Tratamento de efluente sintético de laticínio em reatores em batelada inoculados com Aspergillus niger AN400

Treatment of synthetic dairy wastewater in batch reactors inoculated with Aspergillus niger AN400

Resumos

Indústrias de laticínios contêm elevada concentração de matéria orgânica que podem causar poluição. Este trabalho propôs estudar a remoção de matéria orgânica e de nutrientes de um efluente sintético de laticínio, disposto em reatores em bateladas repetidas inoculados com Aspergillus niger AN400. O sistema foi composto por reatores com diferentes configurações e, para cada tipo de montagem, variou-se o material-suporte. O estudo foi realizado em quatro ciclos de cinco dias, com retiradas diárias de alíquotas. A análise dos resultados mostrou eficiência de remoção de demanda química de oxigênio com picos de até 71,7%, concluindo-se que a tecnologia mostrou-se viável na remoção de matéria orgânica. Em relação aos nutrientes, o sistema pôde remover satisfatoriamente nitrato; contudo, para remoção de amônia, não se apresentou promissor.

Aspergillus niger ; nutrientes; DQO; batelada repetida

Dairy industries contain high concentration of organic matter that may cause pollution. This study proposed to study the removal of organic matter and nutrients from a synthetic dairy effluent, arranged in repeated batch reactors inoculated with Aspergillus niger AN400. The system was composed of reactors with different configurations and, for each type of assembly, the support material was varied. The study was conducted in four cycles of five days, with daily withdrawals of portions. The results showed efficiency of removal of chemical oxygen demand with peaks of up to 71.7%. One might conclude that the technology was feasible in the removal of organic matter. For nutrients, the system could successfully remove nitrate; however, for removal of ammonia, it was not promising

Aspergillus niger ; nutrients; COD; repeated batch

Introdução

As águas residuárias industriais de laticínios são despejos líquidos que contêm quantidades variadas de matéria-prima diluída, cuja matéria orgânica é representada por compostos proteicos, gordurosos e carboidratos, materiais sólidos flutuantes (principalmente graxas), produtos químicos ácidos e alcalinos, detergentes, desinfetantes, lubrificantes (BRAILE & CAVALCANTI, 1993) e a eventual presença de organismos patogênicos (CATÃO et al. 2000). Águas residuais de laticínios contêm elevado nível de nutrientes e demanda bioquímica de oxigênio (DBO) quando comparadas com as urbanas, sendo a matéria orgânica considerada o principal agente poluidor desses efluentes (GEARY & MOORE, 1999).

De acordo com MACHADO et al. (2002), uma indústria com produção média de 300.000 L de soro por dia polui o equivalente a uma cidade com 150.000 habitantes. O biotratamento de efluentes surge, portanto, como uma forma de minimizar o potencial de degradação, principalmente das águas residuárias industriais, inclusive as de produtos lácteos, tendo os fungos se mostrado importantes nessa missão por atuarem em processos de degradação de resíduos orgânicos (SAMPAIO et al., 2003).

Segundo DAMASCENO (2007), os fungos aparecem como potentes agentes no tratamento de substâncias complexas devido à produção de grandes quantidades de enzimas cujas ações tornam os organo-poluentes mais acessíveis à biodegradação, além de sua capacidade de suportar mudanças repentinas na concentração de matéria orgânica, grandes variações de pH e de temperatura e mudanças, ou até mesmo escassez, de umidade e oxigênio. Os fungos produzem enzimas extracelulares que quebram moléculas complexas, como as encontradas em gorduras animais, e as tornam de mais fácil absorção ao seu metabolismo (PINHEIRO et al., 2007). De acordo com GRIFFIN (1994), os fungos são importantes, também, como primeiro agente de decaimento nos ciclos do carbono e de alguns nutrientes como fósforo e nitrogênio. Contudo, RODRIGUES (2006) afirma que pouco ainda se sabe a respeito das atividades metabólicas desses micro-organismos quando empregados em processos de tratamento biológico de águas residuárias, o que torna necessário o aprofundamento do estudo dessa nova tecnologia.

No intuito de buscar um desenvolvimento sustentável e preservar os recursos hídricos, novas tecnologias para o tratamento das águas residuárias industriais vêm sendo estudadas e o objetivo deste trabalho foi estudar a capacidade do fungo Aspergillus niger AN400 em remover matéria orgânica e nutrientes em reatores em batelada no tratamento de água residuária sintética de laticínio.

Metodologia

Preparo do meio suporte

Para a função de material-suporte, foram utilizados dois materiais sintéticos: cubos de espuma de poliuretano e PET trirurada.

Os cubos de espuma de poliuretano de medida 2,0 cm de aresta foram lavados em água corrente e autoclavados para esterilização, sendo colocados em estufa para sua secagem completa. Apresentaram peso médio de 3,12 g, o qual equivalia a 30 cubos.

Os pedaços de PET triturados foram de aproximadamente 2,0 cm², obtidos a partir de equipamento industrial apropriado de uma fábrica de tubulação de esgoto, feitos de garrafas PET recicladas, sendo 49,23 g o peso equivalente a uma média de 100 pedaços de PET triturados. Em seguida, foram descontaminados com ácido clorídrico P.A., lavados e secos.

Ambos os materiais-suporte, depois de pesados, foram acomodados, separadamente, em redes de polietileno e, logo após, colocados no interior dos reatores específicos.

Água residuária sintética de laticínio

A água residuária, fonte de macro e micronutrientes, simulou efluente de indústria de laticínio. Sua composição foi adaptada de HEALY et al. (2007): leite em pó integral (28.800 mg); (NH₂)₂CO (54.000 mg); NH₄Cl (11.666 mg); NaH₂PO₄ . H₂O (18.000 mg); K₂CO₃ (12.000 mg); NaHCO₃ (31.200 mg); MgSO₄ . 7H₂O (12.000 mg); FeSO₄ . 7H₂O (0,480 mg); MnSO₄ . H₂O (0,480 mg); CaCl₂. 2H₂O (0,720 mg). As substâncias químicas foram dissolvidas em 20 L da água de torneira possuindo concentração de 3 g.L^-1 de demanda química de oxigênio (DQO).

Cálculo do volume de esporos inoculados

A partir da concentração resultante da suspensão-mãe de esporos (4,33x10¹⁰⁾, foi calculado o volume de esporos fúngicos a ser inoculado nos reatores, ou seja, uma concentração de 2x10⁶ esporos x m.L^-1. O cálculo desse volume foi efetuado de acordo com a Equação 1.

Inoculação da espécie Aspergillus niger AN400

Após a disposição nos reatores da água residuária e do material-suporte, inoculou-se com pipeta automática, próximo ao bico de Bunsen, a fim de evitar contaminação pelo meio, um volume aproximado de 460 mL da suspensão de esporos de Aspergillus niger AN400. A espécie inoculada Aspergillus niger AN400 foi cedida originalmente pelo Laboratório de Tecnologia Ambiental (LATAM) do Instituto Federal do Ceará (IFCE), na forma de suspensão de esporos (2x10⁶esporos x m.L^-1).

Montagem dos reatores

Os reatores utilizados são recipientes de vidro com volume útil de 1.500 mL, para o primeiro ciclo, e 3.000 mL para os demais, sendo o volume reacional de 1.000 e 1.500 mL, respectivamente. Em todos os ciclos, utilizaram-se 12 reatores, operados em regime de bateladas sequenciais, vedados por meio de tampa plástica específica, na qual foi feito um pequeno orifício para a entrada de ar. Antes de montar os reatores, os mesmos foram descontaminados com ácido clorídrico P.A., lavados com água corrente e secos.

Todos os reatores continham a água residuária de laticínio de igual composição, além de serem aerados continuamente por minicompressores de ar. O oxigênio foi difundido para o meio líquido através de pedras porosas.

Em oito deles, foi injetado inóculo fúngico, sendo quatro possuindo como material-suporte PET triturada, acondicionada em rede de polietileno, e o restante, com a espuma de poliuretano, acondicionada também em rede de polietileno. Adicionou-se, ainda, sacarose como cossubstrato na concentração de 0,1 g.L^-1, em dois dos quatro inoculados, de cada grupo de reatores, a fim de verificar a influência dessa fonte exógena primária de carbono na remoção de matéria orgânica. Não se acidificou o meio, já que a água residuária apresentava pH adequado.

O ensaio foi composto de quatro ciclos de cinco dias, cada. Durante cada ciclo, amostras eram coletadas nos tempos de reação de 24, 48, 72 e 96 h. Na Tabela 1, está apresentada a descrição dos reatores.

Tabela 1
Descrição dos reatores.

Reator	Descrição
RCe	Reator Controle com espuma como material suporte.
RCp	Reator Controle com pet triturada como material suporte.
RFe	Reator com Fungos com espuma como material suporte.
RFp	Reator com Fungos com pet triturada como material suporte.
RFSe	Reator com Fungos e adição de Sacarose com espuma como material suporte.
RFSp	Reator com Fungos e adição de Sacarose com pet triturada como material suporte.

• RCe: Reator Controle com espuma como material suporte; RCp: Reator Controle com PET triturada como material suporte; RFe: Reator com Fungos com espuma como material suporte; RFp: Reator com Fungos com PET triturada como material suporte; RFSe: Reator com Fungos e adição de sacarose com espuma como material suporte; RFSp: Reator com Fungos e adição de Sacarose com PET triturada como material suporte.

Os reatores foram montados em duplicata, a fim de se conseguir maior precisão nos resultados. Portanto, para cada tipo de reator, acrescentou-se o numeral 1 ou 2 depois da sigla correspondente. Todos os reatores foram recobertos com sacos pretos para evitar a fotodegradação.

Variáveis analisadas

As alíquotas de água residuária foram retiradas, de maneira a monitorar o sistema, a cada 24 h, ou seja, no 1º, 2º, 3º e 4º dias, sendo que no término de cada ciclo, era trocada a água residuária por outra de mesma composição. As variáveis estudadas foram: DQO, amônia e nitrato, executadas de acordo com APHA, AWWA, WEF (2005). O pH do meio também foi monitorado para verificar sua influência durante o tratamento da água residuária.

Modelagem da cinética de degradação

O estudo da cinética de degradação dos reatores foi realizado por meio da modelagem linear de primeira ordem (Equação 2).

onde:

DQOf: DQO final (mg.L^-1);

DQOi: DQO inicial (mg.L^-1);

k: constante de velocidade (d^-1);

t: tempo (d).

Resultados e Discussão

Na Figura 1, estão as variações das concentrações de DQO no 1º ciclo dos reatores com espuma e com PET triturada.

Figura 1
Variação da concentração de demanda química de oxigênio no 1º ciclo dos reatores em bateladas sequenciais.

Verificou-se que, nesse ciclo, no comportamento dos reatores, de ambas as configurações, com espuma e com PET, ocorreu diminuição na concentração de DQO logo no tempo de reação (TR) de 24 h, a exceção do reator Reator Fungo sacarose com espuma (RFSe).

O fato de os reatores de controle terem se comportado de maneira similar aos demais, embora com concentrações sempre maiores de DQO, revelou tendência de remoção, o que pôde ser associado à possível presença de micro-organismos contaminantes, visto que, teoricamente, essas alterações não deveriam ocorrer nesse tipo de reator.

Nesse ciclo, observou-se ainda que as concentrações nos reatores com PET como material-suporte, quando comparadas com aquelas dos reatores com espuma, sofreram maiores reduções na concentração de DQO. Isso pode estar associado ao fato de neste ciclo ter havido contaminação do meio com os resquícios do ácido clorídrico P.A. usado na descontaminação dos reatores. Os valores de pH, neste ciclo, ficaram abaixo de 1,0, ou seja, as condições do meio provavelmente inibiram o desenvolvimento de parte dos micro-organismos ou até mesmo provocaram sua lise celular, com a consequente diminuição da degradação da água residuária.

Na Tabela 2, estão mostrados os valores encontrados no estudo da cinética de degradação do 1º ciclo.

Tabela 2
Valores de remoção de demanda química de oxigênio e da constante cinética de primeira ordem na degradação de efl uente de laticínio (1º ciclo) por Aspergillus niger AN400 a 27°C e tempo de reação de 96 h.

		Espuma poliuretânica			PET
	% Remoção	Kx10-2 (h -1)	R2	% Remoção	Kx10 -2 (h -1)	R 2
RC	35,3	0,47	0,95	37,1	0,53	0,94
RF	47,8	0,67	1,00	64,8	1,22	0,91
RFS	24,0	0,32	0,94	66,4	1,20	0,90

• RC: reator controle; RF: reator com fungo; RFS: reator com fungo AN400 e sacarose (0,1 g.L^-1) como cossubstrato; K: constante de velocidade; R2: coefi ciente de correlação.

Na Figura 2, estão mostradas as variações das concentrações de DQO no 2º ciclo dos reatores com espuma e com PET triturada.

Figura 2
Variação da concentração de demanda química de oxigênio no 2º ciclo dos reatores em bateladas sequenciais.

Novamente, os reatores com fungo e sacarose (RFS) apresentaram concentrações finais maiores de DQO bruta do que os reatores inoculados com fungo (RF), para os reatores tanto com espuma como com PET.

Nesse ciclo, os reatores com PET apresentaram concentrações maiores de DQO ao final do ciclo do que aqueles com espuma. Esse aumento pode estar associado à perda de parte dos micro-organismos inoculados no 1º ciclo do experimento, por ocasião da troca da água residuária para a operação do segundo ciclo, devido à facilidade com que esse material-suporte se soltava da rede de polietileno que o acomodava. A suposta perda parcial dos micro-organismos deve ter ocasionado essa menor eficiência de remoção de DQO para esse grupo de reatores.

Outro fator que pode estar envolvido com esse aumento de DQO foi o fato de esse ciclo ter funcionado como período de readaptação dos micro-organismos sobreviventes do 1º ciclo, o qual sofreu contaminação por HCl remanescente, visto que, no ciclo passado, o meio permaneceu com acidez muito elevada e, no 2º ciclo, com a troca da água residuária, os valores de pH já oscilavam na faixa dos demais.

Na Tabela 3, está mostrado o estudo da cinética de degradação do 2º ciclo.

Tabela 3
Valores de remoção de demanda química de oxigênio e da constante cinética de primeira ordem na degradação de efl uente de laticínio (2º ciclo) por Aspergillus niger AN400 a 27°C e tempo de reação de 96 h.

		Espuma poliuretânica			PET
	% Remoção	Kx10-2 (h -1)	R2	% Remoção	Kx10 -2 (h -1)	R 2
RC	35,3	0,51	0,94	35,5	0,45	0,97
RF	49,2	0,66	0,93	23,4	0,28	0,93
RFS	40,1	0,53	0,95	20,4	0,24	0,93

• RC: reator controle; RF: reator com fungo; RFS: reator com fungo AN400 e sacarose (0,1 g.L^-1) como cossubstrato; K: constante de velocidade; R2: coefi ciente de correlação

Ao observar a Tabela 3, constatou-se que a taxa de remoção variou proporcionalmente à velocidade de degradação dos reatores. No Reator Fungo com PET (RFp) e no Reator Fungo sacarose com PET (RFSp), em comparação com o comportamento destes no 1º ciclo, as constantes cinéticas reduziram, em média, quatro vezes, ao passo que as porcentagens de remoção, apenas três vezes, o que refletiu a melhor eficiência do sistema. Verificou-se uma maior facilidade de degradação pelos micro-organismos nos reatores com PET do 2º ciclo que, mesmo apresentando taxas de remoção inferiores àquelas do ciclo passado, conseguiram-nas com velocidades proporcionalmente menores.

Na Figura 3, estão apresentadas as variações das concentrações de DQO no 3º ciclo dos reatores com espuma e daqueles com PET.

Figura 3
Variação da concentração de demanda química de oxigênio no 3º ciclo dos reatores em bateladas sequenciais.

Os RFS, em consonância com os resultados apresentados nos ciclos 1 e 2, revelaram-se também menos eficientes quanto à remoção de DQO com relação aos RF. De acordo com IKEDA et al. (2006), a fonte de carbono, ao ser utilizada pelo Aspergillus niger na síntese de biomassa, produz metabólitos que podem ser acumulados no interior das células ou excretados. Nesse caso, devido ao excesso da sacarose, pode ter ocorrido a soma desses metabólitos aos valores de DQO encontrados nos reatores com acréscimo deste cossubstrato, mascarando assim sua eficiência. Ou uma possível inibição por excesso de substrato (SAMPAIO, 2005).

Novamente, os reatores que mostraram maiores eficiências na remoção de DQO foram os Reator Fungo com espuma (RFe) e RFp.

Na Tabela 4, está mostrado o estudo da cinética de degradação do 3º ciclo.

Tabela 4
Valores de remoção de demanda química de oxigênio e da constante cinética de primeira ordem na degradação de efl uente de laticínio (3º ciclo) por Aspergillus niger AN400 a 27°C e tempo de reação de 72 h.

		Espuma poliuretânica			PET
	% Remoção	Kx10-2 (h -1)	R2	% Remoção	Kx10 -2 (h -1)	R 2
RC	43,8	0,85	0,93	41,6	0,72	0,96
RF	54,3	1,02	0,95	61,7	1,30	0,98
RFS	43,7	0,73	0,92	53,8	1,15	0,96

• RC: Reator Controle; RF: Reator com Fungo; RFS: Reator com Fungo AN400 e sacarose (0,1 g.L^-1) como cossubstrato; K: constante de velocidade; R2: coeficiente de correlação

De acordo com a Tabela 4, verificou-se que o RFe e o RFp apresentaram as maiores remoções de DQO, bem como as maiores velocidades de degradação. Percebeu-se que uma maior adaptação da biomassa para estes reatores, em decorrência do passar dos ciclos, promoveu uma maior eficiência de remoção, demonstrando assim a otimização do sistema por aumento do tempo de retenção celular.

Na Figura 4, estão mostradas as variações das concentrações de DQO no 4º ciclo dos reatores com espuma e daqueles com PET.

Figura 4
Variação da concentração de DQO no 4º ciclo dos reatores em batelada.

Percebeu-se que as concentrações no TR de 72 h foram, em geral, as menores do experimento, provavelmente reflexo de uma biomassa mais adaptada ao meio, posto o sistema já estava no último ciclo.

O reator com presença da sacarose, em geral, apresentou valores acima daqueles encontrados nos demais, o que pressupõe que aconteceu o mesmo ocorrido na maioria dos TRs dos ciclos passados: a sacarose mascarou a eficácia dos RFS ao passo que a mesma deve ter juntado-se à matéria orgânica presente na água residuária e proporcionado resultados maiores de concentração de DQO ou até mesmo inibido os micro-organismos. Leitão et al. (2006) trabalharam com a degradação de fenol com uma cepa de Penicillium chrysogenum halotolerante, enriquecida com glicose na concentração de 3%, e observaram inibição do consumo de fenol presente em meio sintético.

CERETIet al. (2004), assim como neste trabalho, também utilizaram Aspergillus niger como inóculo, porém em um reator "arlift" para tratamento de água residuária de fábrica de azeite de oliva, com matéria orgânica na concentração de 36.000 mg.DQO.L^-1. A operação ocorreu no regime de batelada repetida, sendo que, a cada 48 h, parte do líquido era removido (90%) e o reator realimentado, perfazendo um total de 5 ciclos. A capacidade dos fungos em remover os poluentes do meio aumentou com o tempo e a maior remoção de matéria orgânica (64%), medida em DQO, ocorreu no quarto ciclo, também.

Verificaram-se, pela Figura 4, picos nas concentrações do RFSp. Como as análises de DQO foram das amostras brutas, ou seja, sem centrifugação ou filtração, a massa de fungos desprendida ocasional e parcialmente provavelmente aumentou a concentração dessa variável somando-se aos resultados finais, nesta pesquisa. Portanto, em geral, esses reatores apresentaram concentrações mais elevadas contendo inclusive picos ocasionais de DQO.

Segundo MELO et al. (2009), por ser composta por dois diferentes monossacarídeos, a sacarose supostamente deveria conferir maior energia ao micro-organismo e, consequentemente, uma melhor eficiência de remoção sobre os demais cossubstratos. Contudo, de acordo com MELO et al. (2009) e JENNINGS (1995), o excesso de substrato causa inibição, o que sugeriu que as remoções inferiores alcançadas nos RFS, em praticamente todos os ciclos, possam ser assim justificadas.

Todavia, RODRIGUES (2006) obteve remoções de DQO de 27% sem o uso do substrato primário e 100% com a sua utilização. Segundo a autora, a adição de glicose estimula o crescimento dos fungos na fase inicial de desenvolvimento e acarreta condições melhores de crescimento, o que promove, mais rapidamente, a adaptação desses micro-organismos aos compostos do meio, resultando em maior crescimento de biomassa e, consequentemente, melhores eficiências de remoção.

Dessa maneira, conforme WANDERLEY (2007), a obtenção de boa eficiência no tratamento pelo uso da glicose deve ter relação, dentre outros fatores, com a espécie utilizada bem como com o tipo de efluente.

A Tabela 5 mostra o estudo da cinética de degradação do 4º ciclo.

Tabela 5
Valores de remoção de demanda química de oxigênio e da constante cinética de primeira ordem na degradação de efluente de laticínio (4º ciclo) por Aspergillus niger AN400 a 27°C e tempo de reação de 72 h.

		Espuma poliuretânica			PET
	% Remoção	Kx10-2 (h -1)	R2	% Remoção	Kx10 -2 (h -1)	R 2
RC	50,5	0,99	0,92	49,9	0,96	0,98
RF	71,7	1,72	0,99	64,8	1,48	0,93
RFS	58,5	1,18	0,91	61,1	1,41	0,95

• RC: Reator Controle; RF: Reator com Fungo; RFS: Reator com Fungo AN400 e sacarose (0,1 g/L) como cossubstrato; K: constante de velocidade; R2: coeficiente de correlação.

Percebeu-se que todos os reatores seguiram as tendências de variação do 3º ciclo, aumentando a porcentagem de degradação quando sua velocidade também crescia, além de permanecerem com níveis de eficiências similares entre si, o que demonstrou uma maior estabilidade operacional.

Segundo MELO et al. (2009), por ser composta por dois diferentes monossacarídeos, a sacarose supostamente deveria conferir maior energia ao micro-organismo e, consequentemente, uma melhor eficiência de remoção sobre os demais cossubstratos. Contudo, de acordo com MELO et al. (2009) e JENNINGS (1995), o excesso de substrato causa inibição, o que sugere que as remoções inferiores alcançadas nos RFSe₁ (ciclo 1), RFSe₂ (ciclo 2) e RFSp₁ (ciclo 1) possam ser assim justificadas.

SANTAELLAet al. (2005) propôs que a glicose deva ser adicionada somente no início do experimento, visando acelerar o crescimento inicial dos fungos, diferentemente do ocorrido neste experimento.

Leitão et al. (2006) trabalharam com culturas de Penicillium chrysogenum, enriquecidas com glicose em concentração de 3%, e observaram inibição do consumo de fenol presente em meio sintético.

Em contrapartida, RODRIGUES (2006) obteve remoções de DQO de 27% sem o uso do substrato primário e 100% com a sua utilização. Segundo a autora, a adição de glicose estimula o crescimento dos fungos na fase inicial de desenvolvimento e lhes proporciona condições melhores de crescimento, o que promove, mais rapidamente, a adaptação desses micro-organismos aos compostos do meio, resultando em maior crescimento de biomassa e, consequentemente, melhores eficiências de remoção.

Dessa maneira, conforme WANDERLEY (2007), a obtenção de boa eficiência no tratamento pelo uso da glicose deve ter relação, dentre outros fatores, com a espécie utilizada bem como com o tipo de efluente.

Em adição, de acordo com IKEDA et al. (2006), a fonte de carbono, ao ser utilizada pelo Aspergillus niger na síntese de biomassa, produz metabólitos que podem ser acumulados no interior das células ou excretados. Nesse caso, devido ao excesso da sacarose, também pode ter ocorrido a soma desses metabólitos internos dos fungos aos valores de DQO encontrados nos reatores com acréscimo deste cossubstrato, mascarando, assim, sua eficiência.

Na Figura 5, têm-se as médias dos valores de pH dos quatro ciclos estudados, de acordo com cada tipo de reator.

Figura 5
Médias dos valores de pH nos quatro ciclos dos reatores em batelada.

Em todo o experimento, os pH dos reatores atingiram valores entre 6,49 e 9,18, exceto no 1º ciclo daqueles com PET, o qual permaneceu extremamente ácido, abaixo de 1,0.

Nos reatores: Reator Controle com espuma (RCe), Reator Fungo com espuma (RFe), Reator Controle com PET (RCp) e Reator Fungo com PET (RFp), o perfil de oscilação do pH foi similar, ou seja, o pH foi diminuindo no decorrer dos ciclos, o que denotou melhoria da atividade microbiológica, visto que os fungos liberam ácidos orgânicos com a degradação da água residuária. O RFSp provavelmente se comportou de maneira diferente devido à quantidade de sacarose que deve ter inibido o metabolismo dos micro-organismos. Já no ciclo inicial, o RFp e o RFSp diferiram no perfil de oscilação do pH, possivelmente devido à contaminação pelo HCl da descontaminação.

O decaimento nos valores de pH em todos os ciclos pode estar relacionado com a produção de ácidos orgânicos provenientes da degradação dos compostos presentes na água residuária, visto que são nesses momentos que geralmente ocorreram maiores diminuições de DQO. De acordo com RODRIGUES (2006), as principais variáveis que exercem influência sobre a produção desses ácidos orgânicos são o pH do meio, adequada aeração e presença de uma fonte de carbono de fácil assimilação que deve estar presente em concentração elevada, como foi verificado nesta pesquisa.

Percebeu-se que o fungo se desenvolveu e degradou a água residuária em pH de neutro a alcalino, tendo, às vezes, que suportar pH abaixo de 1,0. Esse desempenho pode ser justificado pelo fato de o pH ótimo dos fungos estar entre 5, 6 e 7, sendo que a maioria das espécies ainda admite variações de pH mais abrangentes. Por exemplo, os filamentosos, como é o caso do Aspergillus niger AN400, podem desenvolver-se em ampla faixa, entre 1,5 e 11 (TRABULSI & ALTERTHUM, 2008).

As concentrações de amônia e nitrato, respectivamente, nos ciclos dos reatores com espuma, estão apresentadas nas Tabelas 6 e 7.

Tabela 6
Concentrações de amônia nos ciclos dos reatores com espuma.

Ciclo	TR	RCe	RFe	RFSe	Ciclo	TR	RCe	RFe	RFSe
	0 h	21,79	21,79	21,79		0 h	21,79	21,79	21,79
	24 h	5,40	9,02	11,83		24 h	34,08	24,75	9,50
1º	48 h	13,85	5,99	7,87	3º	48 h	9,66	33,12	19,81
	72 h	46,62	31,30	12,73		72 h	5,97	22,62	9,42
	96 h	24,89	8,97	28,57
	0 h	21,79	21,79	21,79		0 h	21,79	21,79	21,79
	24 h	30,57	17,40	33,42		24 h	55,37	58,86	34,64
2º	48 h	25,59	24,32	30,02	4º	48 h	21,27	2,93	29,73
	72 h	16,44	33,77	0,46		72 h	48,07	32,13	86,37
	96 h	4,98	*	3,68

• ^*
  Valores insignificantes. TR: tempo de reação; RCe: Reator Controle com espuma como material suporte; RFe: Reator com Fungos com espuma como material suporte; RFSe: Reator com Fungos e adição de sacarose com espuma como material suporte

Tabela 7
Concentrações de nitrato nos ciclos dos reatores com espuma.

Ciclo	TR	RCe	RFe	RFSe	Ciclo	TR	RCe	RFe	RFSe
	0 h	2,68	2,68	2,68		0 h	2,68	2,68	2,68
	24 h	2,12	1,62	2,47		24 h	*	*	*
1º	48 h	0,60	1,25	0,47	3º	48 h	*	*	*
	72 h	7,43	1,21	0,41		72 h	*	*	*
	96 h	*	*	*
	0 h	2,68	2,68	2,68		0 h	2,68	2,68	2,68
	24 h	4,20	0,92	0,42		24 h	*	*	*
2º	48 h	0,65	0,12	0,43	4º	48 h	0,37	0,25	0,08
	72 h	0,66	0,15	0,48		72 h	0,31	0,15	0,39
	96 h	0,52	0,15	0,36

• ^*
  Valores insignificantes. TR: tempo de reação; RCe: Reator Controle com espuma como material suporte; RFe: Reator com Fungos com espuma como material suporte; RFSe: Reator com Fungos e adição de sacarose com espuma como material suporte

Percebeu-se, pelas Tabelas 6 e 7, que, em alguns momentos, principalmente no 1º e 2º ciclos, há remoção de amônia e nitrato simultânea, embora tenha sido evidente a melhor remoção de nitrato em todos os ciclos. Segundo AINSWORTH e SUSSMAN (1966), a espécie Aspergillus niger é capaz de assimilar essas duas variáveis simultaneamente; portanto, é o que deve ter ocorrido nos reatores em questão.

Observou-se pela Tabela 7 que os valores das concentrações de nitrato tenderam a diminuir, em todos os ciclos. Os períodos de menores remoções de nitrato, segundo GRIFFIN (1994), podem estar associados à presença de íons amônio, visto que, quando há no meio tanto o íon amônio (NH₄ ⁺⁾ como o nitrato (NO₃ ^-), não só ocorrerá o consumo preferencial pelos fungos de NH₄ ⁺, mas também a redução de NO₃ ^- tende a ser reprimida.

No 3º e 4º ciclos, enquanto o sistema removeu o nitrato a quantidades pequenas e, às vezes, até insignificantes, as concentrações de amônia atingiram valores maiores que o inicial, salvo exceções.

Visto a natureza do efluente, a grande quantidade de amônia no efluente final pode indicar também a ocorrência do processo de amonificação que, conforme HOSETTI et al. (1985), envolve a transformação de compostos orgânicos de nitrogênio (principalmente proteínas) em formas inorgânicas (principalmente amônia), ou seja, a amônia é um subproduto da degradação da proteína.

SANTAELLA (1999), tratando com fungos esse mesmo tipo de efluente, verificou remoção média de amônia de quase 80% para o Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 4 h. Esse resultado, bem superior ao observado neste estudo, pode ser explicado pelas concentrações afluentes de amônia que nunca ultrapassaram 5 mg.L^-1, bem diferente das concentrações afluentes encontradas neste trabalho, que atingiram 21,79 mg.L^-1.

As concentrações de amônia e nitrato, respectivamente, nos ciclos dos reatores com PET, estão apresentadas nas Tabelas 8 e 9.

Tabela 8
Concentrações de amônia nos ciclos dos reatores com PET.

Ciclo	TR	RCp	RFp	RFSp	Ciclo	TR	RCp	RFp	RFSp
	0 h	21,79	21,79	21,79		0 h	21,79	21,79	21,79
	24 h	3,80	7,39	10,93		24 h	5,42	18,54	28,70
1º	48 h	0,32	0,98	0,77	3º	48 h	27,02	9,02	38,05
	72 h	29,62	19,87	22,17		72 h	13,27	64,88	0,04
	96 h	19,30	7,91	11,91
	0 h	21,79	21,79	21,79		0 h	21,79	21,79	21,79
	24 h	16,61	13,19	31,97		24 h	66,28	78,78	51,97
2º	48 h	*	0,28	*	4º	48 h	60,03	11,81	5,97
	72 h	16,70	20,58	22,01		72 h	49,58	88,64	23,60
	96 h	30,77	36,80	29,34

• ^*
  Valores insignificantes. TR: tempo de reação; RCp: Reator Controle com PET triturada como material suporte; RFp: Reator com Fungos com PET triturada como material suporte; RFSp: Reator com Fungos e adição de sacarose com PET triturada como material suporte

Tabela 9
Concentrações de nitrato nos ciclos dos reatores com PET.

Ciclo	TR	RCp	RFp	RFSp	Ciclo	TR	RCp	RFp	RFSp
	0 h	2,68	2,68	2,68		0 h	2,68	2,68	2,68
	24 h	2,08	2,87	2,12		24 h	0,31	0,14	0,26
1º	48 h	*	*	*	3º	48 h	1,43	0,68	1,26
	72 h	0,57	0,02	0,58		72 h	6,72	3,20	5,89
	96 h	0,45	0,05	0,39
	0 h	2,68	2,68	2,68		0 h	2,68	2,68	2,68
	24 h	*	*	*		24 h	*	*	*
2º	48 h	0,69	0,71	0,95	4º	48 h	0,55	0,28	0,82
	72 h	0,06	0,08	2,52		72 h	0,32	0,25	0,41
	96 h	0,04	*	0,15

• ^*
  Valores insignificantes. TR: tempo de reação; RCp: Reator Controle com PET triturada como material suporte; RFp: Reator com Fungos com PET triturada como material suporte; RFSp: Reator com Fungos e adição de sacarose com PET triturada como material suporte

Notou-se que, neste experimento, os micro-organismos iniciaram a degradação do meio pela remoção da amônia, preferencialmente ao nitrato. A assimilação de amônia e nitrato pelos fungos, segundo SANGTIEAN e SCHMIDT (2002), ocorre em velocidades distintas, como no caso de espécies como Aspergillus niger que, de acordo com AINSWORTH e SUSSMAN (1966), possui a capacidade de consumir o nitrogênio amoniacal com maior velocidade do que o nitrato.

As concentrações de amônia dos reatores com PET, no TR de 96 h do 1º ciclo, foram as mais baixas de todo o experimento em batelada, embora as de nitrato fossem baixas também. GRIFFIN (1994) explica que, na conversão do nitrato a nitrito, e deste ao íon amônio (NH₄ ⁺⁾, este último é incorporado às moléculas orgânicas dos fungos, sendo metabolizado intracelularmente somente em pH celular entre 4 e 6, não ocorrendo seu uso em pH inferior a 4. Isso se deve ao fato de a membrana celular fúngica ser permeável apenas para a forma reduzida (NH₃ ^-), em pH alcalino, e não para o íon amônio (NH₄ ⁺⁾ (GRIFFIN, 1994; ESPOSITO & AZEVEDO, 2004). Como nesse ciclo os valores do pH se encontravam bastante ácidos, a amônia possivelmente acumulada no interior dos fungos não foi liberada.

Nos TR de 72 e 96 h do 2º ciclo, houve o acúmulo de amônia, enquanto os valores de nitrato permaneceram baixos, assumindo perfis de remoção inversamente proporcionais. No momento em que o nitrato foi retirado do meio, no 1º ciclo, ele deve ter sido transformado internamente em amônia, diminuindo, assim, a necessidade de consumir a amônia presente na água residuária nos demais ciclos, o que pode justificar o comportamento apresentado pelo reator, quando apresentou tendências de remoções opostas para as duas variáveis.

No 3º ciclo, nos RF e RFS, as concentrações de nitrato, a partir do TR de 48 h, aumentaram, atingindo valores de até 5,89 mg.L^-1. De acordo com GRIFFIN (1994), os fungos reduzem nitrato a amônia na fase catabólica do seu metabolismo por meio da atividade das enzimas nitrato redutase e nitrito redutase. A nitrato redutase é induzida pela presença de nitrato no meio, mas reprimida pela presença de amônia, mesmo na presença de nitrato. Esse fenômeno pode ter ocorrido nos reatores em questão, visto que, nesse momento, havia acúmulo de amônia, o que deve ter inibido a degradação do NO₃ ^-.

No último ciclo, as concentrações de amônia e nitrato variaram bastante em um curto intervalo de tempo. Segundo Li e Kane (2009), as oscilações de nitrato e amônia podem ser justificadas pelo armazenamento do excesso de nitrogênio nos vacúolos dos fungos, que, diante da necessidade em manter o equilíbrio do pH no interior das células, liberam para o meio amônia e H⁺, o que levou-nos a relacionar as concentrações de amônia com a tendência de diminuição do pH no 4º ciclo. Sá (1997), utilizando as espécies fúngicas Aspergillus niger, Aspergillus flavus e Drechslera sp para tratar água residuária de indústria de laticínios, observou variações em relação à remoção de amônia em seu experimento, com o aumento da concentração desta no efluente. As maiores remoções específicas na sua pesquisa foram: 21 h (90,0%), 11 h (70,0%), 5 h (68,0%) e 2 h (75,0%). Segundo a autora, as oscilações dos valores desse nutriente podem ter sido geradas por mudanças fisiológicas dos fungos ou ainda pelo estabelecimento de novas populações microbianas, o que poderia justificar igualmente o acontecido neste experimento, dada a presença de outros micro-organismos, detectados no final do tratamento pelo teste microbiológico.

Segundo Li e Kane (2009), na liberação de compostos nitrogenados armazenados no interior dos fungos na forma de aminoácidos para o meio, estes são transformados diretamente a NH₄ ⁺, o que pode justificar os acúmulos de amônia, principalmente no 3º e 4º ciclos, onde a concentração de amônia chegou a 88,64 mg.L^-1.

De acordo com Cochrane (apud SÁ, 1997), durante o período de crescimento das espécies fúngicas, ocorre retorno de amônia das células para o exterior, indicando a permeabilidade das células dos fungos a este composto, o que pode justificar a maior concentração dessa variável nos ciclos finais desta pesquisa. Enzimas, aminoácidos e outros compostos solúveis de nitrogênio também são liberados, sugerindo, desta forma, a dificuldade existente em se definirem etapas metabólicas no ecossistema criado em um reator, onde populações diferentes se sucedem e partes de micélios antigos são reabsorvidas ou eliminadas.

Conclusão

O fungo Aspergillus niger AN400 foi eficiente na remoção de matéria orgânica, independentemente da presença ou não do substrato primário, a sacarose, alcançando o percentual de remoção máximo de 71,7% para DQO, o que endossa a viabilidade do tratamento na remoção dessa variável. Constatou-se ainda que o sistema pôde remover satisfatoriamente nitrato, obtendo remoção máxima de 100%. Contudo, o efluente ainda se apresentou rico em amônia, o que poderia depreciar a qualidade de um corpo receptor, caso nele acontecesse o seu despejo.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  Oct-Dec 2013

Histórico

• Recebido
  12 Abr 2010
• Aceito
  27 Ago 2013