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Susana Aurora Pimenta da Silva
BIORREMEDIAÇÃO EM ÁGUAS RESIDUAIS: remoção de fosfatos utilizando
microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de alginato de sódio
Dissertação de Mestrado em Hidrobiologia, apresentado à Faculdade de Ciências da
Universidade do Porto, para obtenção do grau de Mestre.
Departamento de Zoologia e Antropologia
Faculdade e Ciências da Universidade do Porto, 2007
AGRADECIMENTOS:
Quero manifestar os meus mais sinceros agradecimentos às pessoas que
contribuíram para que eu alcançasse este patamar.
Á Professora Natividade, minha Orientadora e Coordenadora de Mestrado,
que me apoiou nos momentos mais difíceis, na minha convalescença e na minha
ausência do país.
Sem o seu apoio teria sido impossível concretizar a Tese e, ao mesmo tempo,
concretizar o projecto em Angola.
Ao meu co-Orientador, Amigo, segundo Pai, Mestre José Lopes, que tanto me
apoiou com um carinho e paciência que não poderia ter encontrado em mais
ninguém, um ser humano excepcional.
À minha Directora e grande Amiga Dra. Eugénia Lobo, que sempre acreditou
em mim e me incentivou continuamente no meu crescimento profissional e pessoal.
Ao Dr. Rui Pinto, por quem tenho uma grande admiração, Administrador da
Clínica Sagrada Esperança, e meu Chefe no Projecto em Angola, que me facultou
as amostras e me deu todo o apoio para concretizar este estudo.
À Técnica de Laboratório do Departamento de Antropologia e Zoologia, Maria
Helena Moreira, que pacientemente preparou as soluções-padrão e ajudou na
realização dos ensaios para a detecção dos fosfatos nas minhas amostras
Ao meu grande Amigo Prof. Brandão, que sempre foi um grande entusiasta
em relação ao meu trabalho.
Aos meus colegas do hospital, e aos Amigos que sempre me apoiaram e
incentivaram a progredir na carreira.
Finalmente, à minha Família, a quem eu prezo mais na Vida, e que sempre
me apoiaram, ajudando-me a seguir em frente e a nunca olhar para trás, senão para
aprender, pois me ensinaram que os erros podem ser, quando os encaramos com
humildade, alguns dos melhores Mestres para o nosso crescimento como Pessoas.
Muito obrigada por fazerem parte do meu percurso....
E deste percurso fez parte, inopinadamente, um poema que, enquanto me
debruçava sobre esta investigação e subsequente escrita, me surgia em mente, sem
qualquer esforço da minha parte. Talvez porque, a par das algas que ajudam a
purificar não podemos deixar de pensar na existência de muitas outras. Que nos
atraem o olhar pela sua beleza aparente mas que matam e asfixiam. Estas, pois, as
palavras que mo diziam:
Eu preciso de palavras novas...
Eu preciso de palavras novas
Porque estas com que falo e comunico
Estão velhas, sujas e cansadas.
Envelheceram na monótona rotina,
Dos desencantos do nosso dia-a-dia
A dizer coisas tão triviais como ontem, hoje e amanhã,
Tão triviais que nem existem sequer, como sempre e
nunca,
Pois ontem já foi hoje e amanhã, e vice-versa, é claro.
Estão sujas, poluídas pelas mentiras com que
mascaramos
As falsidades das pontes de contacto.
São elas que servem de lianas e seguram as tábuas
Que nos ligam aos outros
Sobre o vazio da Vida.
Só as limpamos dolorosamente
Na nossa mais profunda intimidade,
Dentro de nós mesmos,
Quando já nos sentimos sufocar,
Como peixes em águas contaminadas
Pelos desperdícios necessários,
Mas que nem por isso perdem a sua condição de lixo.
Mesmo que o rio esteja enfeitado
Com as algas prolíficas,
Verdes mas falsas, que não deixam chegar lá baixo,
A luz do sol que vivifica.
Estão cansadas de serem outra coisa, múltiplas quase
sempre,
De funcionarem como flores ou outros ornamentos,
A cobrirem sentimentos frios como a indiferença
Ou a preencher os vazios, aqueles espaços incómodos,
Quando o nosso coração está morto
E já não há mais nada para dizer,
E o silêncio grita e diz da nossa morte e da nossa solidão.
Essas palavras que já não dizem nada, recuso-as.
Quero palavras novas, claras e precisas,
Transparentes e límpidas,
Que não precisem de nenhum dicionário,
Valiosas em si mesmas.
Palavras novas, talhadas na Verdade, como um cristal,
Tão nítidas que nunca ofereçam dúvidas
Nem alimentem segundas intenções.
Mas se um dia tivermos essas palavras novas
Não será tudo ainda mais difícil?
(Citação de Maria do Carmo Cruz)
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
RESUMO
A eutrofização de ecossistemas aquáticos é, cada vez mais, uma
problemática no nosso planeta. Nos processos de eutrofização existe um grande
aumento de nutrientes, que provocam uma degradação de meios aquáticos, sendo
que os nitritos e os fosfatos se contam entre os principais nutrientes. Com o
aumento do crescimento populacional e da sua concentração em grandes
superfícies industriais, houve necessidade de se definirem novas estratégias para
remover os poluentes dos ecossistemas, pois que o uso de técnicas químicas de
remoção daqueles nutrientes tem provocado diversos tipos de poluição
Actualmente, e tendo como base o principio de que os ecossistemas reagem
a alterações, quer antropogénicas quer de outra natureza, através dos
microrganismos, tem-se recorrido à biodegradação pelo recurso à metodologia de
biorremediação. Esta é uma técnica que utiliza microrganismos para promover a
degradação de poluentes com intenção de diminuir ou eliminar contaminantes
ambientais.
O estudo efectuado foi baseado na técnica de biorremediação aplicada ao
tratamento de águas residuais de uma Clínica Hospitalar em Luanda (Angola).
Procedeu-se à remoção de fosfatos das águas residuais (amostra em estudo) por
imobilização da microalga Clorella vulgaris em meio de alginato de sódio.
Consideramos que seria de interesse realizar um novo estudo, com um
controlo mais estreito das variáveis que possam ou não alterar o comportamento das
microalgas e, consequentemente, a concentração de fosfatos na amostra de águas
residuais.
Susana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 5
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
ABSTRACT
Eutrofization of aquatic ecosytems is more and more a problematic of our planet to
be considered. In the eutrofization processes there have been a great increase of
nutients, which causes degradation of aquatic means, the nitrites and fosphastes
being among the principal nutrients. As long as there has been an increased
population growth and their concentration in large industrial areas, it was felt as
necessary to define new approaches to remove polluantes from the ecosystems,
since the use of chemical technics to remove those nutrients has been the cause of
several different types of pollution.
Nowadays and ased on the principle that ecosystems react to changes, either
atropogenic or of any other nature, through mirorganisms, biodegradation has been
being used by means of the bio-remediation methodology. This is an approach that
uses microorganisms to promote polluents degradation, aiming at reducing or even
eliminating environmental contaminants.
This research was based on the bio-remediation apprach apllied to the treatment of
residual waters of a Clinic in Luanda (Angola) and it consisted of fosphates remotion
from the residual waters (sample study) by iobilization of the microalga Clorella
vulgaris in sodium alginato medium.
At the end of this research we think that it must be of interest to make further studies,
then in conditions of a narrower control of the variables which may or may not alter
the behaviour of the microalgae and, as a consequence, the concentration of
phosfates in residual waters sample.
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
RÉSUMÉ
L'eutrofisation des écosystèmes aquatiques est l’une des questions les plus
problématiques auxquelles notre planète doit faire face actuellement. Dans les
processus d'eutrofisation on vérifie une grande augmentation des nutrients, en
particulier des nitrites et des phosphates, ce qui provoque une dégradation des
milieux aquatiques. Avec l'augmentation de la population et de sa concentration dans
les grandes zones industrielles, il a fallu definir de nouvelles stratégies pour retirer
les polluants des écosystèmes, vu que l'utilisation des techniques chimiques du
déplacement de ces nutrients a provoqué des différents types de pollution.
Actuellement, et ayant comme base le principe que les écosystèmes
réagissent aux changements, soit antropogéniques soit de toute autre nature, à
travers les microrganismes, on fait appel à la biodégradation utilisant la
méthodologie de la biorremédiation. C'est une technique qui emploie des
microrganismes pour favoriser la dégradation des polluants avec l'intention de
diminuer ou éliminer les contaminants de l’environnement.
L'étude realisée s’appuie sur la technique de la biorremédiation appliquée au
traitement de l'eau résiduelle d'une clinique d'hôpital à Luanda (Angola). On a
déplacé des phosphates des eaux résiduelles (échantillon en étude) pour
l'immobilisation de la microalgue Clorella vulgaris dans un milieu d'alginat de
sodium.
Nous trouvons qu'il serait intéressant de réaliser une nouvelle étude, avec un
contrôle plus étroit des variables qui peuvent ou non modifier le comportement des
microalgues et, par conséquent, la concentration de phosphates dans l'échantillon
d'eau résiduelle
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
ÍNDICE
1-INTRODUÇÃO………………………………….......................13
1.1-Eutrofização……………….………......................……………….......16
1.1.1- Fósforo e Fosfatos……......…………………………………..................18
1.1.2-Concentrações de fósforo em ecossistemas aquáticos..................20
1.1.3- Remoção do fósforo………………………………................................21
1.1.3.1- Remoção de fósforo por precipitação química……...........21
1.2-Biorremediação…………................……………………………….…22
1.2.1-Condições da biorremediação…….................…………………...........24
1.2.1.1- Oxidação e redução de contaminantes..........……..............25
1.2.2- Processos de biorremediação………........…………………...........….25
1.2.2.1- Biorremediação dos solos…………..............……............….27
1.2.2.2- Fitorremediação………………….......…..........................…....28
1.3-Águas residuais versus tratamentos físicos e químicos…........29
1.3.1-Remoção biológica do fósforo……………………………................….32
1.4-Remoção do fósforo de águas residuais por meio de
algas imobilizadas…..........…......................................................34
1.4.1-Imobilização de algas………………....................……………………….29
1.4.2-Requisitos básicos para um útil e eficiente sistema de
algas imobilizadas.........................................................................................36
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
1.4.3-Métodos de Imobilização celular……………….................……………41
1.4.4-Chlorella vulgaris e a remoção de fósforo…………..........…….........46
1.5-Objectivos…………….................……………………………………..49
2-MATERIAL E MÉTODOS……..................…………………...50
2.1-Algas usados neste estudo……………............…………………....50
2.2-Amostragem de água residual………………………..............….…51
2.2.1-Frequência de colheitas de amostra, acondicionamento
e transporte....................................................................................................51
2.2.2-Equipamento laboratorial...................................................................52
3-IMOBILIZAÇÃO..................................................................................52
A-Preparação das microalgas para a imobilização...................................52
B-Matriz de gel utilizada...............................................................................53
C-Técnica de imobilização da Chlorella vulgaris.......................................54
D-Adição das esferas de microalgas à água residual...............................55
3.1-Princípio da detecção dos fosfatos..............................................57
4-RESULTADOS......................................................................57
5-DISCUSSÃO.........................................................................60Susana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 9
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
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6-CONCLUSÃO.......................................................................53
7-BIBLIOGRAFIA....................................................................62
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1......................................................................................................................44
Figura 2......................................................................................................................47
Figura 3......................................................................................................................55
Figura 4......................................................................................................................58
Figura 5......................................................................................................................59
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1.....................................................................................................................37
Tabela 2.....................................................................................................................40
Tabela 3.....................................................................................................................57
Tabela 4.....................................................................................................................58
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
1- INTRODUÇÃO
O grande crescimento da população humana e a sua concentração em
determinadas áreas constitui, directa ou indirectamente, um dos principais factores
responsáveis pelo fenómeno da contaminação ambiental. Directamente, em função
da produção de quantidades cada vez maiores de resíduos (lixos domésticos e
industriais, esgotos, etc.) e, indirectamente, em função do aumento do consumo
(Vidotti & Rollemberg, 2004).
Tem-se observado que o próprio meio ambiente reage a cada intervenção,
quer benéfica quer maligna, provocada pelo Homem. Assim, e tendo em vista o
objecto concreto da nossa investigação, verifica-se que são principalmente os
microrganismos que, nos ecossistemas aquáticos, reagem contra os agentes
agressores degradando-os, constituindo-se assim como uma arma de defesa
ambiental, passível de ser potencializada. A utilização e potencialização desta
capacidade microbiana de degradação de agentes contaminantes denomina-se
biodegradação, e a metodologia de utilização desta capacidade para remediação
ambiental designa-se por biorremediação (Korda, 1997; Martins et al., 2003;).
A biodegradação e a biorremediação estão a ser utilizadas como meios de
enfrentar e responder à crescente preocupação, tanto a nível social como
económico e político, com o meio ambiente e com o impacto causado a este pela
poluição. E dentro deste vasto campo que é a relação Terra-Desenvolvimento-
Poluição, uma das vertentes que mais atenção tem merecido é a que decorre da
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deposição inadequada de resíduos domésticos e industriais, principalmente de
resíduos perigosos, por implicar a contaminação dos solos e dos meios hídricos,
conduzindo à eutrofização de ecossistemas aquáticos (Imbelloni, 2004).
Já há muitos anos que os métodos de depuração de águas residuais
dependiam apenas de mecanismos naturais de auto-depuração (lagos, rios,
ribeiros), para um adequado tratamento e dispersão dos agentes poluentes, dado
que, comparativamente, se verificavam baixas concentrações de desperdícios.
Actualmente, e pelas razões já apontadas (concentrações humanas e industriais de
grande porte) tanto a concentração de poluentes como o volume dos esgotos de
águas residuais descarregados atingem volumes demasiadamente elevados para
serem tratados apenas por ecossistemas naturais (Vidotti & Rollemberg, 2004).
O tratamento de águas residuais, apesar da sua extrema e directa
importância na saúde pública e ainda do significado de que se reveste sob o ponto
de vista ecológico, e mesmo estético, entre outros, é, geralmente, visto como uma
prioridade de menor escala, especialmente em países em desenvolvimento. Este
facto leva a que a maior parte das águas residuais sejam muito frequentemente
lançadas próximo de aquíferos, o que vai conduzir à alteração do ecossistema
aquático, traduzido em eutrofização.
Os esgotos municipais são os que mais contribuem para a poluição da água natural
e consequente eutrofização dos aquíferos, pois a maior parte destes esgotos contém
uma concentração excessiva de fósforo, elemento fundamental nos processos de
eutrofização, (Shiny et al., 2004).
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
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De entre as metodologias de remoção de fósforo que têm sido estudadas, no
âmbito da biorremediação, destaca-se a técnica que faz uso de algas imobilizadas.
Uma dessas algas, a microalga Chlorella vulgaris, tem sido largamente utilizada em
muitos estudos no campo do tratamento das águas residuais domésticas, em meio
imobilizado, para a remoção dos fosfatos e outros nutrientes, (Lustigman et al.,
1994).
Embora o primeiro estudo conhecido envolvendo algas imobilizadas date de
1966 (Hiller & Park, 1969), é só na década de oitenta que La Noüe e os seus
colaboradores aparecem como pioneiros na introdução da tecnologia da
imobilização de algas para o tratamento de águas residuais, nomeadamente na
remoção de azoto e fósforo (Chevalier & de la-Noüe, 1985a e 1985b).
A partir de 1990, mais de 50% dos registos de estudos de algas referem o seu
uso no tratamento de águas residuais (Shiny et al., 2004).
Em 1992, um estudo indicava que a Chlorella vulgaris, imobilizada em meio
de alginato, era mais eficiente na remoção dos nutrientes fósforo e azoto de água
residual do que quando aquela alga se encontrava livre no mesmo meio. Nesse
estudo, os autores referem uma remoção de cinco vezes maior de fosfato por
Chlorella vulgaris quando imobilizada em meio de alginato (Megharaj et al., 1992).
Dada a necessidade cada vez maior do tratamento das águas residuais,
tendo em vista a sua reutilização e o decorrente imperativo de remover os fosfatos e
outros nutrientes, especialmente no âmbito do tratamento das águas residuais
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domésticas, as vantagens oferecidas pelo recurso à microalga Clorella vulgaris,
nomeadamente em meio imobilizado, são indiscutíveis. Daí a sua utilização em larga
escala em muitos estudos neste campo (Lustigman et al., 1994).
1.1-Eutrofização
A Eutrofização é um processo natural que corresponde ao envelhecimento de uma
massa de água interior (lago natural, albufeira ou outro reservatório). Este processo
de envelhecimento encontra-se associado ao enriquecimento dessa massa de água
em nutrientes (principalmente azoto e fósforo) e à consequente alteração da
frequência e da diversidade de espécies, de que resulta a diminuição média da
profundidade do lago, devido à acumulação de sedimentos, podendo mesmo levar
ao seu desaparecimento, com a posterior transformação em ecossistemas
terrestres. (Oliveira et al., 1999; Carapeto, 1999).
Traduz-se pelo desenvolvimento explosivo de populações de algas,
caracterizando-se, normalmente, pela formação de uma película verde à superfície
das águas. Este processo, conhecido vulgarmente como “flor de água”, é designado
na linguagem anglo-saxónica por bloom (Mendes & Oliveira, 2004).
Em geral, a limitação da produção primária é estabelecida pela relação dos
teores de fósforo (fosfatos) e azoto. A entrada de nutrientes em águas pouco férteis
aumenta as taxas de produção primária. Os teores de azoto e fósforo são
frequentemente relacionados como os principais factores do crescimento e estrutura
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da comunidade fitoplanctónica e ligados à acumulação da biomassa. (Matsuzaki et
al., 2004).
Um bloom, fenómeno em águas superficiais que corresponde a uma resposta
ambiental devida a um excesso de nutrientes, proporciona um desenvolvimento
vegetal anormalmente importante. É um processo contínuo desde que e enquanto
existirem os nutrientes que propiciem tal desenvolvimento algal.
Quando um dos nutrientes falta, (sendo que, normalmente, o primeiro em
relação ao qual tal acontece em águas doces interiores é o fósforo), verifica-se uma
paragem no crescimento e a morte da população vegetal. A consequência normal da
morte da população vegetal é a deposição, no fundo dos ecossistemas aquáticos, da
matéria orgânica morta. Esta matéria orgânica cria condições de desenvolvimento
acelerado de organismos heterotróficos decompositores presentes nas águas
afluentes, levando a uma elevada densidade destes organismos. (Wetzel, 1993;
Mendes & Oliveira, 2004).
Uma elevada densidade de organismos decompositores implica um consumo
de oxigénio correspondentemente elevado e, eventualmente, induz a condições de
anaerobiose. Deste modo, podem criar-se condições redutoras no fundo do sistema
aquático, dando-se a eventual libertação de compostos responsáveis por cheiros
desagradáveis, tais como ácido sulfídrico, metano, e outros, que podem, pelo mau
cheiro, prejudicar as populações vizinhas.
Outra consequência frequente de um desenvolvimento algal é a secreção de
substâncias que degradam a qualidade da água, tornando-a imprópria para uso,
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quer do ponto de vista organoléptico (cor, sabor e cheiro) quer sendo a causa, em
alguns organismos-alvo, de efeitos tóxicos. Estes fenómenos provocam uma
degradação e alteração dos sistemas aquáticos que podem comprometer a
utilização destas águas, tendo em vista a produção de água de consumo humano
(Mendes & Oliveira, 2004).
1.1.1-Fósforo (Fosfatos)
O fósforo encontra-se presente na natureza sob a forma mineral e orgânica,
constituindo cerca de 0.07% da crusta terrestre. É um elemento essencial à vida e
não é tóxico para os seres vivos. Porém, o fósforo é o nutriente mineral que mais
limita a produtividade biológica nas águas e no solo, uma vez que contribui para o
processo de eutrofização, visto permitir e acelerar a proliferação de organismos
aquáticos, inclusive de algas produtoras de toxinas, (Massoud, 1992; Wetzel, 1993;
Mendes & Oliveira, 2004,).
O fósforo sob a forma de P–PO43- é a forma sob a qual, normalmente, se
encontra dissolvido nas águas superficiais, podendo resultar da biodegradação das
substâncias orgânicas ou da lixiviação dos solos; contudo, o maior contributo para o
aparecimento de fosfato decorre de resíduos e efluentes industriais, domésticos e
agrícolas, (Mackereth et al., 1978; Lévêque, 2002)
Convém, todavia, salientar que um dos principais fornecedores de fósforo
provém das águas residuais domésticas, onde se encontra sob a forma de fosfatos
provenientes dos detergentes, ou como resultado da biodegradação da matéria
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
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orgânica aí presente. Os fosfatos podem ser utilizados em detergentes como
agentes de redução da dureza da água. No entanto, este uso deve ser restringido,
devido à possibilidade de poluição de rios, sapais, e lagoas (Lévêque, 2002; Mendes
& Oliveira, 2004).
Geralmente, o fósforo é mais escasso do que os outros nutrientes, tais como
o azoto e o potássio. Se o sistema florestal não reciclasse o fósforo, este poderia
tornar-se tão escasso que limitaria o crescimento das plantas da floresta
Os fosfatos funcionam como índice de capacidade eutrofizante dos nutrientes
contidos numa massa de água, assumindo o maior interesse no âmbito da gestão
dos recursos hídricos. Não se trata de um risco sanitário directo, mas sim de uma
fonte de inconvenientes potenciais, que importa prever e controlar quando
necessário.
A principal fonte de fósforo nos ecossistemas aquáticos do nosso país é a
água de escorrimento superficial das bacias de alimentação. A quantidade de fósforo
que chega, por esta via, às massas de água, é condicionada pela natureza do solo
da bacia e pelo tipo de aproveitamento a que está sujeita. Como exemplo comum e
concreto, a aplicação de fertilizantes na agricultura, a montante da massa de água, é
um dos factores que pode potenciar o aumento da quantidade de fósforo nas águas
de escorrimento.
A urbanização tem um efeito semelhante, na medida em que os esgotos
domésticos têm, geralmente, teores elevados de fósforo. Daí que muitas massas de
água a jusante de regiões com mau ordenamento rural e/ou urbano, apresentem,
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com muita frequência, concentrações elevadas deste elemento. Este facto não só
contribui para a rápida eutrofização daquelas massas de água, como também, se
não for devidamente equacionado, conduz necessariamente a uma má gestão desse
recurso que, em muitos ecossistemas, se caracteriza pela sua escassez. (Wetzel,
1993; Mendes & Oliveira, 2004).
1.1.2-Concentrações de fósforo em ecossistemas aquáticos
As concentrações de fósforo alteram-se consoante a sua forma química. Quanto ao
fósforo inorgânico, as diversas formas de ião ortofosfasto dependem do pH da água.
Em águas não poluídas, o teor do fósforo situa-se entre 1µg/l e 200mg/l, no caso de
lagos salgados. Pode, no entanto, dizer-se que, na maior parte das águas naturais,
as concentrações de fósforo variam entre 10 a 15 µg por litro, nas camadas
superficiais.
Nas águas doces superficiais, o teor em fosfatos tem de ser cuidadosamente
controlado, na medida em que constitui o factor limitante primário dos processos de
eutrofização, ou seja, do crescimento de algas e de outras plantas interiores. Por
isso, torna-se conveniente que a concentração dos iões fosfato, expressa em
fósforo, não ultrapasse 0.01mg/L. ( Mackereth et al 1978; Lévêque, 2002; Mendes &
Oliveira, 2004).
O teor em fósforo na água para consumo humano é regulamentado em
Portugal pelo Decreto-Lei 236/98, que veio substituir o Decreto-lei nº74/9, sendo que
o valor máximo admitido (VMA) é de 5,0 mg/l. É de referir, contudo, que na actual
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directiva relativa à qualidade da água para o consumo humano, o parâmetro fósforo
foi eliminado do âmbito dos que deverão ser utilizados no controlo da qualidade da
água para aquele fim específico, uma vez que outros parâmetros o controlam
indirectamente, (Mendes et al., 2004).
1.1.3-Remoção do fósforo
Os processos de remoção de fósforo das águas residuais podem associar-se em
dois grupos: processos de remoção por precipitação química e processos
combinados de remoção de azoto e fósforo por métodos biológicos.
1.1.3.1- Remoção de fósforo por precipitação química
O tratamento químico é uma tecnologia vulgarmente usada na remoção do fósforo.
Esta remoção é feita através da adição de iões de vários metais que formam
precipitados solúveis. Os iões de metais mais vulgarmente usados são de cálcio, de
alumínio e de ferro. Também têm vindo a ser usados eficientemente polímeros, em
conjugação com o alumínio, como adicionantes floculantes.
Como a precipitação química do fosfato com o cálcio é diferente da precipitação com
o alumínio e com o ferro, estes dois tipos de precipitação química são considerados
processos separados. A remoção do fósforo da água residual envolve a
incorporação do fosfato nos sólidos suspensos totais (SST) com subsequente
remoção desses sólidos (Metacalf & Eddy, 2003).
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1.2- Biorremediação
A biorremediação é um processo importante na diminuição ou mesmo eliminação de
contaminantes ambientais, mineralizando os poluentes e libertando apenas
substâncias inertes, como dióxido de carbono e água. Existem várias técnicas de
biorremediação aplicadas a ecossistemas contaminados (Li et al., 1997; Wise et al.,
2000), mas, na sua base, encontra-se a capacidade de determinados seres vivos
(microrganismos) para degradar poluentes. A biodegradação realiza-se através do
aproveitamento dos contaminantes pelos microrganismos como fonte de carbono, o
que permite aos microrganismos biorremediadores produzirem novas células e
também, por outro lado, abastecer-se de electrões que possibilitem a obtenção de
energia (Martins et al., 2003)
Trata-se de um processo que tem por finalidade desintoxificar as águas
poluídas, o solo ou outros ambientes contaminados utilizando microrganismos
(fungos, bactérias, algas, etc.) e enzimas. Segundo Martins et al., 2003, a Agência
de Protecção Ambiental Americana (US-EPA) apresenta como definição genérica de
biorremediação “o processo de tratamento que utiliza a ocorrência natural de
microrganismos para degradar substâncias tóxicas perigosas, transformando-as em
substâncias menos, ou não tóxicas”.
A biorremediação baseia-se, pois, na degradação microbiana e em reacções
químicas combinadas com processos de engenharia, de modo que os
contaminantes sejam transformados, não oferecendo riscos ao ambiente e às
populações que habitam na circunvizinhança do contaminante (Dua et al., 2002).
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
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O uso de tecnologias inovadoras no tratamento de contaminantes ambientais
tem vindo a aumentar, numa tentativa dos diferentes países de limparem
ecossistemas aquáticos contaminados, contra os mais diversos agentes agressores
(Bakst, 1991).
Com os avanços na biotecnologia, a biorremediação tem vindo a ser
rapidamente desenvolvida no âmbito da descontaminação das águas e restauração
de solos contaminados, utilizando microrganismos que possuem a capacidade de
diminuir a concentração de produtos tóxicos e vários poluentes químicos, tais como
hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, bifenis policlorados, componentes de
nitrosaminas, solventes industriais, pesticidas e metais.
Por outro lado, também na engenharia genética se têm vindo a dar grandes
passos que abriram portas para um novo objectivo, ou seja, a “chamada engenharia
genética de microrganismos” (GEMs-genetically engineered microorganisms), o que
se pode explicitar nos seguintes termos: em condições desejáveis de
biodegradação, certos mecanismos ou enzimas são postos em conjunto num único
hospedeiro com o objectivo de realizar determinadas reacções específicas (Dua et
al., 2002).
O uso de algas na recuperação de efluentes contendo espécies metálicas
apresenta vantagens, tais como o baixo custo da operação e a elevada eficiência na
remoção dos contaminantes de efluentes muito diluídos, tornando-se, assim, uma
das técnicas mais utilizadas nos dias de hoje. A avaliação de águas contaminadas
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com poluentes orgânicos, utilizando filamentos de cianobactérias, por exemplo,
mostrou a capacidade natural destes microrganismos para degradar pesticidas
alifáticos clorados e outros poluentes (Franklin, 1992; Molnar et al., 2002).
1.2.1-Condições da biorremediação
Considerando que a biorremediação é o processo que mais se aproxima de uma
regeneração natural de efluentes, tem vindo a ser desenvolvido um grande número
de estratégias para tratamento de locais contaminados. No entanto, as estratégias a
aplicar têm de ser encontradas de acordo com as condições de cada local
específico, devendo ser tidos em consideração os seguintes princípios básicos:
Carga tóxica do poluente em causa;
l Existência de microrganismos com capacidade catabólica para degradar o
contaminante;
l Acessibilidade dos microrganismos aos contaminantes que vão reduzir;
l Oportunidade de actividade biológica dos microrganismos redutores do
contaminante.
Como todo o ser vivo, os microrganismos necessitam, para a sua
sobrevivência, de nutrientes, (como fósforo e azoto e outros minerais), e energia. O
carbono garante a energia e a matéria-prima para que os microrganismos cresçam e
possam processar os contaminantes (Singh, 2003).
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1.2.1.1- Oxidação e redução de contaminantes
O que ocorre no processo da biodegradação é a quebra de ligações químicas e a
transferência de electrões entre o contaminante e o agente biodegradador. A energia
necessária ao decurso do processo é obtida mediante a catalização das reacções
químicas, nomeadamente por oxidação ou redução.
Na oxidação, o contaminante, agora denominado dador, perde electrões, ou
seja, é oxidado. Na redução, o contaminante agora denominado aceitador, recebe
electrões, ou seja, é reduzido. A energia decorrente da conjunção desta
transferência de electrões e carbono do contaminante vai possibilitar a produção de
mais células. Os contaminantes dadores e os aceitadores de electrões são
designados por substractos primários.
Embora a biodegradação decorra, sobretudo, na presença e com consumo de
oxigénio, existem microrganismos que dele não necessitam. Estamos, então, na
presença do processo de biodigestão anaeróbia.
Na biodigestão anaeróbia, são outros componentes inorgânicos que exercem
o papel de aceitadores, tais como nitratos, sulfatos, metais ou mesmo o CO2. Como
resultado, os produtos secundários da respiração anaeróbia podem ser formas
reduzidas de metais, metano, sulfeto de hidrogénio (Martins et al, 2003; Brito et al,
2004).
1.2.2-Processos de biorremediação
De acordo com Martins e et al., 2003, os vários processos de biorremediação são
adjectivados de acordo com as técnicas utilizadas. Assim:
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O processo de biorremediação pode ocorrer de forma intrínseca, na qual a
ciência pouco interfere. Neste caso, a biorremediação tem apenas lugar pela
presença e acção dos microrganismos existentes no local contaminado e o processo
é denominado “biorremediação in situ” (no local). Já quando a remoção do ambiente
contaminado é fácil e a quantidade de pouca monta, é preferível remover a parte
contaminada, a fim de evitar-se o alastramento da contaminação. Neste caso, a
biorremediação é denominada ex situ (Knapp, 1997)
Quando há ausência total de interferência da ciência no processo de
degradação, estamos perante o que designamos por biorremediação intrínseca
natural.
Quando a ciência tem participação no processo de biodegradação, como
acontece, por exemplo, através da recolocação de microrganismos e da criação de
condições que despoletem a ocorrência de processos muito semelhantes aos
utilizados pela própria natureza, com a finalidade de fortalecer a acção dos
microrganismos biodegradadores, estamos perante o que designamos por
biorremediação intrínseca auxiliada.
Quando as técnicas utilizam grande quantidade de recursos tecnológicos,
aliadas a um planeamento meticuloso e extenso, designamo-las por biorremediação
engenhada.
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1.2.2.1- Biorremediação dos solos
Existem igualmente várias técnicas de biorremediação aplicadas a ecossistemas
contaminados. Por exemplo, solos contaminados com hidrocarbonetos possuem
águas extremamente poluídas, pelo que o recurso à biorremediação se torna
importante na eliminação ou diminuição daqueles contaminantes, permitindo, assim,
a renovação e crescimento de plantas neste solos (Li et al., 1997).
O uso de ciclodextrinas potencializa a degradação de hidrocarbonetos,
diminuindo o efeito tóxico destes, como poluentes, sobre as plantas (Gruiz, 1996).
Existem também outros estudos que referenciam o recurso a outros métodos, tais
como a utilização do Butanol, como biorremediador na biodegradação de
hidrocarbonetos aromáticos policíclicos em solos contaminados por creosotos
(Breedveld et al, 2002).
Algumas relvas, tais como Dactylis glomereata, Bromus inermis, Festuca
arundinacea, Plhleum pratensee e Panicum virgatum, foram consideradas como
bons candidatos na biorremediação da atrazina (herbicida) e redução de nitratos (Li
et al., 1997). A utilização de ciclodextrinas metiladas ao acaso (RAMEB), como
biorremediadoras, em solos contaminados com diesel (o que os empobrece
relativamente ao crescimento de plantas), permitiu verificar que a quantidade de
hidrocarbonetos diminuiu consideravelmente ao serem degradados (Molnár et al,
2002; Lin et al., 2004).
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1.2.2.2- Fitorremediação
Esta técnica envolve a descontaminação de zonas contaminadas através de
processos biológicos pelo recurso à utilização de plantas. Ou seja, a capacidade das
plantas é usada para remover, acumular ou tornar inofensivos os contaminantes
ambientais (Singh et al., 2003).
A fitorremediação pode ser definida como uma selecção específica e
orientada de espécies de plantas para sequestrar, assimilar, transformar e também
decompor certos contaminantes. É um processo natural que oferece a possibilidade
de uma acção eficaz na remediação de solos, sedimentos e sistemas aquáticos
(Corseuil & Moreno, (1999).
Por ser um processo natural, a fitorremediação promove um tratamento
adequado ao meio, a cuja vantagem acresce ainda um custo baixo, quando
comparado a outras alternativas convencionais de tratamento de resíduos. Mas para
se obter um rendimento elevado no processo, é necessário que se verifiquem
determinadas condições que favoreçam a actividade microbiana, tais como: meio
anóxico, elevado tempo de retenção, actividade enzimática, temperatura e pH
adequados. Só nestas condições o inóculo activo tóxico poderá ser tratado
adequadamente (Singh et al., 2003).
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1.3-Águas residuais versus tratamentos físicos e químicos
A mudança de uma sociedade agrária para uma sociedade industrial foi um dos
mais importantes factores para uma maior concentração de população em
determinadas áreas, quer como resultado da localização de matérias-primas quer da
existência ou proximidade de meios ou condições que facilitem o transporte (locais
onde existam minas, água em abundância – necessária na indústria têxtil – estradas,
rios navegáveis, proximidade de portos marítimos, etc). Este fenómeno de
concentração populacional trouxe consigo o problema do aumento de águas
residuais (Shiny et al., 2004). À medida que o volume e a complexidade das águas
residuais foram aumentando, foram igualmente sendo desenvolvidos tipos de
tratamento adequados no sentido de obter efluentes inofensivos para o meio
ambiente.
De um modo geral, os tradicionais tipos de tratamento de efluentes são
quatro: preliminar, primário, secundário e terciário. A decisão do nível de tratamento
a atingir depende do tipo de águas residuais a tratar e do tipo e processo de
produção de efluentes a obter. Pormenorizando cada um dos tradicionais tipos de
tratamento das águas residuais, temos:
O tratamento preliminar é constituído unicamente por processos físico-
químicos. A remoção dos flutuantes é feita através da utilização de grelhas e de
crivos grossos, e a separação da água residual das areias é realizada pela utilização
de canais de areia;
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O tratamento primário é constituído por processos físico-químicos. Nesta
etapa, procede-se ao pré-arejamento, equalização do caudal, neutralização da carga
do efluente a partir de um tanque de equalização e, seguidamente, procede-se à
separação de partículas líquidas ou sólidas, através de processos de floculação e
sedimentação, utilizando um sedimentador primário. As lamas resultantes deste
tratamento são sujeitas a um processo de digestão anaeróbio num digestor
anaeróbio ou tanque séptico;
O tratamento secundário é constituído por processos biológicos seguidos de
processos físico-químicos. No processo biológico podem ser utilizados dois tipos
diferentes de tratamento:
-Aeróbios, em que se pode recorrer, dependendo da característica do efluente, a
tanques de lamas activadas (o ar é insuflado com arejador de superfície), lagoas
arejadas com macrófitas, leitos percoladores ou biodiscos;
- Anaeróbios, em que podem ser utilizadas as lagoas ou digestores anaeróbios.
O processo físico-químico é constituído por um ou mais sedimentadores
secundários. Nesta etapa é feita a sedimentação dos flocos biológicos, saindo o
líquido, depois deste tratamento, isento de sólidos ou flocos biológicos. As lamas
resultantes deste tratamento são secas em leitos de secagem, sacos filtrantes ou
filtros de prensa;
O tratamento terciário é constituído unicamente por processos físico-
químicos. Nesta fase procede-se à remoção de microrganismos patogénicos através
da utilização de lagoas de maturação e nitrificação. Finalmente, a água resultante é
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sujeita a desinfecção através da adsorção com a utilização de carvão activado e, se
necessário, é feito tratamento ao cloro e ao ozono (Cruz (1997).
No passado, os tratamentos primários e secundário promoviam óptimas
condições para uma degradação microbiana de desperdícios orgânicos e nutrientes
inorgânicos, através da promoção de uma intensa mistura e introdução de oxigénio.
Actualmente, estes tratamentos são considerados pouco eficientes na degradação
dos nutrientes, pelo que foram sendo substituídos pelo tratamento terciário. Mas
este processo também tem variabilidade na eficiência, já que depende da
proximidade do nutriente a ser removido.(Gonzáles et al., 1997).
Os tratamentos terciários requerem extensos tempos de reacção em
reactores expansivos e, em alguns casos, o uso de aditivos químicos., o que requer,
geralmente, grandes custos para serem implementados. Por outro lado, resíduos
próprios do processo (subprodutos) podem ficar no efluente, o que conduz a uma
poluição secundária (Gonzáles et al., 1997).
O tratamento biológico das águas residuais surge, pois, como uma alternativa
benéfica para impedir a poluição urbana. Por exemplo, sistemas de cultura de
microalgas têm demonstrado uma versatilidade que lhes permite participar em
diferentes processos na remoção de poluição, tais como tratamento de águas
residuais, produção de comida alimentar animal, produção de fertilizantes e
produção de químicos comuns e específicos (Gonzáles et al., 1997).
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1.3.1-Remoção biológica do fósforo
A remoção biológica do fósforo tem vindo a ser largamente utilizada desde a década
de 1980, com bastante sucesso. A principal vantagem na remoção biológica do
fósforo é a redução de custos químicos e a diminuição da biomassa formada,
quando comparados com a remoção por precipitação química.
Na remoção biológica, o fósforo da água efluente é incorporado na biomassa
das células e, subsequentemente, removido pelo processo cujo resultado são lamas
(biomassa). Organismos acumuladores de fósforo (OAP) são encorajados a crescer
e consumir fósforo nos sistemas reactores, cuja configuração promove a competição
com vantagens dos OAP sobre as outras bactérias, removendo assim o fósforo das
águas residuais.
Os processos tradicionais mais comuns utilizados para remoção de fósforo e
nitrogénio por métodos biológicos são A2/0, Bardenpho Modificado, UCT, UCT
modificado e VIP (Virginia Iniciative Plant). Pormenorizando um pouco cada um
destes processos, temos:
-Processo A2/0. É uma modificação do processo A/0. Inclui uma zona anóxica para a
desnitrificação após a zona anaeróbia. O período de detenção da zona anóxica é de,
aproximadamente, 1 hora. A zona anóxica é deficiente de oxigénio dissolvido, mas o
oxigénio sob a forma de nitrato ou nitrito é introduzido pela re-circulação do “licor”
misturado e nitrificado da secção aeróbia. Podemos esperar deste processo
concentrações de fósforo efluente menores que 2 mg/l, sem filtração do efluente.
-Processo Bardenpho Modificado (3 ou mais reactores). No sistema Bardenpho
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Modificado foi adicionada uma zona aeróbia ao sistema Bardenpho convencional
(zona anóxica + zona aeróbia). O reactor anaeróbio recebe o efluente e o lodo de
retorno. Se a remoção de nitrito no sistema de Bardenpho não for completa, o ião
será introduzido na zona anaeróbia, consumindo material rapidamente
biodegradável e, portanto, da concentração de P que pode ser removido. A idade do
lodo do processo Bardenpho 5 reactor varia entre 10 a 40 dias (período longo).
-Processo UCT e UCT modificado. No sistema UCT evita-se a introdução de nitrato
na zona anaeróbia, transferindo-se lodo da zona anóxica para a zona anaeróbia. Na
zona anóxica, a concentração de nitrato é mantida baixa através de um controlo da
taxa de recirculação do primeiro reactor para o reactor anóxico anterior, de tal
maneira que o nitrato disponível para a desnitrificação na zona anóxica se iguale à
capacidade de desnitrificação desta. O sistema UCT modificado foi desenvolvido
para assegurar que não haja introdução de nitrato mesmo quando a concentração
deste ião e a taxa de desnitrificação variam com o tempo. A zona anóxica é dividida
em duas partes. O lodo de retorno é descarregado na primeira parte e a segunda
parte é usada para a desnitrificação de nitrato introduzido com uma recirculação do
reactor aeróbio para o reactor anóxico imediatamente anterior. Nesta condição, na
primeira parte da zona anóxica a remoção de nitrato será completa, de modo que
não haverá introdução do ião para a zona anaeróbia. A zona anóxica será composta
por 2 reactores e será subutilizada.
-Processo VIP (Virgínia Iniative Plant). É similar ao A2/0 e ao UCT, excepto pelos
métodos usados para recirculação: o lodo activado de retorno é descarregado no
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início da zona anóxica, juntamente com o retorno nitrificado da zona aeróbia. O “licor
misturado” da zona anóxica é retornado ao início da zona anaeróbia. Constata-se
que uma parte da matéria orgânica afluente é estabilizada.
1.4-Remoção do fósforo de águas residuais por meio de algas
imobilizadas
O cultivo de algas em águas residuais oferece vantagens combinadas no tratamento
de águas residuais e, simultaneamente, na produção de biomassa de algas. Estas
podem, mais tarde, ser exploradas para complementos proteícos e aditivos
alimentares (aquacultura, alimento animal e humano), para cosmética, produtos
farmacêuticos e componentes químicos.
Em comparação com um sistema inteiramente heterotrófico, como lamas
activadas de estações de tratamento, a primeira atracção das algas baseia-se na
necessidade de pouca formação no âmbito da tecnologia para poupar energia, já
que a produção fotossintética de oxigénio pode substituir o arejamento mecânico.
Porém, tem limitações. Uma das maiores limitações práticas no tratamento de águas
residuais com algas é a colheita e separação da biomassa proveniente da descarga
da água tratada. Contudo, uma eficiente remoção de biomassa de algas é essencial
para uma boa reciclagem da água residual (Mallick, 2002).
Têm vindo a ser feitos numerosos esforços para desenvolver uma adequada
tecnologia para a colheita de microalgas, desde uma simples filtração de areia a
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uma intensa e energética centrifugação. A auto-floculação, isto é, auto-agregação
pela paragem do arejamento, seguida de decantação, em particular para
cianobactérias, também tem vindo a ser praticada (Mallick, 2002).
A imobilização de células de algas para tratamento de águas residuais tem
sido proposta, por um lado, para circunscrever o problema da cultura e colheita de
algas em número suficiente, e por outro, para manter a quantidade de biomassa de
algas para posteriores processos (Jeanfils et al., 1986).
A utilização de algas imobilizadas tendo em vista a remoção de fósforo é uma
metodologia muito actual e tem sido frequentemente estudada, dado o seu interesse
(Tabela 1).
A aplicação da tecnologia de algas imobilizadas para tratamento de águas
residuais permite maior flexibilidade no desenho e construção de um bioreactor,
quando comparado com o sistema convencional de suspensão de algas. Além disso,
reacções de aceleração aumentam a densidade e a permeabilidade celular, não
havendo necessidade de lavagens de células, o que permite uma maior estabilidade
operacional. Estas são vantagens adicionais da utilização de células imobilizadas,
em comparação com os resultados obtidos quando as algas actuam livres nos seus
compartimentos (La-Noüe e de-Pauw, 1998).
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1.4.1-Imobilização de algas
Uma célula imobilizada é definida como uma célula que, por meios naturais ou
artificiais, é impedida de se movimentar, independentemente dos seus vizinhos, para
todas as partes da fase aquosa do sistema em estudo. Vários materiais,
designadamente acrilamidas, copopolímeros, agarose, alginato, gelatina, goma,
“Kappa-Carrageenan”, poliuterano e gel de álcool polivinil, têm vindo a ser
desenvolvidos para encapsular ou imobilizar células para vários propósitos.
Recentemente, foram iniciadas investigações sobre o uso destes compostos para
imobilização de microrganismos, com o objectivo de serem usados nas diversas
áreas de solos.
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Tabela 1 . Lista de estudos de remoção de fósforo e azoto por algas imobilizadas (Mallick,
2002)
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Os diferentes materiais possuem várias características e vários graus de
consistência que podem, ou não, ser benéficos, dependendo da aplicação. O meio
de alginato é o mais frequentemente investigado por ser também o mais utilizado
nas técnicas de biorremediação. Este meio tem sido usado na remoção de inúmeros
contaminantes, nomeadamente crómio, cresol, nitrato, pentaclorofenol, fenantreno,
fosfatos, etc.
O uso destes materiais no encapsulamento ou imobilização de células permite
aos microrganismos continuar a sobreviver numa matriz relativamente não tóxica,
através da qual gases e líquidos se podem difundir. A cápsula da matriz, juntamente
com os microrganismos, ajuda a diminuir a toxicidade do meio ambiente
(Brandenberger et al., 1998).
Podem ser adicionados à cápsula substratos ou componentes para conferir
vantagens ao inóculo embebido na matriz. A cápsula pode também proteger as
algas de microrganismos indígenas. Um outro potencial benéfico da tecnologia de
encapsulamento é a capacidade para criar uma única comunidade que trabalha
interactivamente para remediar um componente fornecido ou adicionado (Terry et
al., 2004).
O emprego de microrganismos inteiros (bactérias, algas ou fungos
filamentosos) é uma alternativa para a fonte de actividade enzimática, capaz de
metabolizar um substrato orgânico em presença de um meio de cultura ou num
ambiente compatível (Terry et al., 2004).
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O uso de gel é um dos mais simples métodos de imobilização. O gel
proporciona a imobilização em condições suaves para provocar o mínimo de
alterações aos biocatalizadores durante o processo. O gel é utilizado para melhorar
os rendimentos das biotransformações, como a imobilização das células viáveis em
gel de alginato.
A imobilização de células utilizando gel é uma técnica extensamente utilizada.
Esta técnica de imobilização de células vem sendo utilizada desde os anos
cinquenta e é explorada, hoje em dia, para aplicações industriais nos campos
agrícolas e farmacêuticos (Almeida et al., 2005).
Têm sido igualmente utilizadas algas imobilizadas em microesferas com
objectivos diversos, desde biotransformação e biossíntese de materiais até à
remoção de metais em efluentes, assim como na avaliação da qualidade da água e
previsão do impacto de substâncias diversas (metais, pesticidas, nutrientes), quer
ainda em situações de campo ou em meio controlado. As técnicas normalmente
utilizadas são de execução simples; contudo, deve ser tido em conta que factores
como a intensidade luminosa, temperatura e pH introduzem variações que dificultam
a interpretação dos resultados (Terry et al., 2004; La-Noüe & De Pauw, 1998).
1.4.2-Requisitos básicos para um sistema de algas imobilizadas útil e eficiente
O tratamento convencional de águas residuais com algas pode ser visto como dois
componentes de um sistema, algas e água residual. Este sistema inclui interacções
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de factores entre os dois componentes, como efeito da densidade da água,
alimentação da alga, aclimatização e natureza da água residual.
A incorporação da tecnologia da imobilização das algas em tratamento de
águas residuais introduz o componente da interacção de uma matriz de gel e a alga.
Este componente é o modo como a imobilização afecta as células das algas,
incluindo mudanças morfológicas, características de crescimento e actividades
metabólicas da alga.
Pelo que concerne às algas, temos a considerar a retenção de viabilidade, a
capacidade de fotossintetizar, a elevada densidade celular, a continuidade de
produtividade e a baixa perda de células através da matriz. Quanto às propriedades
de uma matriz ideal de imobilização, ela deverá ser, não tóxica, fototransparente,
estável em crescimento médio, retentora da biomassa e resistente à disrupção pelo
crescimento das células (Mallick, 2002; Yum et al., 1997).
A tabela 2 mostra os principais requisitos para um sistema de imobilização de algas
útil e eficiente e também as propriedades ideais para uma matriz de imobilização
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Tabela 2.- Requisição básica e útil para algas imobilizadas no sistema e de matrizes de
imobilização (Mallick, 2002).
Requisitos para um sistema eficiente
de algas
Propriedades de uma matriz ideal de
imobilização
Retenção de viabilidade Não toxicidade
Capacidade de fotossintetizar Fototransparência
Grande densidade de células Estabilidade em crescimento médio
Continuidade de produtividade Retenção de biomassas
Baixa perda de células através da matriz Resistência à disrupção pelo crescimento
das células
1.4.3-Métodos de Imobilização celular
São conhecidos, pelo menos, seis métodos de imobilização celular, que apresentam
de seguida:
- Par covalente;
-Imobilização por afinidade;
-Adsorção;
-Confinamento em emulsão de líquido-líquido;
-Captura por de trás de uma membrana semi-permeável;
-Armadilha.
l Par covalente
O método designado por par covalente é o método mais popular para imobilização
de enzimas, mas raro para o caso de imobilização de células. A principal
desvantagem deste processo é que as células vivas são caracterizadas pela sua
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capacidade de se dividirem mesmo no estado imobilizado.
Os registos reportados nesta área focalizam-se no uso de células mortas, ou então
em células que vão ser utilizadas num único passo, apenas de conversão catalítica.
Imobi l ização por afinidade
A imobilização por afinidade é baseada no princípio da afinidade cromatográfica.
Esta imobilização não envolve exposições reais a químicos, excepto o material
adsorvente. Contudo, no caso de células o suporte usado para afinidade de
imobilização necessita de conter algumas estruturas capazes de interagir com as
estruturas das superfícies das células. Este método é bastante suave e, por isso, é
especialmente útil para utilizar em estruturas mais voláteis e delicadas.
l Adsorção
Em princípio, a adsorção é um método reversível. Isto significa que o suporte pode
ser recuperado após a desnaturação catalítica. É largamente utilizado com sucesso
no caso de processos enzimáticos.
Uma diferença importante entre adsorção de enzimas e adsorção de células é que,
mais tarde, as enzimas são ligadas por multiligações de agregação, e por isso,
agregam muito mais fortemente ao adsorvente do que as células. Este
comportameno leva a uma adsorção mais eficiente mas, por outro lado, a uma maior
dificuldade de desadsorção.
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l Confinamento em emulsão de líquido-líquido
O confinamento em emulsão de líquido-líquido demonstra que soluções aquosas de
dois polímeros solúveis em água se misturam entre si e que a mistura
frequentemente ficará turva. Há a ocorrência de uma fase de separação da mistura
depois de algum tempo.
A composição da fase do sistema, assim como a natureza química das substâncias
que vão ser separadas, determinam a separação das fases. A fase do sistema de
partição do material faz-se de acordo com as suas propriedades de superfície:
moléculas pequenas e sem carga são distribuídas igualmente pelo sistema,
enquanto que a partição de grandes partículas, tais como as células e os seus
organelos, resultam, muitas vezes, num enriquecimento de ambas na interface,
tornando-se também na fase mais volumosa.
l Captura por detrás de uma membrana semipermeável
Na captura por detrás de uma membrana semipermeável, as células podem ficar
retidas pela semi-permeabilidade membranar, que isola os microrganismos do
volume de líquido. As células podem ser imobilizadas dentro da membrana. Esta é
uma técnica frequentemente usada na fabricação de biosensores fibra oca (Hollow
fibre) com organismos confinados de um lado da fibra porosa e substratos e
produtos solúveis do outro lado, parecem ser praticamente os mais usados.
Contudo, o crescimento deve ser controlado de forma a prevenir um aumento
excessivo de biomassa, visto que pode causar pressão e, consequentemente,
romper a membrana.
Susana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 42
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
l Armadilha
A armadilha é, de longe, o método mais utilizado em laboratórios experimentais.
Existem igualmente já alguns exemplos de processos industriais com base em
armadilhas de células.
As armadilhas são baseadas no método de confinamento de células tridimensional
numa matriz de gel. As células são livres nos seus compartimentos e os poros do
material permitem que substratos e produtos se difundam de e para as células.
Vários polímeros sintéticos (acrilamida, poliuretano, polivinil, etc.) e polímeros
naturais (colágenio, agar, agarose, celulose, alginato, “carrageenan”, etc.), são
usados para estes propósitos. Para a imobilização de algas, os mais frequentemente
usados são os géis naturais, como o alginato e o “carrageenan”.
O gel é geralmente formado através de um biocatalizador de esferas, em que
as células são adicionadas a uma suspensão aquosa de material geloso.
Este material vai formar pequenas gotículas que são obrigadas a atravessar uma
ponteira com um orifício, permitindo cair gota a gota, para depois interagir com uma
solução salina e formar as referidas esferas de alginato. As gotículas são então
estabilizadas no biocatalizador de esferas com microrganismos, via polimerização ou
outro tipo de ligação.
As gotas de alginato podem ser estabilizadas com iões divalentes, tais como
o cálcio, enquanto que o meio de “carrageenan” é estabilizado tipicamente com o
potássio. Esta técnica demonstrou que a energia vibracional, no processo de criação
das esferas, iria permitir a produção de esferas mono-dispersas.
Susana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 43
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
Estas técnicas, esquematizadas na Figura1, permitem a produção em larga escala
de biocatalizadores de esferas, forçando o material de gel através de múltiplas
ponteiras com orifícios, de forma a formar as esferas (Kaya & Picard, 1995)
Figura 1 Descrição de um esquema em sectores usado para tratamento de águas residuais utilizando
algas imobilizadas (1:centrifugação, 2:imobilização, 3: avidez em ar saturado a 100% de humidade, 4
incubação da água residual (Kaya & Picard, 1995).
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
1.4.4-Chlorella vulgaris e a remoção de fósforo
Há muito que foi verificado que as microalgas livres no seu ambiente natural
desempenhavam um papel muito importante na depuração das águas residuais
domésticas, nomeadamente na remoção de fósforo. Mas também foi constatado que
a eficiência da remoção do fósforo pelas microalgas no estado livre não ultrapassará
os 20 a 30% (Bashan et al., 2003). Uma melhoria significativa da eficiência na
remoção de fósforo é conseguida pela imobilização algal.
A imobilização de algas, designadamente da Chlorella, com vários fins, é
referida desde 1966 (Hiller e Park, 1969) e desde então os estudos com e sobre
Chlorella imobilizada continuaram (Jeanfils & Collard, 1983; Robison et al., 1986;
Bailliez et al., 1988).
La Noüe et al.,1998, foram os pioneiros na introdução da tecnologia da
imobilização de algas para o tratamento de águas residuais, nomeadamente na
remoção de azoto e fósforo. De facto, é a partir de 1990 que cinquenta por cento dos
registos de estudos de algas referem o seu uso no tratamento de águas residuais
(La Noüe e De-Pauw, 1998).
Estudos recentes reportam a utilização de C. vulgaris imobilizada na remoção
de nutrientes de águas residuais domésticas. Estes estudos referem uma eficiência
na ordem de 100% na remoção de azoto (N) e de cerca de 95% na remoção de
fósforo (P) (Tam & Wong, 2000; Lau,et al ,1998a e 1998b).
Susana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 45
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
Os investigadores tem recorrido à utilização de diferentes meios de imobilização da
C. vulgaris com vista à melhoria da eficiência na remoção de P mas a imobilização
de C. vulgaris em meio de alginato tem demonstrado proporcionar maior eficiência
na remoção de P (Megharaj et al., 1992).
O alginato de sódio é um polímero linear constituído por monómeros dos ácidos
manurónico e gulurónico. É produzido por algas e várias bactérias, solidificadas por
iões de cálcio. É biodegradável e considerado um composto não tóxico (Gentry et
al., 2004).
As microalgas imobilizadas podem sequestrar ou fornecer determinadas
substâncias que podem alterar a viscosidade das esferas. É do conhecimento dos
investigadores, também, que alguns derivados dos produtos de macroalgas, como é
o caso do alginato de sódio, possuem tendência para acumular determinadas
substâncias. Recentemente, os ecotoxicologistas têm feito esforços no sentido de se
realizarem estudos experimentais “in locu”, evitando assim a manipulação das
amostras.
Actualmente, o principal processo comercial de remoção de fosfatos em
efluentes de águas residuais é a precipitação química com ferro e alumínio, que
atinge mais de 95% de remoção.
Na prática, os métodos biológicos de remoção de fosfatos são menos eficientes,
atingindo apenas uma remoção de 20 a 30% (de-Bashan et al., 2002).
A Figura 2 mostra um dispositivo de fabrico de esferas de alginato de imobilização
de algas.
Susana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 46
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
Figura 2-Esquema de um dispositivo de fabrico de esferas (de-Bashan et al., 2002).
Dadas as suas características, C. vulgaris, além de ter vindo a ser usada em
vários estudos como um indicador de poluição ambiental (Lustigman et al., 1994),
também tem sido estudada tendo em vista a sua eficiência na remoção de N e P de
águas residuais, designadamente imobilizada em meio de alginato (Megharaj et al.,
1992).
Em 1992, Megharaj et al. reportaram um estudo comparativo concluindo que
C. vulgaris imobilizada em meio de alginato era mais eficiente na remoção de P e N
de água residual que Scenedesmus bijugatus. Os mesmos autores também referem
que culturas de células imobilizadas de Chlorella vulgaris e C.emersonii em meio de
alginato removem o fosfato cinco vezes mais rapidamente que as mesmas células
livres.Susana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 47
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
Num estudo de remoção de fosfatos e amónia de águas residuais municipais
em La Paz, no México, foi feita a combinação de microalgas C. vulgaris com um
promotor de crescimento bacteriano, Azospirillumbrasilense Cd. Os dois
microrganismos foram co-imobilizados em pequenas esferas de alginato e o estudo
revelou que A. brasilense Cd aumentou significativamente o crescimento de C.
vulgaris quando os microrganismos co-imobilizados foram postos a crescer nas
águas residuais. A estirpe do tipo A. brasilense Cd foi considerada promotora de
muitos parâmetros de crescimento de algas unicelulares, como C. vulgaris, e é
frequentemente utilizada em processos terciários de tratamento de águas residuais
(Bashan et al, 2003).
1.5-Objectivos
- Investigar os processos de remodelação e aplicação de técnicas de imobilização
em meio de alginato de sódio com microalgas.
- Aplicação da técnica e avaliação da eficiência da microalga Chlorella vulgaris
imobilizada em meio de alginato de sódio como forma de tratamento biológico na
remoção de fosfatos em águas residuais domésticas
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
2-MATERIAL E MÉTODOS
2.1-Algas utilizadas
De entre as várias técnicas de biorremediação existentes, optou-se pela utilização
da imobilização da Chlorella vulgaris em meio de alginato de sódio. O método de
referência de detecção de fosfatos utilizado foi o de Strickland & Parsons (1968).
Este método colorimétrico utiliza o molibdato vanadato de amónio como corante.
Chlorella vulgaris é uma espécie pertencente à classe Chlorophycea, ordem
Chlorococcales, família Chlorellacea e género Chlorella (BDiGPELD - Biblioteca
Digital Georreferenciada). Estudos recentes, baseados em caracteres bioquímicos,
fisiológicos e ultraestruturais, juntamente com a filogenia molecular assente na
sequência 18sRNA completa, têm sugerido que serão quatro as espécies
pertencentes ao género Chlorella: C. vulgaris, C. lobophora, C. sorokiniana e C.
kessleri (Hsiuan et al., 2000).
C. vulgaris é uma alga verde, eucariota, autotrófica e unicelular em condições
normais de cultura. Tipicamente, tem o tamanho aproximado ao de uma hemácia,
cerca de 5-6 µm de diâmetro (Boraas et al., 1998).
Em condições adversas, com dificuldades nutritivas, pode passar da sua
forma normal unicelular à forma multicelular, formando pequenas colónias estáveis
Susana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 49
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
de oito células, característica, esta, que é transmitida hereditariamente. Desta forma,
consegue um diâmetro de cerca de 17 µm, o que lhe permite escapar à ingestão por
flagelados heterotóficos que se alimentam de partículas de dimensões aproximadas
das de C. vulgaris unicelular (Boraas et al., 1998).
Esta microalga é um ser fotoautotrófico, embora não obrigatoramente.
Contém clorofila a e b. É, frequentemente, simbiótica de muitos outros organismos,
tais como hidras e esponjas (Lustigman et al, 1994).
As microalgas usadas foram obtidas de uma amostra gentilmente cedida pelo
CIIMAR (Centro de Investigação Marinha e Ambiental) e referenciadas como tendo
crescido em meio Z8 (Anexo).
2.2-Amostragem de água residual
A amostra foi recolhida a partir de um tanque para onde convergem e se misturam
as águas residuais, quer domésticas (cozinha, refeitório e sanitários), quer de
esgotos de esterilização de material clínico e de radiologia clínica.
O local de amostragem foi dentro das instalações de uma clínica/hospital de Luanda,
Angola, a Clínica Sagrada Esperança, que autorizou das amostras, das suas
instalações.
Susana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 50
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
2.2.1 – Frequência da colheita de amostra, acondicionamento e transporte
As colheitas de águas residuais foram realizadas duas vezes, em Novembro e
Janeiro. Foram colhidas, de cada vez, duas amostras de água
residual em frascos de polietileno com o volume de cerca de 2 litros .
Estes frascos foram introduzidos em caixa térmica, para evitar grandes variações de
temperatura, e assim transportadas até ao Laboratório de Ecologia do Departamento
de Zoologia e Antropologia da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto.
2.2.2– Equipamento laboratorial
O equipamento laboratorial utilizado na determinação dos vários parâmetros
analisados foi:
Fotómetro Multiparâmetros de Bancada, Série C200 (HANNA Instruments)
Espectrofotómetro Jenway 630 S UV/VIS
Balança analítica de 200g de capacidade e 0.1mg de precisão
balão de algas
3- IMOBILIZAÇÃO DAS ALGAS
A-Preparação das microalgas para a imobilização
Por cada série de ensaios, após homogeneização da amostra inicial das
microalgas Chlorella vulgaris, por leve agitação manual do balão contentor, foi
retirada uma amostra de 50 ml para uma proveta graduada. Fez-se passar esta por
Susana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 51
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
um filtro de papel e lavou-se três vezes com 50 ml de água destilada, para retirar os
vestígios do meio de crescimento.
À massa de microalgas filtradas adicionaram-se 40 ml de água destilada, para
obter uma suspensão de ± 4x10^10 e 9x10^10 células/mL, de tonalidade
esverdeada. Desta suspensão, foi retirada uma pequena porção que foi colocada em
lugol, para avaliação da concentração algal, em câmara de Neubauer. Foram feitas
seis contagens e foi obtida a média de concentração de 6x10^10 células/mL.
B-Matriz de gel utilizada
As características físicas dos geís associadas ao seu comportamento são
extremamente importantes e têm um papel muito significativo na eficiência e
fiabilidade do processo de imobilização. A matriz usada para a remediação das
águas residuais com a Chlorella vulgaris foi o alginato de sódio.
O meio de alginato de sódio foi preparado a 1,25% com água destilada, isto é,
a partir de 1,25 gramas de pó alginato de sódio que foram colocados em 100 mL de
água destilada.
Neste estudo experimental foram tomados em consideração alguns critérios
de exclusão da matriz. Os critérios de exclusão aludidos foram:
Estabilidade da matriz em meio salino com alto teor de fosfato;
Comportamento viscoso versus cadeias de ligação no próprio gel;
Não toxicidade da matriz com a respectiva inibição de crescimento de vários
microrganismos;
Propriedade higroscópica e permeabilidade para obter máxima mistura de gel
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
(Kaya & Picard 1995).
E, atendendo às características da matriz, teve-se em conta as vantagens:
Simplicidade de preparação do gel
Não toxicidade
Baixo custo.
Tendo como desvantagens:
Fácil dissolução
Desintegração na presença de tampão fosfato
Agitação mecânica.
C-Técnica de imobilização da Chlorella vulgaris
- Prepararam-se 100 mL de uma solução de endurecimento de cloreto de cálcio a
1%, com água destilada, num matraz.
- Noutro matraz, juntaram-se 10 ml da suspensão de microalgas a 50 mL de solução
de alginato de sódio.
- Fez-se gotejar a suspensão de algas (diluídas na solução de alginato de sódio)
através de uma bureta, de modo a formar esferas consistentes e homogéneas.
Estas iam caindo na solução de cloreto de cálcio referida no ponto 1, com uma
cadência aproximada de 60 por minuto.
- À medida que as esferas iam caindo, iam sendo homegeneizadas por agitação
lenta, por meio de um agitador de placas, para que não se agregassem.
- As esferas foram deixadas na solução de cloreto de cálcio durante
aproximadamente 40 minutos, para permitir o seu endurecimento.
Susana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 53
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
- Após este tempo, as esferas foram filtradas com papel de filtro e foram lavadas
abundantemente com água destilada, de modo a eliminar resquícios de cloreto de
cálcio.
- Este processo foi efectuado 20 vezes, de modo a obter uma igual porção de
esferas para cada ensaio e controlo, sendo em quatro destas, destinadas aos
controlos, utilizada apenas a solução de alginato de sódio.
D-Adição das esferas de microalgas à água residual
- Foram realizadas quatro séries de quatro ensaios (quatro réplicas) e um controlo
por série.
- Cada ensaio e controlos foram realizados em matrazes de 100 mL. Em cada
matraz foram colocados 50 mL de água residual e (as esferas resultantes de 10 mL
da suspensão de microalgas a 50 mL de solução de alginato de sódio), no caso dos
ensaios. Nos controlos, as esferas apenas continham alginato de sódio.
- Cada matraz foi tapdo com algodão e deixou-se a incubar, na sala de cultivo, a
22ºC, durante 13 dias com 24h de fotoperíodo.
- De três em três dias, eram retirados cerca de 10 mL da água residual em
incubação e era medida a concentração dos níveis de fosfatos.
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
Figura 3: esquema de imobilização da microalga Chlorella e Azospirillum brasilense cd (Bashan et
al., 2003).
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
3.1-Princípio da detecção dos fosfatos
O método utilizado foi de Strickland & Parsons (1968).
A concentração inicial de fosfatos nas amostras da água residual era de 60 mg/dL.
Em solução com um ácido forte (ácido sulfúrico), os ortofosfatos formam um
complexo amarelo com iões molibdato, que pode depois ser reduzido a um
complexo corado de azul, e medido no espectrofotómetro. Se o agente é o ácido
ascórbico, a formação da cor azul é acelerada pelo antimónio. Este complexo azul
tem o máximo de absorvência a 882 nm.
4-RESULTADOS
Foram usados dois métodos de determinação de concentração de fosfatos, devido a
dificuldades técnicas com os reagentes dos fosfatos.
Na primeira fase utilizou-se o método de Hanna para determinar a
concentração de fosfatos. Na segunda fase, utilizou-se o método de Strikland. &
Parsons (1968)
Na tabela 3 apresentam-se os resultados das médias e desvios padrão das
concentrações de fosfatos obtidas pelo método de Hanna.
Na tabela 4 apresentam-se os resultados de médias e desvios padrão das
concentrações obtidas pelo método de Strickland & Parsons(1968)
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
Pela análise dos gráficos da fig. 4 e 5 verifica-se a redução de fosfatos da
água residual pelas microalgas durante um período de 10 dias a 13 dias
Verificou-se, pelos dois métodos, um decréscimo da concentração de fosfatos
ao terceiro dia de incubação das microalgas na água residual em estudo, em cerca
de 43% (Hanna) e 49% (Strikland & Parsons)
Observou-se que o controlo, apenas com esferas e água residual, manteve a
concentração próxima de 45 mg/l de fosfatos.
Pelo método de Hanna, a concentração de fosfatos desceu no terceiro dia
para 28.4 mg/l, e no quinto dia para 23.9 mg/l. No sétimo dia desceu até aos 17.38
mg/dl e no oitavo, décimo primeiro e décimo segundo teve um ligeiro aumento da
concentração: 22,97, 22.5 e 20.6 mg/l, respectivamente. Ao décimo terceiro dia
houve novamente um ligeiro decréscimo de concentração para 15.85 mg/l.
Tabela-3: Média e Desvio Padrão de das concentrações de fosfatos detectadas pelo método de Hanna.
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D
9
D10 D11 D12 D13
Média
50 28,4 23,9 23,9 17,38 22,97 22,5 20,6 15,85
D´Padrão
6,505 1,401 1,27 1,914 4,65 2,475 0,070 0,078
Controlo da amostra+esferas de alginato de sódio sem microalgas= 45 mg/l
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
Fig.4-Gráfico-1:variação dos níveis de remoção de fosfatos pela microalga Chlorella vulgaris ao
longo dos dias, pelo Método Hanna.
Pelo método de Srickland & Parsons (1968) a concentração de fósforo desceu
no terceiro dia para 25.3mg/l, e no quinto dia para 7,87 mg/l. O sétimo dia desceu
até aos 3.89 mg/l e no décimo dia, manteve praticamente a mesma concentração,
embora se tivesse verificado mesmo um ligeiro aumento da concentração (3.96
mg/l).
Tabela-4: Média e Desvio Padrão de das concentrações de fosfatos detectadas pelo Método de Strickland & Parsons (1968).
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10
Média
50 25,3 15,8 7,87 5,22 3,89 3,96
D´Padrão
1,986 3,122 4,071 1,044 1,321 1,534
Controlo da amostra+esferas de Alginato de sódio sem microalgas= 40mg/LSusana Silva – Faculdade de Ciências do Porto Pág. 58
Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
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Fig.5-Gráfico-2: variação dos níveis de remoção de fosfatos pela microalga Chlorella vulgaris ao
longo dos dias, pelo Método Strickland & Parsons (1968)
5-DISCUSSÃO
As concentrações de fosfatos encontrados nas águas residuais domésticas são
bastante elevadas (cerca de 50 mg/l), o que pode significar uso exacerbado de
detergentes, a montante. Consideramos que os valores fornecido pelo método de
Strickland & Parsons como mais fiáveis, porque este ainda é visto como método de
referência e utilizado largamente por vários investigadores.
No processo de detecção de fosfatos pelo método de Hanna, observou-se
que os níveis de concentração de fosfatos não foram tão baixos como no método de
Strikland & Parsons (1968). Mas pôde observar-se que houve uma redução
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significativa de fosfatos ao terceiro dia, sendo a remoção mais lenta nos dias
seguintes e se manteve quase sem variações até ao décimo terceiro dia.
Uma das hipóteses para a remoção mais demorada nos restantes dias poderá
dever-se ao facto de ter sido utilizada uma densidade algal de 4,0x106 células/ml.
A determinação da concentração de fosfatos pelo método de Strikland &
Parsons (1968) apresentou valores bem mais baixos, embora em valores relativos
semelhantes ao método de Hanna. Obtiveram-se concentrações de fosfatos
significativas ao terceiro dia de incubação das águas residuais com a Chlorella
vulgaris. As concentrações de fosfatos medidas nos dias seguintes foram sempre
mais baixas até ao décimo dia, que baixaram até 3,96 mg/l de concentração de
fostato. Pode pôr-se a hipótese de, nesta segunda fase, a remoção ter sido mais
rápida pelo facto de a densidade algal usada ter sido maior (9.0x106 celulas/ml).
Deve ser tido em conta o comportamento da microalga, que se revelou
influenciado pelas condições ambientais em que se encontrava, como, por exemplo
o fotoperiodo, a temperatura ambiente, a forma de acondicionamento da microalga e
amostra. Aconteceu que uma das vezes se utilizou papel de prata para tapar o
matraz, enquanto que num outro ensaio foi utilizado algodão. No caso da utilização
do algodão de vidro obtiveram-se concentrações mais altas de fosfatos do que no
caso em que a incubação foi feita com recurso a cobertura de papel de prata.
Verificou-se ainda que algumas vezes, a falha de corrente eléctrica na sala de
culturas provocou diferenças de concentrações dos fosfatos entre amostras
seriadas.
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
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Outra hipótese possível é a de que as esferas de alginato de sódio contendo
as microalgas tenham começado a perder a sua estrutura, visto que, segundo
alguns autores (Lau et al., 1998b), devido à sua natureza ionotrópica, a estabilidade
mecânica do gel de alginato depende essencialmente das condições iónicas do
ambiente. Como resultado, a integridade do gel é altamente vulnerável à presença
de agentes como, por exemplo, o fósforo e citrato. Este tipo de agentes, quando
ligados a catiões, soltam a matriz de gel e causam a perda de células de gel, que
acaba por se dissolver, alterando a experiência (Robinson et al., 1986).
O que acontece alguma frequência, deve-se ao facto de as microesferas de alginato
roçarem umas nas outras (Kaya & Picard, 1995), levando as microalgas a perder a
sua capacidade de remover os fosfatos da água residual.
A variação e a diminuição de capacidades de remoção também podem ser
devidas à dificuldade de esterilização do alginato de sódio e, portanto, à existência
de contaminantes que alterem a capacidade das propriedades de gelificação da
matriz.
6-CONCLUSÃO
O estudo de novas alternativas para tratamento de águas residuais e para a remedi-
ação de sítios contaminados é hoje, e justificadamente, uma actividade em cresci-
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
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mento. É da experiência de todos nós tomar conhecimento, periodicamente, da exis-
tência de rios ou lagos, em especial, onde a profusão do crescimento de algas, devi-
do à alta percentagem de fosfatos, se torna altamente perniciosa, não só porque
esse crescimento se torna letal para a fauna, por falta de oxigénio, como ainda o
próprio elemento líquido fica inutilizável aquando a flora se decompõe.
Por isso e de uma maneira geral, a utilização de processos biológicos torna-se alta-
mente conveniente, em função da capacidade destes sistemas para tratar grandes
volumes a um custo mais baixo. É, pois, altamente justificada a relação entre o cres-
cimento descontrolado dos efeitos poluentes e a necessidade deste aumento mar-
cante na investigação para criar estratégias para limpar os ecossistemas aquáticos.
Daí que, cada vez mais, microrganismos tais com o as algas, são agora aceites
como ferramentas baratas e eficientes para remover muitos poluentes, tais como os
fosfatos, em águas residuais.
Foi, portanto, tendo como horizonte esta dupla realidade, o aumento dos fosfatos
nas águas e a verificação de que as suas consequências poderiam ser minimizadas
pelo recurso a microrganismos que se perspectivou o principal objectivo deste estu-
do: a demonstração prática de uma remoção biológica de fosfatos em águas residu-
ais domésticas, utilizando algas imobilizadas em meio de alginato de sódio. De facto,
comprovadamente, o tratamento com a microalga Chlorella vulgaris imobilizada
mostrou reduções significativas na concentração de fosfatos na água residual em
estudo.
Mas não podemos deixar de reconhecer que se torna necessário repetir este estudo
em campo, isto é, em locais de drenagem directa de águas residuais com caracterís-
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Biorremediação em águas residuais:remoção de fosfatos utilizando microalgas Chlorella vulgaris imobilizadas em meio de
alginato de sódio
ticas semelhantes às das amostras utilizadas, de forma a testar variáveis mais alar-
gadas. Podemos, contudo, garantir que, de facto, se verificaram variações de con-
centração de fosfato na amostra em estudo, pelo que consideramos ter atingido o
principal objectivo. As amostr as, dada a dificuldade do seu transporte para Portugal,
também foram em número reduzido, o que não facilitou uma melhor interpretação
dos resultados.
Seria interessante, de futuro, avaliar também o comportamento algal sob várias con-
dições ambientais e de acondicionamento. Deve, contudo, ter -se em conta critérios
rigorosos na escala de microrganismos que possam proliferar num ambiente conta-
minado e que ao mesmo tempo possua um sistema que lhe per mita metabolizar
contaminantes (neste caso, os fosfatos).
Esperamos e desejamos que, com este estudo, se possam fazer outros a uma esca-
la mais alargada, contribuindo dessa forma para a melhoria da situação da poluição
ambiental do meio aquático, nomeadamente neste tipo de águas. A realidade está à
vista de todos e a remediação possível já não é uma miragem.
Tomar conhecimento desta realidade e das acções para a minimizar com os
mais baixos custos económicos e ambientais é mais do que necessário: é im-
perativo!
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