, visco-redução,

coqueamento, craqueamento catalítico, hidrocraqueamento catalítico,

hidrotratamento/hidroprocessamento, alquilação, isomerização, polimerização, reforma

catalítica e tratamentos químicos. E, os processos de tratamento que são: tratamento bender,

lavagem caustica, tratamento merox e tratamento com DEA (MARIANO, 2001).

Como a maioria das indústrias, a refinaria de petróleo também é uma grande geradora de

efluentes e causadoras de grandes impactos ambientais, logo se torna responsável pelo

tratamento desses resíduos prejudicial ao meio ambiente.

3.2 Tratamento Biológico de Efluentes

O tratamento biológico de efluentes se aplica na remoção e biodegradação de poluentes

orgânicos, de nitrogênio amoniacal, nitratos, nitritos e fósforo. Em decorrência da magnitude

do impacto causado pelos poluentes orgânicos a remoção da matéria orgânica é a de maior

finalidade dos processos de tratamento (SANT’ANNA JUNIOR, 2013).

3.3 Biorreatores

4

Os biorreatores são projetados com cautelosa atenção para areação, controle de pH e de

temperatura. São utilizados para fermentação industrial. Existem diversos tipos, mas os mais

utilizados são os biorreatores de agitação continua, onde o ar é introduzido por meio de um

difusor no fundo e uma serie de pás impulsoras e uma parede fixa que impede a passagem de

fluidos mantém a suspensão microbiana em agitação (TORTORA; FUNK; CASE, 2005).

Nestes sistemas a biomassa pode crescer em suspensão ou aderidos a uma matriz. (MINATTI,

2009). Os sistemas com biomassa em suspensão são aquelas que os microrganismos ficam

dispersas no meio. Já os biorreatores com biomassa aderida são sistemas onde a biomassa

encontra-se fixada a suportes sólidos. (BRANDÃO, 2002).

3.4 Processos Aeróbicos

Este tipo de processo fundamenta-se no uso de microrganismos que requerem oxigênio

molecular. Os processos aeróbicos transformam a matéria orgânica carbonácea em produtos

finais como sais, CO2 e H2O. (MOURA, 2009)

3.5 Processos Anaeróbicos

Este tipo de processo realiza-se sem a presença de oxigênio, como o próprio nome já diz.

Os microrganismos anaeróbicos transformam a matéria orgânica em metano, gás carbônico e

água. Através da hidrólise da matéria orgânica de cadeias longas obtêm-se moléculas de

cadeias mais curtas e assim torna-se possível a fermentação que converte os compostos

obtidos na hidrólise em ácido acético, ácido valérico, hidrogênio e CO2 que posteriormente

são compostos utilizados pelas bactérias metanogênicas que os converte em metano e gás

carbônico, mais conhecido como biogás. (MOURA, 2009).

3.6 Biorremediação

O uso de microrganismos para degradar poluentes é denominado biorremediação. O

processo de biorremediação consiste em utilizar organismos vivos para reduzir ou remover

poluentes no ambiente. Normalmente os organismos vivos são plantas ou microrganismos.

Embora processos químicos e físicos também sejam utilizados para descontaminar águas

superficiais, subterrâneas, solos, resíduos e efluentes industriais o processo biológico de

5

biorremediação ainda é o processo mais ecologicamente adequado. (GAYLARDE;

BELLINASO; MANFIO, 2005).

3.7 Enzilimp®

O Enzilimp é uma mistura de culturas bacterianas que possui uma ampla capacidade

de degradação orgânica. É um produto natural (microrganismos sem alterações genéticas),

apresenta-se na forma de pó, é estável, isento de microrganismos patogênicos, não possui

adição de produtos químicos, é atóxico, não corrosivo e de uso seguro. As bactérias presentes

na formulação do Enzilimp® possuem características aeróbias e anaeróbias facultativas,

podendo ser utilizado em qualquer tipo de sistema (ENZILIMP, 2016).

O principio ativo é uma mistura concentrada de microrganismos na forma de esporos,

ativados quando em contato com a água. Depois de ativados produzem enzimas, que aceleram

a quebra da matéria orgânica (macromoléculas orgânicas), transformando as longas cadeias

orgânicas em cadeias mais curtas e mais fáceis de serem metabolizadas. Com a quebra das

macromoléculas, torna-se mais fácil para as bactérias conseguirem utilizar essas moléculas

menores para suas atividades metabólicas, como alimento, e transformam a matéria orgânica

inicialmente poluente, em elementos inócuos, como sais minerais, água e gás carbônico

(ENZILIMP, 2016).

3.8 Condições e Fatores Ambientais

Os microrganismos atuam com algumas condições especificas, como temperatura, pH,

oxigênio dissolvido, carga orgânica, nutrientes e substancias toxicas. Estes são alguns fatores

que influenciam diretamente no ambiente em que atuam os microrganismos e devem ser

controlados para melhor rendimento do sistema. (CLAAS, 2007).

3.8.1 Temperatura

O tratamento biológico aeróbio pode ser conduzido numa faixa de temperatura de 10 a

40ºC. Esse é um fator que influencia bastante no comportamento dos microrganismos. A

velocidade do processo cresce de 10 até 35ºC que seria a temperatura de máxima atividade

microbiana. Em uma temperatura inferior a 5ºC ou superior a 40ºC há queda nas velocidades

de crescimento e de metabolização do substrato (ROQUES, 1980).

6

3.8.2 pH

A faixa de pH de 6,0 a 8,0 é considerada como adequada para processo biológico. As

bactérias heterotróficas atuam de um modo geral numa faixa de pH de 5,5 a 8,5 com

crescimento ótimo próximo de 7,0. (SANT’ANNA JUNIOR, 2013).

3.8.3 Macronutrientes

Alguns autores recomendam o emprego da relação DBO5/N/P = 100/5/1 para se dispor

de adequada quantidade de macronutrientes no tratamento aeróbio. A deficiência em

nutrientes pode acarretar em um processo ineficiente e mudanças na população microbiana.


3.8.4 Micronutrientes

As comunidades microbianas típicas de processos aeróbios não são muito exigente

quanto aos micronutrientes, por este motivo, se torna muito raro a necessidade de

suplementação de micronutrientes em efluentes (SANT’ANNA JUNIOR, 2013). Mas, sob

determinadas condições há necessidade de suplementação para que o bioprocesso se trone

mais eficiente, principalmente, em função da variável tempo. Outro aspecto importante é que

a suplementação com nutrientes visa suprir a falta de algum nutriente ou adequar às melhores

condições de crescimento microbiano (MAINARDI, 2015).

3.8.5 Oxigênio Dissolvido

O nível de oxigênio dissolvido é resultante de diversos fatores, entre estes, a taxa de

respiração microbiana, a taxa de transferência de oxigênio promovida pelo sistema de aeração

a temperatura, o teor de oxigênio no gás (ar, ar enriquecido, O2 puro) e a composição do meio.

Os processos aeróbios podem operar com teores de oxigênio dissolvido de até 0,5mg/L mas

por segurança, devido as variações do sistema, é fixado o valor de 2mg/L de OD. A operação

com níveis mais elevados não é prejudicial mas influencia nos custos operacionais do sistema.


7

3.9 Indicadores globais mais utilizados para caracterização de efluentes

3.9.1 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)

É a quantidade de oxigênio requerida por micro-organismos (predominantemente

bactérias) para oxidar os compostos presentes na amostra. Normalmente expressa em mg de

oxigênio/L. O teste de DBO procura simular a biodegradação dos poluentes presentes no

efluente. A demanda bioquímica de oxigênio representa o teor de matéria orgânica

biodegradável presente. (SANT’ANNA JUNIOR, 2013).

3.9.2 Demanda Química de Oxigênio (DQO)

É a quantidade de oxigênio necessária à oxidação química dos poluentes presentes no

efluente. A demanda de oxigênio medida nesta analise pode ser exercida tanto por substancias

biodegradáveis como por substancias não biodegradáveis. DQO é expressa em mg de

oxigênio/L. (SANT’ANNA JUNIOR, 2013).

3.9.3 Sólidos em Suspensão Totais (SST)

O material sólido particulado de origem inorgânica confere turbidez e pode prejudicar

os processos naturais de aeração (captação do oxigênio do ar) e fotossíntese. As partículas de

material orgânico, por sua vez, podem exercer DBO e certamente exercem DQO. Os sólidos

totais em suspensão são divididos em duas categorias, em sólidos suspensos voláteis (SSV) e

sólidos suspensos fixos (SSF). Os SSV estão associados ao material particulado de origem

orgânica e os SSF estão associados ao material particulado inorgânico. (SANT’ANNA

JUNIOR, 2013).

3.9.4 Óleos e graxas (OG)

O teor de óleos e graxas representa a classe que pode ser solubilizada e extraída por

solventes orgânicos. Este parâmetro quantifica a classe de produtos hidrofóbicos, que

interagem com as membranas biológicas, podendo ter efeito tóxico e acumulativo.


8

4 METODOLOGIA

4.1 Laboratório

Todas as atividades de bioprocesso foram desenvolvidas no Laboratório de

Microbiologia e Bioquímica de Microrganismos localizados nas dependências do Centro de

Estudos Ambientais do Unilasalle-Canoas/RS.

As análises físico químicas (demanda química de oxigênio, demanda bioquímica de

oxigênio, nitrogênio total, nitrogênio amoniacal, sólidos suspensos e pH) foram realizadas no

Laboratório de Análises Físico-Químicas da empresa Millennium Tecnologia Ambiental,

localizada em Porto Alegre/RS.

4.2 Efluente

O efluente utilizado na pesquisa é oriundo da lavagem de gases do processo de

destilação de uma Refinaria de Petróleo. Este efluente já havia passado por um tratamento

físico-químico, com o objetivo de minimizar a carga inorgânica existente.

4.3 Experimento

4.3.1 Parâmetros Físico-Químicos

As análises físico-químicas do efluente utilizado foram realizadas em duas etapas:

Na primeira etapa do processo analisou-se a amostra antes de iniciar-se o bioprocesso para

determinação dos parâmetros característicos do meio. Na segunda etapa analisou-se a amostra

após o bioprocesso com a finalidade de avaliar a eficiência do processo de biorremediação

neste determinado efluente. A tabela 1 apresenta alguns parâmetros físico-químicos e as

metodologias utilizadas neste estudo.

9

Tabela 1 – Metodologias utilizadas nas análises

Parâmetro Método

Demanda Química de Oxigênio (DQO) SMWW 21ªed., Método 5220-B

Demanda Bioquímica de Oxigênio(DBO5) SMWW - 21ª ed. Método 5210-D

Ph SMWW 21ªed. , Método 4500-B

Nitrogênio Kjeldahl Total (NT) SMWW - 21ª ed. Método 4500-N org.-B

Nitrogênio Amoniacal SMWW – 21ª ed. Método 4500-NH3 B,C

Oxigênio Dissolvido (OD) --------------------

Sólidos Suspensos Totais (SST) SMWW - 21ª ed. Método 2540-D

Fonte: Autoria própria, 2016.

4.3.2 Metodologias das análises

As análises foram realizadas seguindo as recomendações do Standard Methods for the

Examination of Water and Wastewater 22ª Edição/2012.

4.3.2.1 Demanda Química de Oxigênio (DQO)

Na determinação da DQO utiliza-se dicromato de potássio, sob refluxo aberto durante

duas horas, para que haja a oxidação da amostra. O íon cloreto é um interferente que pode

estar presente em alguns efluentes industriais e pode alterar o resultado da análise, por este

motivo, utiliza-se sulfato de mercúrio para evitar essa interferência. Utiliza-se também sulfato

de prata como catalisador da reação. Após o processo de refluxo, resfria-se a amostra e titula-

se com sulfato ferroso amoniacal para determinar a quantidade de dicromato de potássio que

foi consumida e calcula-se a matéria organica oxidada em mg/L de oxigênio.

A titulação termina quando ocorre a viragem da cor azul-esverdeado para marrom

avermelhado. Realiza-se uma prova em branco e padroniza-se o sulfato ferroso amoniacal. Os

dados são utilizados no cálculo a seguir:

Onde:

B = volume de sulfato ferroso amoniacal gasto na prova em branco (mL);

DQO = ( B - V1) x N x f x 8000

V2

10

V1 = volume de sulfato ferroso amoniacal gasto na titulação da amostra (mL);

N = normalidade do sulfato ferroso amoniacal;

f = fator de correção do sulfato ferroso amoniacal;

V2 = volume de amostra utilizado na determinação (mL).

Nessa expressão, o número 8000 é equivalente grama do oxigênio, que é necessário estar em

mg para que o resultado seja expresso em termos de DQO.

4.3.2.2 Demanda Bioquímica de Oxigênio

O método utilizado para determinação da DBO5 foi por respirometria através do

sistema OXITOP. Com o controle OXITOP, uma incubadora e garrafas com cabeças

medidoras são possíveis realizar essa analise. Estabelece-se um range, ou seja, um valor

máximo de DBO coloca-se um volume de amostra conhecido na garrafa e adicionam-se três

gotas de desnitrificante junto com a amostra. A determinação de DBO usando o sistema

OXITOP se baseia no fato de que, enquanto ocorre à respiração aeróbia, há um consumo de

oxigênio dissolvido presente no efluente e consequentemente ocorre uma reposição deste pelo

oxigênio molecular presente na fase gasosa. Com isso, acontece uma diminuição da pressão

parcial do oxigênio na cabeça e para que esta meça a pressão correta é necessário ter um

dispositivo capaz de absorver o gás carbônico formado durante a degradação aeróbia,

utilizando normalmente as pastilhas de hidróxido de sódio no suporte (local por onde os gases

passam antes de atingir o medidor ou leitor, ou ainda, transdutor de pressão).

Finalizando a etapa anterior, fecha-se a garrafa com a cabeça medidora e através do

controle OXITOP dá-se o start na amostra, que deve permanecer na incubadora a 21,9 C, sob

agitação constante (agitadores magnéticos) durante o tempo determinado. Após o tempo

necessário, podendo este ser modificado no controle de acordo com a necessidade, realiza-se a

leitura final da DBO, sendo esta expressa em mg de O2/L.

4.3.2.3 pH

Na prática, esse método se baseia na eletrometria, que através do uso de um eletrodo,

pode-se medir a atividade do hidrogênio, por medida potenciométrica. Para medir o pH do

efluente utilizou-se o pHmetro digital DIGIMED DM22.

11

4.3.2.4 Nitrogênio Kjeldahl Total

Na determinação do nitrogênio total, adiciona-se a solução de digestão (6,7 mL de

H2SO4) em uma quantidade conhecida de amostra e uma pequena quantia de catalisador

(sulfato de potássio com sulfato de cobre) e se aquece em chapa de aquecimento, dentro da

capela, até que saiam os fumos brancos. Continua-se essa digestão por mais 30 minutos,

deixa-se esfriar. Acrescentar, a essa amostra, solução indicadora de fenolftaleína e com o

balão inclinado, adiciona-se 50mL de solução de NaOH com tiossulfato de sódio formando

uma camada alcalina no fundo do balão. Então se realiza a destilação, recolhendo o destilado

em ácido bórico e interrompe-se a destilação quando restar apenas um pequeno volume no

balão.

Posteriormente, realiza-se o método titulométrico. Titula-se a amostra destilada em um

erlenmeyer com ácido sulfúrico 0,02 N, usando o indicador misto. Realiza-se a prova em

branco, para evitar a ação de interferentes. Para saber a concentração de nitrogênio total

Kjeldahl, utiliza-se o seguinte cálculo:

Onde:

A = volume de H2SO4 gasto na titulação da amostra (mL);

B = volume de H2SO4 gasto na titulação da prova em branco (mL);

f= fator de correção do H2SO4 ;

N = normalidade do H2SO4 utilizado na titulação;

Vam = volume de amostra utilizado na digestão (mL);

Nessa expressão, o número 14000 é equivalente grama do nitrogênio, que é necessário

estar em mg para que o resultado seja expresso em mg/L.

4.3.2.5 Nitrogênio Amoniacal

Para a realização da análise de nitrogênio amoniacal ajusta-se o pH da amostra entre 8-

10. Transfere-se 50mL da amostra para um balão de destilação e adiciona-se 5mL de solução

tampão de borato. Destila-se a amostra recolhendo em um erlenmeyer contendo 50mL de

NT = (A-B) x N x f x 14000

Vam

12

ácido bórico e indicador misto. Após, titula-se com solução de ácido sulfúrico 0,02N. Realiza-

se a prova em branco, para evitar a ação de interferentes. Para determinar a concentração de

nitrogênio amoniacal, utiliza-se o seguinte cálculo:

Onde:

A = volume (mL) de H2SO4 gasto na titulação da amostra.

B = volume (mL) de H2SO4 gasto na titulação do branco.

N = normalidade de H2SO4 padronizado.

V = volume utilizado de amostra (mL).

4.3.2.6 Sólidos Suspensos Totais, Fixos e Voláteis (SST,SSF,SSV);

A análise de SST é realizada filtrando-se um volume conhecido de amostra

homogeneizada em um cadinho de Gooch com seu peso já determinado, previamente

preparado, da seguinte forma: colocar o microfiltro de fibra de vidro(resistente à calcinação,

sem perder massa), deixar passar uma parcela de água nesse filtro, colocar em estufa por 1

hora, entre 103°C e 105°C, deixar em dessecador por mais uma hora e então se pode realizar a

análise, pesando-se o cadinho e adicionando-se um volume conhecido de amostra no cadinho

com filtro devidamente dessecado, com auxilio da bomba de vácuo.

Após isso, o cadinho é colocado em estufa, em temperatura entre 103°C e 105°C, durante 1

hora, posteriormente ele permanece 1 hora no dessecador e pode ser pesado. A diferença de

peso dividido pelo volume de amostra resulta no valor de SST, expresso em mg/L, conforme

cálculo a seguir:

V

Onde:

P1 = peso do cadinho vazio, em gramas;

P2 = peso do cadinho vazio + amostra, após 1 hora na estufa, em gramas;

SST = (P2-P1) x 1000000

V

NH3-N/L = (A – B) x N x 14000

Vam

13

V = volume de amostra utilizado na filtração (mL).

Utilizando-se o mesmo cadinho da determinação dos SST é possível realizar a análise

de SSF, colocando-se tal cadinho em forno mufla, à 550 C, por uma hora e posteriormente 1

hora no dessecador. Após esfriar, é possível realizar a pesagem e com o resultado realiza-se o

seguinte cálculo:

Onde:

P1 = peso do cadinho vazio, em gramas;

P3 = peso do cadinho vazio + amostra, após 1 hora na estufa e 1 hora no forno mufla, em

gramas;

V = volume de amostra utilizado na filtração (mL).

Com esses valores é possível calcular o SSV, sabendo que SST = SSF +SSV, então

diminuindo o SSF do SST é possível obter o SSV.

4.3.2.7 Oxigênio Dissolvido (OD)

O oxigênio dissolvido foi medido através de um equipamento portátil da marca ALFAKIT,

modelo AT-170.

Figura 1 – Oxímetro ALFAKIT


SSV = (P3-P1) x 1000000

V

14

4.3.2.8 Peso Seco

Retirou-se 5 mL de amostra de dentro do biorreator, transferi-se para um papel filtro

previamente seco e tarado e coloca-se em estufa a 50ºC por 24 horas. Após 24h, esfria-se em

dessecador e depois se pesa. Através da diferença de peso obtém-se o peso seco.

4.3.3 Ajuste de pH

Após a determinação dos parâmetros físico-químicos, o efluente sofreu um ajuste de

pH para pH 7,0.

4.3.4 Ativação do Enzilimp®

A concentração usual do consorcio microbiano foi conforme recomendação do

fornecedor, ou seja, 0,05g Enzilimp®/mL de efluente. O consorcio microbiano ficou em

contato com a quantidade de amostra recomendada durante 30 minutos em constante agitação

para a ativação do produto.

Figura 2 - Ativação do produto


Peso seco (g/L) = 1000 x (peso do papel filtro com amostra – peso do papel filtro vazio)

Volume de amostra

15

4.3.5 Bioprocesso em Biorreator/Fermentador

Os biorreatores/fermentadores de bancada são utilizados como planta experimental em

processos aeróbios e anaeróbios. São utilizados em reações de pequenos volumes e possuem

monitoramento constante através de sondas de pH, temperatura, oxigênio dissolvido e bomba

para introdução de nutrientes, caso necessário, e variador eletrônico de velocidade.

(MARCONI, 2016). Possuem sistema de aeração para manter as condições de oxigenação de

modo a garantir a eficiência do processo e possuem também sistema para agitação que é um

fator importante para manter as condições ambientais no meio mais uniforme. Como o

biorreator é um ambiente totalmente controlado, é necessário um sistema capaz de esteril izar

por completo todos os componentes do equipamento, seja por calor úmido (vapor), calor seco,

irradiação UV ou agentes químicos, mas o mais comum e mais empregado é o calor úmido

(vapor) (BROGNARA; OLIVEIRA). Na figura 03 temos uma ilustração de um

biorreator/fermentador de bancada.

Figura 3 – Biorreator/ Fermentador

16

Após os 30 minutos iniciais da ativação do produto, o efluente passou por uma peneira

para reter o farelo de trigo do produto e assim ser possível iniciar o processo. Foi utilizado um

biorreator/ fermentador da marca Marconi, modelo MA502/5/C, com capacidade para 5L e o

sistema foi operado por batelada. Utilizou-se 5L de efluente, na temperatura estabelecida de

32ºC, agitação de 150 RPM, durante 21 dias. Todos os componentes do biorreator foram

previamente esterilizados através de calor úmido (vapor) na autoclave.

Figura 4 - Peneira


Figura 5 – Biorreator/Fermentador MARCONI


17

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 Análises preliminares

Foram realizadas análises preliminares para verificar se os microrganismos do produto

iriam sobreviver no efluente. Foi realizado uma contagem padrão em placas no tempo 0, 24h,

48h e 72h conforme pode-se observar na tabela 02.

Tabela 2 – Dados da contagem

Tempo (horas) Contagem (UFC/mL)

0 horas 1,8x107 UFC/mL



72 horas 5,8X107 UFC/mL


Figura 6 – Gráfico Curva de Crescimento


0,0E+00

5,0E+08

1,0E+09

1,5E+09

2,0E+09

2,5E+09

3,0E+09

3,5E+09

4,0E+09

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Co

nta

gem

(UFC

/mL)

Tempo (horas)

Curva de Crescimento

18

5.2 Caracterização do Efluente

Com o objetivo de avaliar o tratamento do efluente pelo processo de biorremediação

foi realizada uma primeira caracterização da amostra. Na tabela 3 observam-se os parâmetros

realizados.

Tabela 3 – Análises realizadas no efluente

Parâmetro Inicial

pH 9,95

DBO5 60,60mg/L

Nitrogênio Kjeldahl Total 290,08mg/L

Nitrogênio Amoniacal 155,68mg/L

Sólidos Suspensos 290mg/L

DQO 26124mg/L

OD 21mg/L


5.3 Peso seco

A análise do peso seco foi realizada com intervalo de 48 horas de uma análise para

outra nos 21 dias que a amostra ficou no biorreator. Na tabela 4 podemos observar os valores

obtidos e na figura 7 o gráfico da curva de crescimento. Através destes dados observou-se que

nas primeiras 48 horas já houve crescimento da biomassa no sistema.

Tabela 4 – Análise de Peso Seco

Tempo Peso seco (g/L)

T0 - 0h 18,02g/L

T1 - 48h 18,86g/L

T2 - 96h 18,38g/L

T3 - 144h 13,44g/L

T4 - 192h 11,18g/L

T5 - 240h 11,30g/L


19

Figura 7 – Gráfico curva de crescimento da biomassa


5.4 Experimento biológico

Conforme instruções do fabricante do consórcio microbiano utilizado, o pH deve ser

mantido entre 6 e 8. Desta forma, conforme o pH foi observado abaixo desta faixa foi

realizado o ajuste para pH em torno de 7,0 considerado ótimo para atividade microbiana

aeróbia (MENEGHETTI, 2007; SEABRA, 2005; SPINELLI, 2007).

Após os 21 dias de biorreação, encerrou-se o processo e realizou-se uma coleta do

efluente para realização das análises físico-químicas e possível verificação de eficiência do

bioprocesso para este determinado efluente em estudo. Na tabela 5, podemos observar o

resultado dos parâmetros analisados após a biorremediação com ENZILIMP®.

Tabela 5 – Análises após a biorremediação

Parâmetros Final

pH 5,33

DBO5 5,1mg/L

Nitrogênio Kjeldahl Total 515,2mg/L

Nitrogênio Amoniacal <1

Sólidos Suspensos 2300mg/L

DQO* 22680mg/L

OD 10,10mg/L


10

12

14

16

18

20

0 50 100 150 200 250 300

Pe

so s

eco

(g/

L)

Tempo (h)

Curva de Crescimento (peso seco x tempo)

20

Conforme as análises realizadas pode-se observar que o efluente obteve uma redução

bem significativa na DBO5 de 91,5%, que é o parâmetro que define a parte da matéria orgânica

biodegradável do efluente.

Para a realização da análise de DQO a amostra foi filtrada. Houve uma diminuição

desse parâmetro de 13% e acredita-se que a redução não foi maior pela interferência da

biomassa e por uma deficiência no tratamento físico-químico realizado antes do bioprocesso.

A análise de nitrogênio kjeldahl total mede a quantidade de nitrogênio orgânico e

nitrogênio amoniacal que contém na amostra. O aumento deste parâmetro e a diminuição do

nitrogênio amoniacal indicam que após o bioprocesso havia apenas a presença de nitrogênio

orgânico. Esse aumento do nitrogênio orgânico foi causado pelas células bacterianas, ou seja,

após o bioprocesso formou-se uma biomassa e não se conseguiu um bom processo de

decantação para a realização da análise. Gerard J. Tortora (2005) afirma que o peso seco de

uma célula bacteriana é composto de aproximadamente 14% de nitrogênio, justificando-se

assim o resultado.

21

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A partir dos resultados obtidos, tendo em vista as condições do presente trabalho,

pode-se concluir que os objetivos propostos foram alcançados e o experimento envolvendo

processo de biorremediação mostrou-se satisfatório diante dos parâmetros avaliados. Os

resultados das análises comparativas demonstraram ótima eficiência na redução de DBO5 e

nitrogênio amoniacal após os 21 dias de bioprocesso. Já para os demais parâmetros

analisados, estes mostraram índices inferiores aos desejados, devido à interferência da

biomassa que acrescentou alguns percentuais a mais do que a proposta de biorredução.

Acredita-se que a metodologia utilizada seguida de mais experimentações e

adaptações pode apresentar um desempenho ainda melhor utilizando o consórcio microbiano

e, diante do aperfeiçoamento desta técnica, desenvolver um sistema a campo de

biorremediação.

22

REFERÊNCIAS.

BRANDÃO, H. L. Transferência de massa no processo de biodegradação de efluentes

líquidos em reatores com biofilme. Tese (Doutorado em Engenharia Química),

Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2002.

BROGNARA, Gabriel; OLIVEIRA, Gustavo Martins D’. Aula 05 – Biorreatores. IFSC USP

– Instituto de Física São Carlos da Universidade de São Paulo.

ENZILIMP. Disponível em: <www.enzilimp.com.br> Acesso em: 17 de junho de 2016.

GAUTO, Marcelo Antunes. ROSA, Gilber Ricardo. Processos e operações unitárias da

indústria química. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna Ltda., 2011.

MAINARDI, P. H. Produção de lactases pelo fungo filamentoso de origem marinha

Peniophora sp. CBMAI 1063 em biorreator de bancada. 2015. 65 f. Dissertação -

(mestrado) - Universidade Estadual Paulista, Instituto de Biociências de Rio Claro, 2015.

Disponível em: <http://hdl.handle.net/11449/134175>.

MARCONI. Disponível em: <www.marconi.com.br> Acesso em: 07 de junho de 2016.

MARIANO, Jacqueline Barboza. Impactos Ambientais do Refino de Petróleo. 2001. 289f.

Tese de Mestrado, Programa de Pós Graduação de Engenharia - Universidade do Rio de

Janeiro.

MENEGHETTI, L. R. R. Biorremediação na descontaminação de um solo residual de

basalto contaminado com óleo diesel e biodiesel. 2007, 112f. Tese de Doutorado.

Dissertação de Mestrado, Programa de Pós Graduação em Engenharia, Faculdade de

Engenharia e Arquitetura. Universidade de Passo Fundo, Passo fundo, Brasil, 2007.

MINATTI, G. Biodegradação dos compostos BTX de efluente petroquímico sintético.

Dissertação de mestrado (mestre em engenharia química), Universidade Federal de Santa

Catarina, Florianópolis, 2009.

MOURA, R. P. Avaliação da eficácia de tratamento biológico conjunto de efluente de

vinificação e água residual doméstica. 2009, 92f. Dissertação Mestrado Engenharia do Meio

Ambiente – Faculdade de Engenharia Universidade do Porto (FEUP), 2009.

SANT’ANNA JUNIOR, Geraldo Lippel. Tratamento Biológico de Efluentes: Fundamentos

e Aplicações. 2ª ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2013.

TORTORA, Gerard J. , FUNKE, Berdell R., CASE, Christine L. Microbiologia. 8ª ed. Porto

Alegre: Artmed, 2005.

WEBER, B.; SANTOS, A. A. Utilização da Biorremediação como Ferramenta para o controle

da Degradação Ambiental Causada pelo Petróleo e seus Derivados. Engenharia Ambiental,

Espírito Santo do Pinhal, v.10, n.1, p.114-133, jan./fev. 2013.

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