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UNIVERSIDADE DE SANTA CRUZ DO SUL
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM
TECNOLOGIA AMBIENTAL – MESTRADO
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO EM GESTÃO
E TECNOLOGIA AMBIENTAL
Caroline Paiva Flores
CARACTERIZAÇÃO MICROBIANA E AVALIAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA
E TOXICOLÓGICA DE EFLUENTE DE LAVANDERIA DE UNIDADE
DE MANUTENÇÃO MECÂNICA TRATADO POR UV/TiO
2
Santa Cruz do Sul, Junho de 2008.
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2
Caroline Paiva Flores
CARACTERIZAÇÃO MICROBIANA E AVALIAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA
E TOXICOLÓGICA DE EFLUENTE DE LAVANDERIA DE UNIDADE
DE MANUTENÇÃO MECÂNICA TRATADO POR UV/TiO
2
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação
em Tecnologia Ambiental – Mestrado, Área de
Concentração em Gestão e Tecnologia Ambiental,
Universidade de Santa Cruz do Sul – UNISC, como
requisito parcial para obtenção do título de Mestre em
Tecnologia Ambiental.
Orientadora: Profª. Drª. Lourdes Teresinha Kist
Co-orientador: Prof. Dr. Valeriano A. Corbellini
Santa Cruz do Sul, junho de 2008.
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3
Caroline Paiva Flores
CARACTERIZAÇÃO MICROBIANA E AVALIAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA E
TOXICOLÓGICA DE EFLUENTE DE LAVANDERIA DE UNIDADE DE
MANUTENÇÃO MECÂNICA TRATADO POR UV/TiO
2
Esta Dissertação foi submetida ao Programa de Pós-
Graduação em Tecnologia Ambiental – Mestrado,
Área de Concentração Gestão e Tecnologia
Ambiental, Universidade de Santa Cruz do Sul –
UNISC, como requisito parcial para obtenção do
título de Mestre em Tecnologia Ambiental.
Dra. Patrícia Valente da Silva
Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS
Dr. Ênio Leandro Machado
Universidade de Santa Cruz do Sul - UNISC
Dr. Valeriano Antonio Corbellini
Universidade de Santa Cruz do Sul - UNISC
Co-orientador
Drª. Lourdes Teresinha Kist
Universidade de Santa Cruz do Sul – UNISC
Orientadora
4
Dedico esta dissertação aos meus pais, por todo amor e
compreensão durante este período, além do apoio que
foi essencial para conclusão deste trabalho.
5
AGRADECIMENTOS
Agradeço a meus pais por terem me proporcionado este curso, sempre me incentivando
a novas conquistas. Vocês são a minha razão para sempre continuar e nunca desistir. Aos
meus familiares e amigos, pela paciência, força e motivação.
A minha orientadora professora Drª Lourdes T. Kist, pela atenção inigualável em todos
os momentos desde o início deste curso, sempre presente e disposta a ajudar. Obrigada pelo
apoio em todos os momentos, a senhora foi essencial para a concretização deste trabalho.
Ao meu co-orientador professor Dr. Valeriano A. Corbellini, pelo apoio neste trabalho,
pelos ensinamentos, tão importantes para a realização e finalização desta dissertação.
A todos os professores do Programa de Pós Graduação em Tecnologia Ambiental, pela
contribuição em minha formação acadêmica.
Aos meus colegas de mestrado, principalmente a Andréa e a Laura, que alem de colegas
se tornaram amigas. Obrigada pelo apoio, pela compreensão, pelo companheirismo de todas
as horas.
6
RESUMO
O desenvolvimento da sociedade nos últimos anos tem ocorrido de forma desordenada, sem
limites, o que cada vez mais aumenta a poluição e a degradação ambiental. O principal
objetivo deste trabalho foi contribuir com a preservação do meio ambiente e da saúde
humana, no sentido de fornecer subsídios técnico-científicos que resultem na prevenção e
minimização da contaminação causada pelos efluentes de lavanderia que possuem carga
tóxica com compostos orgânicos como os fenóis e surfactantes. Para caracterizar e demonstrar
a eficiência dos tratamentos propostos, foram realizadas determinações de demanda
bioquímica de oxigênio (DBO
5
)
,
demanda química de oxigênio (DQO), surfactantes, pH,
óleos e graxas, fenóis e turbidez, além das análises microbiológicas como os testes de
toxicidade e sensibilidade, e análises quimiométricas. O princípio da fotocatálise heterogênea
utilizada neste trabalho envolve a ativação do semicondutor TiO
2
por radiações, esta luz
artificial também formará ozônio e consequentemente haverá formação de radicais hidroxila
(HO
.
), que é um agente altamente oxidante. O tratamento com melhor eficiência foi o método
UV/TiO
2
onde obtivemos reduções de 21% para DQO, 24% para DBO
5
, 65% para óleos e
graxas e 13% para fenóis. A opção do tratamento dos efluentes desta lavanderia através de
POAs (Processos Oxidativos Avançados) é justificada especialmente pela necessidade de
detoxificação pela presença de compostos fenólicos em quantidade superior ao permitido pela
Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006. Após o tratamento, foram feitos diversos testes para
caracterização de microrganismos encontrados tanto no efluente bruto como no tratado a fim
de avaliar o efluente a nível microbiológico, e integrar os resultados do tratamento feito ao
efluente.
Palavras chave: Efluente de manutenção mecânica, Fotocatálise heterogênea, Fenol, TiO
2
,
análises microbiológicas.
7
ABSTRACT
The development of the society in recent years has occurred so disorganized, without limits,
which progressively more increases pollution and environmental degradation. The main
objective of this work was to contribute to the preservation of the environment and human
health, to provide technical and scientific subsidies that result in the prevention and mitigation
of contamination caused by effluents from laundry that have load with toxic organic
compounds such as phenols. To characterize and demonstrate the effectiveness of the
treatments offered, determinations were made of biochemical oxygen demand (BOD
5
),
chemical oxygen demand (COD), surfactants, pH, oils and greases, phenol and turbidity,
besides the microbiological analysis, as the tests of toxicity and sensitivity, analyses
quimiometric. The principle of heterogeneous photocatalysis used in this work involves the
activation of TiO
2
as semiconductor by radiation, this artificial light also form ozone and
consequently there will be formation of hydroxyl radicals (HO), which is a highly oxidizing
agent. The treatment with better efficiency was the method UV/TiO
2
got where reduction of
21% for COD, 24% for BOD
5
, 65% for oils and greases and 13% for phenol. The option of
treating effluents of laundry through POAs is especially justified by the need for
detoxification by the presence of phenolic compounds in excess of Resolution No.
CONSEMA 128/2006. After treatment were made tests for the characterization of
microorganisms found in both raw and in the treated effluent in order to assess the effluent at
the microbiological level, and integrate the results of the effluent treatment done.
Keywords: Sewage maintenance of mechanical, Heterogeneous photocatalysis, Phenol, TiO
2
,
microorganisms.
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.
Esquema representativo da partícula de um semicondutor ...................... 22
Figura 2.
Esquema do funcionamento do espectrofotômetro de infravermelho.......
26
Figura 3.
Infograma simplificado da metodologia utilizada para este efluente........
33
Figura 4.
Vista lateral do reator de fotocatálise em uso, com a cobertura de
vedação......................................................................................................
37
Figura 5.
Reator de fotocatálise em funcionamento, sem a cobertura de vedação .. 37
Figura 6.
Fluxograma simplificado da entrada e saída de líquidos no processo de
lavagem ....................................................................................................
43
Figura 7.
Máquina industrial de lavar roupa da empresa estudada ......................... 45
Figura 8.
Tratamento dos fenóis da amostra sintética com o método
TiO
2
/UV....................................................................................................
51
Figura 9.
Tratamento dos fenóis da amostra sintética com o método UV............... 51
Figura 10.
Tratamento dos fenóis da amostra sintética com o método TiO
2
.............
51
Figura 11.
Curva de tratamento UV/TiO
2
relacionado a turbidez ............................. 56
Figura 12.
Curva cinética de tratamento de óleos e graxas com TiO
2
/UV ................ 56
Figura 13.
Dendograma representando a análise por agrupamento hierárquico de
impressão digital metabólica obtida por espectroscopia no
infravermelho na faixa espectral 3700-700 cm
-1
de 16 microrganismos
isolados das amostras do efluente bruto de lavanderia.............................
59
Figura 14.
Representação das principais bandas da impressão digital metabólica
do isolado 4A4 obtida por espectroscopia no infravermelho na faixa
espectral 3700-700 cm
-1
............................................................................
60
Figura 15.
Coloração de Gram (à esquerda) e impressão digital metabólica obtida
por espectroscopia de infravermelho (à direita) de amostras de grupo I
de isolados de um efluente de lavanderia..................................................
61
Figura 16.
Coloração de Gram (à esquerda) e impressão digital metabólica obtida
por espectroscopia de infravermelho (à direita) de amostras de grupo II
de isolados de um efluente de lavanderia..................................................
62
Figura 17.
Coloração de Gram (à esquerda) e impressão digital metabólica obtida
por espectroscopia de infravermelho (à direita) de amostras de grupo III
de isolados de um efluente de lavanderia..................................................
63
9
Figura 18.
Coloração de Gram (à esquerda) e impressão digital metabólica obtida
por espectroscopia de infravermelho (à direita) de amostras de grupo
IV de isolados de um efluente de lavanderia............................................
64
Figura 19.
Coloração de Gram (à esquerda) e impressão digital metabólica obtida
por espectroscopia de infravermelho (à direita) de amostras de grupo V
de isolados de um efluente de lavanderia..................................................
65
Figura 20.
Gráfico do tamanho do halo de inibição dos organismos encontrados..... 67
Figura 21.
Variações na sensibilidade a surfactantes em isolados bacterianos de
efluente de empresa A: Isolado 2C1 com maior sensibilidade ao SDS;
B: isolado 4A4 com maior sensibilidade ao CTAB; C: Isolado 2A3
com menor sensibilidade ao CTAB..................................................
68
Figura 22.
Contagem total de microrganismos heterotróficos em ágar nutriente e
ágar Sabouraud de água destilada, efluente bruto tratado por
fotoxidação com UV/TiO
2
e não tratado..................................................
69
10
LISTA DE TABELAS
Tabela 1.
Diferentes métodos para sistemas de catálise homogênea e
heterogênea...........................................................................................
21
Tabela 2.
Atribuições de algumas bandas encontradas em análises de espectro
infravermelho microbiano....................................................................
27
Tabela 3.
Procedimentos operacionais adotados com o reator tipo rampa........... 36
Tabela 4.
Resumo das condições operacionais do reator de UV/TiO
2
............... 38
Tabela 5.
Dados da caracterização inicial do efluente bruto da lavanderia em
estudo ..................................................................................................
47
Tabela 6.
Eficiência para a detoxificação utilizando o método UV/TiO
2
........... 49
Tabela 7.
Resultados obtidos na degradação do fenol com o método UV...........
52
Tabela 8.
Resultados obtidos na degradação do fenol com o método TiO
2
........
53
Tabela 9.
Resultados obtidos na degradação do fenol com o método TiO
2
/UV . 54
Tabela 10.
Percentuais de degradação dos compostos fenólicos nos diferentes
processos em 60 minutos .....................................................................
55
Tabela 11.
Contagem total de microrganismos viáveis nas placas nas diferentes
etapas do processo de lavagem.............................................................
58
11
LISTA DE ABREVIATURAS
AIA – Avaliação de Impactos Ambientais
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente
CONSEMA - Conselho Estadual de Meio Ambiente
CTAB – Brometo de Cetiltrimetalamônio
DBO
5
- Demanda de Oxigênio Bioquímica em 5 dias
DQO - Demanda Química de Oxigênio
EIA - Estudo de Impacto Ambiental
EIV – Espectroscopia de Infravermelho
ETE - Estação de Tratamento de Esgoto
FEPAM - Fundação Estadual de Proteção Ambiental Luis Henrique Roessler
HCA – Análise por Agrupamento Hierárquico
OMS - Organização Mundial de Saúde
OPAS - Organização Pan-Americana de Saúde
PCA – Análises por Componentes Principais
P+L - Produção mais Limpa
POA´s – Processos Oxidativos Avançados
ppm – parte por milhão
RIMA - Relatório de Impacto Ambiental
SDS – Lauril Sulfato de Sódio
UAN - Unidade de Alimentação e Nutrição
12
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................. 14
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................... 16
2.1 Poluição e legislação ambiental ........................................................................
16
2.2 Fenóis: características e aplicações...................................................................
17
2.3 Processos de tratamento para efluentes contendo fenóis.................................. 18
2.4 Surfactantes....................................................................................................... 19
2.5 Processos oxidativos avançados....................................................................... 20
2.6 Fotocatálise heterogênea................................................................................... 21
2.7 Aplicação de dióxido de titânio........................................................................ 23
2.8 Aplicação da radiação ultravioleta.................................................................... 23
2.9 Espectroscopia de infravermelho para identificação microbiológica .............. 24
2.10 Análise multivariada ...................................................................................... 27
2.10.1 Quimiometria.............................................................................................. 27
2.10.2 Análise por componentes principais (PCA) ............................................... 28
2.10.3 Análise por agrupamento hierárquico (HCA) ............................................. 29
2.11 Teste de sensibilidade á surfactantes...............................................................
39
3 METODOLOGIA................................................................................................ 31
3.1 Caracterização do local de estudo..................................................................... 31
3.2 Fonte e coleta de dados......................................................................................
31
3.3 Coleta e preservação das amostras................................................................... 31
3.4 Planejamento experimental para a lavanderia...................................................
32
3.5 Análises físico-químicas e microbiológicas......................................................
32
3.5.1 Determinação de fenol................................................................................... 34
3.5.2. Determinação de pH .................................................................................... 34
3.5.3 Demanda química de oxigênio (DQO)...........................................................
34
3.5.4 Demanda bioquímica de oxigênio (DBO
5
).................................................... 34
3.5.5 Determinação de surfactantes....................................................................... 35
3.5.6 Determinação de óleos e graxas.....................................................................
35
3.6 Configuração do reator e ensaios de fotocatálise.............................................. 36
3.7 Parâmetros operacionais do reator ................................................................... 38
3.8 Análises microbiológicas ................................................................................. 39
13
3.8.1 Contagem de células viáveis, isolamento e seleção de
microrganismos.......................................................................................................
39
3.8.2 Análise microcóspica por coloração de Gram ...............................................
40
3.8.3 Análise espectroscópica .................................................................................
40
3.8.4 Ensaio de sensibilidade a surfactantes ...........................................................
41
3.9 Ensaios de toxicidade........................................................................................
41
RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................... 42
4.1 Comprometimento e educação ambiental......................................................... 42
4.2 Efluente da lavanderia.......................................................................................
42
4.3 Caracterização do efluente da lavanderia.........................................................
45
4.4 Ensaios de fotoozonização catalítica................................................................ 47
4.5 Otimização dos métodos................................................................................... 48
4.6 Tratamento aplicado a compostos fenólicos.................................................... 49
4.7 Parâmetros como turbidez e óleos e graxas...................................................... 55
4.8 Análises microbiológicas ................................................................................. 57
4.8.1 Contagem de células viáveis ..........................................................................
57
4.8.2 Isolamento e seleção de microrganismos ......................................................
58
4.8.3 Análise microscópica por coloração de Gram e por espectroscopia no
infravermelho .........................................................................................................
59
4.8.4 Ensaio de sensibilidade a surfactantes ...........................................................
66
4.8.5 Teste de toxicidade ........................................................................................
68
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS.............................................................................. 70
REFERÊNCIAS..................................................................................................... 72
ANEXO ................................................................................................................. 79
14
INTRODUÇÃO
O desenvolvimento da sociedade nos últimos anos tem ocorrido de forma
desordenada, sem limites, o que cada vez mais aumenta a poluição e a degradação ambiental.
Tais impactos ambientais que antes não eram observados pela população, agora estão visíveis
e cada vez maiores e seus efeitos são uma resposta aos nossos próprios atos.
As preocupações ambientais não são ficção científica, mas sim um perigo real que
aumenta a cada dia. Qualquer dano ambiental que ocorre num ponto da Terra acaba por afetar
todo o Planeta. Para se ter uma idéia do quadro geral da degradação, basta ver que nos últimos
quarenta anos a população mundial praticamente dobrou e possui grande possibilidade de
dobrar novamente nos próximos quarenta anos, de forma que essa pressão populacional
poderá acabar com os recursos naturais dos quais depende. Assim, os prejuízos ambientais
são uma realidade que afetam a vida de milhões de pessoas, tanto dos países desenvolvidos
como dos em desenvolvimento. E, se quisermos sustentar a vida com qualidade, devemos
antes buscar o equilíbrio entre as ações humanas e a preservação do ambiente onde vivemos.
Atitudes mais responsáveis devem ser adotadas, como recuperação dos resíduos
gerados por diversas indústrias, e como também a geração de novas técnicas, e indústrias já
existentes devem aos poucos trocar seus antigos processos por tecnologias mais limpas.
Essas formas de cuidado com meio ambiente são essenciais para que os danos ambientais
sejam minimizados. A geração e o descarte dos resíduos em unidades de lavagem e
manutenção de mecânica pesada geram uma grande quantidade de resíduo. Estes resíduos
liberados podem estar contaminados com diversos agentes químicos, entre eles óleos e graxas
e outros compostos orgânicos como os tensoativos, fenóis e produtos químicos utilizados na
limpeza.
A realização deste trabalho levou em consideração a necessidade de apresentar
aspectos relevantes quanto ao gerenciamento do efluente proveniente de uma lavanderia em
uma unidade de lavagem de peças de manutenção mecânica, no Vale do Rio Pardo/RS. O
gerenciamento interno desta lavanderia, bem como a importância do desenvolvimento de um
processo de tratamento que leve à satisfatória detoxificação, configuram os objetivos
principais deste trabalho e buscam resultados mais coerentes com o que propõe a legislação -
15
Resolução CONSEMA nº 128/2006, da Secretaria da Saúde e Meio Ambiente do Estado do
Rio Grande do Sul.
Dentre os POAs, investigou-se o método com radiação UV e catalisador TiO
2
P25,
como alternativa de detoxificar este efluente, incluindo estudo da toxicidade do efluente
através de microrganismos versáteis capazes de resistirem aos efeitos tóxicos do efluente.
O presente trabalho estrutura-se da seguinte forma:
Na primeira parte apresenta-se o problema da investigação, contextualizando-o e
relacionando-o aos objetivos.
A segunda parte é constituído de uma revisão teórica, iniciando-se um breve
histórico sobre a problemática ambiental, o reconhecimento da limitação para
tratamentos complexos, a utilização de Processos Oxidativos Avançados e sobre os
métodos de análise microbiológica para analisar a toxicidade do ambiente
estudado, alem de outros testes como o de sensibilidade dos microorganismos a
contaminantes relacionados ao efluente analisado.
Na terceira parte descreve-se a metodologia adotada para o desenvolvimento do
trabalho, com definição dos critérios de tratamentos estabelecidos como objetivo
de permitir uma compreensão dos experimentos.
A quarta parte é composto de três partes. A primeira parte dedica-se à prevenção
da contaminação ambiental, ideal a ser alcançado a partir de processos
ambientalmente corretos. A segunda parte deste mesmo capítulo apresenta todos
os resultados experimentais da aplicação de POAs utilizando a fotocatálise
heterogênea, bem como o comentário pertinente a cada experimento realizado e as
tomadas de decisão no tocante do processo utilizado com todas as suas
particularidades. A terceira parte apresenta os resultados dos ensaios relacionados
com a análise microbiológica tanto no que se refere a sensibilidade e à toxicidade,
como nos métodos de identificação com infravermelho associados à quimiometria.
E, na quinta parte são apresentados as considerações finais deste trabalho.
16
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 Poluição e legislação ambiental
A poluição ambiental é um dos grandes problemas dos países desenvolvidos e
subdesenvolvidos, isso ocorre por uma série de fatores, como o mau uso dos recursos
naturais, a ineficiência das leis e da conscientização ambiental da comunidade global. A
escassez e falta de água afeta mais de 40 % da população mundial, por razões políticas,
econômicas e climáticas. Em paralelo, mais de 25 % da população mundial sofre de
problemas de saúde, ou de higiene, relacionados à água, segundo Pera Titus et al (2004).
Apesar dos esforços institucionais para a melhoria da qualidade da água e da infra-
estrutura sanitária, cerca de 1,1 bilhões de pessoas não têm acesso a um suprimento adequado
de água e esgoto, especialmente em países da África, Ásia e América Latina (PERA TITUS et
al, 2004).
Por outro lado, o uso doméstico e as atividades industriais, especialmente em países
desenvolvidos, geram elevadas quantidades de resíduos e efluentes que são, muitas vezes,
dispostos diretamente em cursos naturais e impactam consideravelmente o meio ambiente
(PERA TITUS et al, 2004).
Efluentes de lavanderia de empresas de manutenção mecânica geram diversos
contaminantes. Entre eles estão fenóis, óleos e graxas, surfactantes entre outros. Os efluentes
de plantas industriais, tais como refinarias, gaseificadores de coque e plantas petroquímicas,
farmacêutica, pesticidas, fertilizantes, produção de tintas, química sintética e polpa de papel,
freqüentemente contêm elevados teores de compostos orgânicos, entre eles os compostos
fenólicos (PHU et al, 2001). A toxicidade destes compostos, em ambientes aquáticos, tem
sido bastante estudada e está bem estabelecido que a presença destes contaminantes, em
níveis de parte por milhão (ppm), afeta significativamente as propriedades organolépticas da
água (ZHOU e FANG, 1997; GUERRA, 2001). Outras características indesejáveis destes
contaminantes é o fato de que, no processo de cloração da água potável, a sua reação com
cloro produz clorofenóis e policlorofenóis que são carcinogênicos (COLARIETI et al, 2002).
Em efluentes industriais podem ser encontrados mais de um tipo de poluentes
fenólicos. Aqueles que apresentam estruturas mais complexas são freqüentemente mais
tóxicos que o fenol (PHU et al, 2001; ZHOU e FANG, 1997; TAY et al., 2001). Os cresóis,
17
clorofenóis e resorcinol, por exemplo, são encontrados em efluentes industriais, mas não
foram ainda caracterizados e monitorados de forma sistemática, segundo GUERRA (2001).
Com a publicação da Resolução CEPRAM 2113, em 1999, o limite de concentração
de fenóis no efluente final, lançado pelas indústrias no meio ambiente, foi modificado de 100
para 10 mg L
-1
. A resolução CONAMA n
o
357, publicada em 18 de março de 2005, revogou a
Resolução CONAMA 20/86 e define como padrão de lançamento para efluentes industriais o
teor de 0,5 mg L
-1
de fenóis totais, expresso como C
6
H
5
OH. Entretanto, no Estado do Rio
Grande do Sul, através da Secretária do Meio Ambiente, temos em vigor a Resolução
CONSEMA n
o
128/2006 na qual o padrão de emissão é definido como 0,1 mg L
-1
de fenóis
totais. Em relação aos surfactantes a resolução do CONAMA n° 357, publicada em 2005
define como padrão de lançamento para parâmetros industriais o teor de 0,5 mg L
-1
. Contudo,
no Rio Grande do Sul a resolução do CONSEMA n° 128/2006 define como padrão de
surfactantes 2,0 mg L
-1
.
Como a legislação ambiental e os padrões de qualidade de saúde tornam-se cada vez
mais restritivos, surgem demandas para a definição de estratégias para o desenvolvimento de
tecnologias limpas, melhorias dos processos existentes e desenvolvimento de sistemas
industriais fechados de purificação e reciclagem de água.
2.2 Fenóis – características e aplicações
Fenol é uma função orgânica caracterizada por uma ou mais hidroxilas ligadas a um anel
aromático. Apesar de possuir um grupo –OH característico de álcool, o fenol é mais ácido que
o álcool, pois é facilmente oxidado. Estes podem ser encontrados em desinfetantes,
preparação de resinas e polímeros, óleos, entre outros. Os compostos fenólicos constituem um
grupo químico encontrado em diversas indústrias, manufatura de pesticidas, destilação de
vinhos, produção de óleo de oliva e outros (BAIRD, 2002). Os fenóis são definidos como
hidróxi-derivados do benzeno e seus núcleos condensados podendo ser encontrados em
diversos locais, provenientes de diversos ambientes (DAVI e GNUDI, 1999).
Os compostos fenólicos são tóxicos ao meio ambiente aquático, podendo provocar a
morte de peixes, mesmo em concentrações na faixa de 1 mg L
-1
. Em concentrações inferiores
a ppm, eles são tóxicos também a outras espécies biológicas, uma vez que destrõem o
delicado balanço ambiental aquático, segundo Maugans e Akgermam (1997). Elevadas
18
concentrações de fenóis podem causar perturbações e serem tóxicas às bactérias usadas nos
lodos ativados das unidades de tratamento de efluentes (MAUGANS E AKGERMAM ,1997).
2.3 Processos de tratamento para efluentes contendo fenóis
As principais tecnologias convencionais empregadas no abatimento de fenóis em
efluentes industriais são: o tratamento biológico, os processos de extração, o tratamento com
carvão ativado, o arraste de ar ou a osmose reversa (IKEHATA e NICELL, 2000; ALNAIZY
e AKGERMAN, 2000).
No que diz respeito ao tratamento biológico, a tecnologia de lodo ativado é
amplamente utilizada, especialmente em centrais de tratamento de efluentes industriais
(IKEHATA e NICELL, 2000). O método consiste na degradação de compostos orgânicos em
tanques de lodos, com sistemas biológicos aeróbicos, monitorando-se continuamente a
temperatura, a DQO e os contaminantes a serem degradados. A elevada toxicidade dos
compostos fenólicos torna, entretanto, inconveniente a aplicação deste método em correntes
com elevadas concentrações deste contaminantes, pois tais compostos são recalcitantes à
biodegradação e tóxicos aos microrganismos, uma vez que concentrações acima de 70 mg L
-1
de fenol são consideradas tóxicas à população microbiana (ZHOU e FANG, 1997; SADER,
2005).
A adsorção com carvão ativado é uma técnica empregada, com sucesso, no tratamento
de efluentes contaminados com baixas concentrações de compostos fenólicos, por ser
eficiente e econômica. Em temperaturas de adsorção relativamente altas, longos tempos de
contato e elevadas concentrações de oxigênio, os compostos fenólicos tendem a ser
adsorvidos na superfície do carvão. O processo apresenta, entretanto, a desvantagem de exigir
uma etapa de regeneração, durante a qual o contaminante é concentrado na fase de vapor.
Além disso, o processo de adsorção não resolve o problema ambiental, uma vez que o resíduo
gerado, freqüentemente, deve ser disposto no meio ambiente (MATATOV-MEYTAL e
SHEINTUCH, 1998).
Outros processos tais como a floculação e precipitação requerem um tratamento
posterior, e osmose reversa um tratamento anterior para a remoção do poluente e, portanto,
apresentam aplicações limitadas (PERA TITUS et al, 2004).
19
Existem métodos alternativos a estas técnicas já bem estabelecidos, que envolvem a
oxidação de poluentes com reagentes como o ar ou o oxigênio em fase aquosa, tais como a
oxidação supercrítica, a oxidação eletroquímica e o uso de permanganato de potássio, cloro,
peróxido de hidrogênio ou ozônio. Dentre estas técnicas, os processos avançados de oxidação
aparecem como os mais promissores para a aplicação em águas e solos contaminados, por
promoverem a degradação total dos poluentes. Estas técnicas podem também levar à
formação de contaminantes menos poluentes, usualmente compostos orgânicos oxigenados e
ácidos de baixo peso molecular, sendo aplicáveis ao tratamento de águas contaminadas com
baixa concentração de poluentes (PERA TITUS et al, 2004; ESPLUGAS et al, 2002).
2.4 Surfactantes
Os surfactantes são classificados em aniônico, catiônico e não-iônico, de acordo com a
ionização do seu grupo polar. Os grupos hidrofílicos em surfactantes aniônicos tornam-se
carregados negativamente em solução aquosa, como é o caso dos carboxilatos, sulfonatos,
sulfatos e fosfatos. Por outro lado, os grupos hidrofílicos em surfactantes catiônicos tornam-se
carregados positivamente em solução aquosa, como por exemplo, as aminas. Já um
surfactante não-iônico não produz carga quando dissolvido ou disperso em meio aquoso. A
solubilidade desse tipo de surfactante deve-se a grupos hidroxilas e cadeias de grupos
oxietileno [-CH
2
CH
2
-O-]. Os grupos apolares dos surfactantes iônicos e não-iônicos são quase
sempre hidrocarbonetos (DENSAI e BONAT, 1997).
Um surfactante muda as propriedades de uma suspensão na qual é dissolvido devido à
adsorção na interface sólido-líquido, orientação das moléculas adsorvidas, formação de
agregados de moléculas na solução e orientação das moléculas nos agregados. A adsorção do
surfactante em uma superfície sólida está associada com o acréscimo da tensão interfacial
sólido/meio de dispersão e a redução do ângulo de efeito molhado. Isso é possível pelo fato
dos surfactantes associarem em uma mesma molécula grupos funcionais que apresentam
elevada afinidade pelo meio líquido e grupos compatíveis com a superfície do sólido. Essas
características possibilitam reduzir a energia interfacial entre sólidos hidrofóbicos (como o
grafite) e a água, atenuando a tendência de aglomeração desses materiais em meio aquoso
(DENSAI e BONAT, 1997).
20
2.5 Processos oxidativos avançados
Os processos oxidativos avançados, conhecidos como POAs, constituem uma classe
especial de técnicas de oxidação apontadas como promissoras e que geralmente envolvem alta
eficiência na degradação de compostos orgânicos e baixo custo operacional, isto dependendo
do custo dos agentes oxidantes utilizados. Diversos sistemas reacionais são empregados nos
POAs, mas em todos eles se produzem radicais livres hidroxilas (
.
OH). Estas espécies ativas
reagem com as moléculas orgânicas rápida e indiscriminadamente, seja por adição à dupla
ligação ou por abstração do átomo de hidrogênio em moléculas orgânicas alifáticas. O
resultado é a formação de radicais orgânicos que reagem com o oxigênio, dando início a uma
série de reações de degradação que podem culminar em espécies inócuas, tipicamente dióxido
de carbono e água (SURI et al.,1993).
Os radicais hidroxilas são tradicionalmente considerados como espécies ativas
responsáveis pela decomposição de poluentes, graças ao seu potencial de redução padrão de
2,8 V em meio ácido. Esses compostos são capazes de oxidar quase todos os compostos
orgânicos a dióxido de carbono, exceto os compostos orgânicos mais simples como os ácidos
oxálicos, maléico e a acetona. Estes compostos, produtos da oxidação de moléculas maiores,
participam dos ciclos energéticos da maioria dos organismos vivos ( JARDIM e CANELA,
2004).
Vários processos de produção de radical hidroxila têm sido estudados e dentre os
principais estão a fotólise, a fotocatálise e a oxidação com ar, com peróxido de hidrogênio e
ozônio, além dos sistemas combinados constituídos de oxidantes, adsorventes e catalisadores
(ANDREOZZI e MAROTTA, 1999; VILLASEÑOR et al, 2002).
Nos sistemas homogêneos, onde não existe a presença de catalisadores na forma
sólida, a degradação dos poluentes pode ocorrer de duas formas: a fotólise direta com
ultravioleta e a geração de radical hidroxila. Nos sistemas heterogêneos a presença dos
catalisadores semicondutores, que são substâncias que aumentam a velocidade da reação para
se atingir o equilíbrio químico sem sofrer alterações químicas. Entre estes processos, podemos
citar os que envolvem a utilização de ozônio, peróxido de hidrogênio, decomposição catalítica
do peróxido de hidrogênio em meio ácido, e semicondutores como o dióxido de titânio (
ALATON et al,2002).
Há um grande número de processos para a geração do radical hidroxila, alguns dos
quais são apresentados na Tabela 1 (BELTRAN et al, 1997).
21
Tabela 1. Diferentes métodos para sistemas de catálise homogênea e heterogênea.
SISTEMAS HOMOGÊNEOS SISTEMAS HETEROGÊNEOS
Com irradiação Sem irradiação Com irradiação Sem irradiação
O
3
/UV O
3
/OH
-
a/O
3
/UV Eletro-Fenton
H
2
O
2
/UV O
3
/H
2
O
2
a/H
2
O
2
/UV Fenton Anódico
H
2
O
2
/ Fe
2+
/UV (Vis)
H
2
O
2
/ Fe
2+
Eletrooxidação
a: semicondutor (TiO
2
, ZnO
2
, por exemplo).
A grande vantagem dos POAs é que durante o tratamento os poluentes são destruídos
e não só transferidos de uma fase para outra como ocorre em alguns tratamentos
convencionais. Isto os coloca como uma escolha adequada para o tratamento de efluentes.
2.6 Fotocatálise heterogênea
Este processo teve sua origem na década de setenta ,quando começaram as pesquisas
com o objetivo de produção de combustíveis a partir de materiais baratos, visando a
transformação da energia solar em química. A possibilidade de aproveitamento da fotocatálise
à descontaminação foi inicialmente explorada em dois trabalhos de Prudem e Ollis (1983)
onde foi demonstrada a total mineralização de algumas substâncias para íons inorgânicos
durante iluminação de suspensão de TiO
2
.
A fotocatálise heterogênea possui uma grande vantagem em seu processo que é sua
capacidade de geração catalítica de radicais hidroxilas através da foto-excitação de
semicondutores. O princípio da fotocatálise heterogênea envolve a ativação de um
semicondutor por luz solar ou artificial. A fotocatálise utilizando o TiO
2
como fotocatalisador
tem sido considerada uma técnica efetiva para o tratamento de vários compostos orgânicos
persistentes em meio aquoso (CHUN et al, 1999).
O dióxido de titânio é o catalisador mais utilizado na fotocatálise heterogênea por
acumular características como: ausência de toxicidade, baixo custo, insolubilidade em água,
foto-estabilidade, estabilidade química em uma ampla faixa de pH, além da capacidade de
ativação pela luz solar, o que diminui os custos do processo ( NOGUEIRA et al, 1997).
O processo de fotocatálise heterogênea com TiO
2
, se baseia na geração de compostos
altamente oxidantes, principalmente os radicais hidroxila (HO•), quando o fotocatalisador é
submetido à presença de luz ultravioleta e do oxigênio dissolvido. Como o TiO
2
é um
22
semicondutor, há uma separação energética entre as bandas de valência (BV) e as de
condução (BC); sendo a diferença entre esses dois níveis de energia denominada de
“bandgap”. Quando o fotocatalisador é excitado com energia igual ou superior ao “bandgap”,
os elétrons da banda BV são conduzidos para a banda BC, produzindo-se elétrons na BC e
lacunas positivas na BV. As lacunas positivas são fortes agentes oxidantes, e os elétrons
redutores. Em ambos os locais ocorrem reações de formação de radicais livres ou mesmo,
oxidação direta da matéria orgânica presente no meio. A ativação do TiO
2
pode ser realizada
com a ação de uma lâmpada luz negra, cuja emissão de irradiação UV não ultrapassa 365 nm.
Também pode ser realizada com luz solar. No entanto, a grande maioria dos trabalhos é
realizado com lâmpada germicida, a qual possui uma emissão máxima em 254 nm( JARDIM
e CANELA, 2004; PASCOAL et al, 2007).
Depois da separação, o elétron e a lacuna podem recombinar gerando calor ou podem
ser envolvidos em reações de transferência de elétrons com outras espécies em solução,
conforme Litter, 1999, o que é apresentado na Figura 1.
Figura 1. Esquema representativo da partícula de um semicondutor.
Vários estudos sobre a utilização da fotooxidação com dióxido de titânio foram
realizados nas últimas décadas, aplicados ao tratamento de efluentes industriais e domésticos,
de chorume e, mais recentemente, de emissões gasosas. Outra importante aplicação da
fotocatálise heterogênea é a desinfecção de esgoto sanitário e água de abastecimento,
operações importantes para controle de doenças de veiculação hídrica, com a grande
vantagem de não gerar subprodutos carcinogênicos como pode ocorrer na cloração. Os
primeiros estudos neste sentido foram realizados por Ireland et al. (1993), onde demonstraram
a viabilidade de aplicação da fotocatálise com TiO
2
para desinfecção de água.
23
2.7 Aplicação de dióxido de titânio
De acordo com Jardim e Teixeira (2004), de todos os fotocatalisadores
semicondutores mencionados na literatura, o dióxido de titânio (TiO
2
) é o fotocatalisador
mais ativo e o que mais tem sido utilizado na degradação de compostos orgânicos presentes
em águas e efluentes. Além disso, nas últimas décadas, o TiO
2
tem sido extensivamente
estudado por suas propriedades elétricas, magnéticas e eletroquímicas e, com isso, tem sido
utilizado numa variedade enorme de aplicações tecnológicas.
O TiO
2
pode ser utilizado na forma de suspensão (lama) ou imobilizado, cada qual
com as suas vantagens e desvantagens. Muitos trabalhos têm sido realizados com o intuito de
melhor viabilizar o uso dos catalisadores, imobilizando-os em diversas matrizes inertes, o que
simplifica seu manuseio e possibilita sua modificação catalítica, em particular pela deposição
de pequenas quantidades de metal em sua superfície, diminuindo a recombinação dos elétrons
e das lacunas, um dos problemas da fotocatálise heterogênea. No entanto, estando o
catalisador imobilizado, os volumes tratados não podem ser grandes, pois a distância entre ele
e a fonte luminosa impede que os fótons emitidos consigam atingir a superfície catalítica
(DANIEL, 2001; FERREIRA e DANIEL, 2004; ZIOLLI e JARDIM, 1998).
2.8 Aplicação da radiação ultravioleta
O uso da radiação ultravioleta tem sido avaliado no tratamento de resíduos,
principalmente visando sua desinfecção, e tem sido usada no tratamento de compostos
orgânicos voláteis. A fotólise direta envolve a interação de luz com as moléculas, causando a
sua dissociação em fragmentos (DANIEL, 2001; DAVIS e HUANG, 1989).
A fração mais energética do espectro ultravioleta (UV) é comumente usada como
agente bactericida em tratamento de água e ar, permitindo uma taxa de desinfecção eficiente
pelo emprego de lâmpadas germicidas (254 nm), sem, contudo, eliminar a capacidade do
efluente em produzir massa microbiana. A desinfecção com radiação ultravioleta é diferente
dos métodos que utilizam produtos químicos, como, por exemplo, o cloro. Sendo assim, não
adiciona produtos ao esgoto ou à água, não há residual desinfetante e a ação da radiação só é
efetiva enquanto a fonte estiver ligada ou o líquido estiver passando pelo reator fotoquímico.
Há dois modelos de fontes de radiação artificiais ultravioleta: as lâmpadas de baixa pressão de
24
vapor de mercúrio e as lâmpadas de média pressão de vapor de mercúrio (CHERNICHARO,
2001; DANIEL, 2001).
A irradiação UV pode ser usada individualmente e com muito sucesso na inativação
de algas (ALAM et al., 2001) e na inativação de microrganismos patogênicos (DONAIRE,
2001), pois ela causa um dano no seu DNA, impedindo sua reprodução. Além disso, a
radiação UV pode ser usada na destruição de compostos orgânicos em processos de
degradação fotoquímicos e fotocatalíticos. Os radicais hidroxila, que são as espécies
oxidantes nesses processos, podem ser gerados através da utilização de oxidantes, como
ozônio, peróxido de hidrogênio, Fenton, e outros, sem irradiação UV. Entretanto, o uso
combinado desses oxidantes com UV apresenta uma série de vantagens, aumentando a
eficiência dos processos catalíticos (JARDIM e TEIXEIRA, 2004; NOGUEIRA e JARDIM,
1996).
2.9 Espectroscopia de infravermelho para identificação microbiológica
A espectroscopia de infravermelho possui diversas vantagens, destas podemos citar: a
sua extrema rapidez na identificação microbiológica quando comparada com técnicas
convencionais. Além da sua aplicabilidade uniforme para vários microrganismos, e a sua
elevada especificidade, que permite a caracterização dos organismos até os níveis de sub-
espécies. A diversidade microbiana é sempre estrutural, metabólica e bioquímica. O espectro
de infravermelho em microrganismos puros lança informações sobre a estrutura e composição
do conjunto celular (NAUMANN, 2000).
A espectroscopia de infravermelho tem sido utilizada não apenas para identificar
microrganismos, mas também como um rastreio técnico de bactérias isoladas a partir do meio
ambiente (TINDALL et al, 2000). Quase todos os compostos que possuem ligações
covalentes, sejam eles orgânicos ou inorgânicos, absorvem inúmeras freqüências de radiação
eletromagnética na região de infravermelho do espectro (PAVIA, 1996).
Devido aos complexos sinais espectroscópicos em códigos fornecidos pelos espectros
no infravermelho, a justaposição de diversas bandas não podem ser interpretadas por qualquer
medida. Técnicas de reconhecimento necessitam ser utilizadas, as quais consideram o
espectro como impressões digitais metabólicas, antes do que uma combinação separada de
intensidades, freqüências e largura de bandas (NAUMANN, 2000).
Esforços para decifrar os espectros em infravermelho de moléculas biológicas são
25
baseados especialmente na análise de estruturas conhecidas, que variam com as coondições
físico- químicas. Ácidos nucléicos, proteínas, lipídios e carboidratos estão presentes em
diferentes quantidades de uma grande variedade de células microbianas. Para análise destes
dados, já utilizam a quimiometria, que é uma área especificamente destinada à análise de
dados químicos de natureza multivariada. (NAUMANN, 2000).
Os anos 90 foram marcados pela introdução de novas potencialidades do
infravermelho médio e das técnicas de reflexão: reflexão total atenuada (ATR), detecção
fotoacústica e reflexão difusa (DRIFTS) (FERRÃO, 2001).
O avanço da espectroscopia no infravermelho como análise quantitativa foi
impulsionada pela utilização combinada da Transformada de Fourier e da nova geometria dos
espectrofotômetros tornando os equipamentos mais rápidos e robustos. Esta técnica apresenta
diferente princípio de funcionamento e inúmeras vantagens sobre os instrumentos
convencionais. O ensaio por reflectância difusa (DRIFTS do inglês diffuse reflectance
infrared Fourier Transform Spectroscopy) utilizado em amostras sólidas exige apenas poucos
miligramas do material em estudo (DA COSTA, 2006). A radiação contendo todos os
comprimentos de onda é separada em dois feixes, um percorrendo uma distância fixa e outro
uma distância variável, pois se direciona a um espelho móvel, como demonstra a Figura 2
(SILVERSTEIN et al, 1994).
A quantidade de luz absorvida depende das moléculas que compõem a amostra e do
ambiente no qual estas se encontram. As freqüências de luz observadas no espectro fornecem
informações químicas em relação às moléculas presentes nas células e tecidos sem provocar
sua destruição (CHOO-SMITH et al, 2001; KIRSCHNER et al, 2001).
26
Figura 2: Esquema do funcionamento do espectrofotômetro de infravermelho
utilizando Refletância Difusa.
O espectro de infravermelho de células microbianas intactas corresponde a uma
característica única e específica de cada microrganismo, sendo utilizada para diferenciar,
caracterizar espécies e amostras de microrganismos. O espectro de infravermelho microbiano
é útil para a detecção intramolecular in situ de compostos ou estruturas como corpos de
inclusão, materiais armazenados e endósporos, para monitorar e quantificar o CO
2
metabolicamente produzido pela utilização de diversos substratos e para caracterizar o
fenômeno de crescimento celular e as interações entre células e drogas. As informações
características, úteis para a caracterização microbiana, geralmente encontram-se distribuídas
sobre todo o espectro de infravermelho, nas regiões de infravermelho próximo (NIR),
infravermelho médio (MIR) e infravermelho distante (FIR). Atribuições de algumas bandas
27
encontradas em análises de espectro infravermelho microbiano são apresentadas na Tabela 2
(NAUMANN, 2000).
Tabela 2: Atribuições de algumas bandas encontradas em análises de espectro infravermelho
microbiano.
Freqüência (cm
-1
) Atribuição
3500 O-H estiramento de grupos hidroxila
3200 N-H estiramento (amida A) de proteínas
2955 C-H estiramento (assimétrico) de CH
3
2930 C-H estiramento assimétrico de >CH
2
2870 C-H estiramento simétrico de –CH
3
2850
C-H estiramento simétrico de >CH
2
1655-1637 Amida I
1550-1520 Amida II
900-600 Região de impressão digital
2.10 Análise multivariada
Os métodos de análise multivariada são assim conhecidos, pois, no emprego das
técnicas espectroscópicas no infravermelho, é possível manusear informações de absorbância
espectral integrados a mais de uma freqüência ao mesmo tempo. A possibilidade de empregar
diversas freqüências do espectro tem aumentado o tipo de amostras que são capazes de ser
analisadas por espectroscopia no infravermelho (PASQUINI, 2003).
2.10.1 Quimiometria
A quimiometria pode ser compreendida como uma área multidisciplinar de
informação, onde a matemática e a estatística são usadas para análise de dados relativos aos
processos químicos, de natureza multivariada como, por exemplo, informações derivadas da
espectroscopia, cromatografia, entre outras. As técnicas quimiométricas visam o delineamento
e análise de ensaios, tendo como finalidade utilizar de maneira eficiente, correta e econômica
28
os recursos disponíveis. Um dos objetivos dos métodos quimiométricos é o de descobrir as
variáveis latentes, bem como as relações existentes entre os dados físico-químicos e o sistema
em questão (FERRÃO et al, 2004).
O objetivo das análises fatoriais é extrair informações essenciais de um grande
conjunto de dados misturados e formular uma classificação dos semelhantes. Os objetos são
primeiramente representados como pontos no espaço hiperdimensional, utilizando-se para
isso tantas dimensões quanto há de propriedades a serem analisadas. A meta da análise
fatorial é calcular, através de um vetor ou valor específico, um novo sistema coordenado de
variança, o qual está adaptado às características estruturais do grupo de dados. Os vetores
ortogonais do novo sistema coordenado representam informações sobre as características
estruturais do complexo grupo de dados. Os objetos podem ser representados no novo sistema
coordenado de variança como uma função de propriedades específicas de todo o grupo de
dados, sendo melhor do que uma função de absorvâncias ou freqüências. Normalmente, os
primeiros 2 a 24 vetores ortogonais do novo sistema coordenado representam, de forma
decrescente, a maior parte da variança dos espectros (NAUMANN, 2000).
Métodos de análises multivariadas estão sendo aplicados com grande sucesso para
dados experimentais de vários tipos, principalmente de análises espectroscópicas, a fim de
construir modelos de previsão para analitos seletos em amostras biomédicas, iniciando por
muitos sinais aleatórios (ESCANDAR et al, 2006).
2.10.2 Análise por componentes principais (PCA)
A análise por componentes principais (PCA – Principal Component Analysis) consiste
essencialmente em reescrever as coordenadas das amostras em outro sistema de eixo
(denominados de fatores, componentes principais, variáveis latentes ou ainda autovetores)
mais apropriado para a análise dos dados, cuja principal característica, além da
ortogonalidade, é que são obtidos em ordem decrescente de máxima variância, ou seja, a
componente principal 1 detém mais dados estatísticos que a componente principal 2, que por
sua vez tem mais dados estatísticos que a componente principal 3 e assim por diante. Este
método permite a diminuição da dimensionalidade dos pontos representativos das amostras.É
comum obter em apenas 2 ou 3 das primeiras componentes principais mais que 90 % desta
informação (NETO e MOITA, 1998).
29
2.10.3 Análise por agrupamento hierárquico (HCA)
A HCA realiza a organização dos dados de maneira a enfatizar seus agrupamentos
naturais e padrões. Os resultados, de caráter qualitativo, são apresentados na forma de um
dendrograma, o qual permite a visualização das amostras ou variáveis no espaço
bidimensional (FERREIRA, 2002; BRERETON, 2003; FERRÃO, 2003).
2.11 Teste de sensibilidade à surfactante
Os testes de sensibilidade são indicados para qualquer organismo que por um processo
físico, químico ou biológico apresente resistência a algum agente.
Diversos métodos laboratoriais podem ser empregados para predizer a sensibilidade in
vitro de bactérias aos agentes antimicrobianos. Muitos laboratórios de microbiologia usam de
forma rotineira, o método de disco-difusão em ágar para testar crescimento rápido de certas
bactérias. O teste para determinação antimicrobiana é utilizado por difusão em ágar,
utilizando discos contendo concentrações de substâncias conforme descrição original de
Bauer et al (1966).
A capacidade de certos microorganismos para degradar substâncias orgânicas tóxicas é
um fato bem documentado
(BUITRON e GONZALEZ, 1996). Em essência, o tratamento
biológico fundamenta-se na utilização dos compostos tóxicos de interesse como substrato
para o crescimento e a manutenção de microorganismos.
2.12 Teste de toxicidade
Os ensaios de toxicidade avaliam a capacidade inerente da amostra em produzir efeitos
deletérios nos organismos-teste e estes organismos são utilizados em ensaios de toxicidade
para avaliação da amostra (CONSEMA, 2006)
Com ampla utilização nos países desenvolvidos, e em uso em alguns estados do
Brasil, os testes de toxicidade complementam a metodologia tradicionalmente adotada
através de padrões de emissão e de qualidade, para controle de poluição das águas, servindo
de instrumento à melhor compreensão e fornecimento de respostas às ações que vêm sendo
30
empreendidas no sentido de se reduzir a toxicidade do despejo líquido, de seu efeito sobre o
corpo receptor, e em última instância, promover a melhoria da qualidade ambiental.
Os testes de toxicidade permitem analisar a contaminação ambiental por diferentes
fontes poluidoras, tais como: efluentes agrícolas, industriais e domésticos, sedimentos,
medicamentos e produtos químicos em geral. Os testes de toxicidade são realizados com
diversas finalidades, como a regulamentação ambiental, homologação e registro de produtos
químicos e testes de medicamentos, permitindo a avaliação da eficácia e dos efeitos deletérios
dos produtos utilizados em tratamento de doenças de organismos aquáticos (LOMBARDI,
2004).
A utilização de um microrganismo para mensurar os efeitos de um agente tóxico
(químico ou biológico) constitui uma fantástica ferramenta para os estudos ecotoxicológicos,
permitindo avaliar os potenciais impactos das substâncias nos organismos (RAND e
PETROCELLI, 1985). Ultimamente, os organismos bioindicadores são empregados em
diversas áreas ambientais para indicação de poluição com metais pesados, hidrocarbonetos
aromáticos, surfactantes, pesticidas e fármacos. Testes de toxicidade são experimentos, nos
quais organismos vivos são colocados frente à compostos ou substâncias químicas e suas
reações são observadas. Os ensaios de toxicidade consistem na determinação do potencial
tóxico de um agente químico ou de uma mistura complexa, sendo os efeitos desses poluentes
detectados através da resposta de organismos vivos.
MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Caracterização do local de estudo
Os efluentes estudados foram coletados em uma empresa localizada no Vale do Rio
Pardo, RS, Brasil. Esta empresa trabalha com lavagem de carros, mecânica pesada e tem um
posto de óleo combustível próprio. Tem métodos de tratamentos de efluentes recomendados
pela FEPAM para este tipo de despejo.
3.2 Fonte e coleta de dados
Os dados empregados neste estudo são primários, coletados pela autora deste trabalho.
Constituem-se de dados de observação direta do ambiente, produzidos durante as visitas
realizadas à empresa em estudo. Além disso, informações foram obtidas através de entrevistas
e aplicação de um questionário aos funcionários do setor da lavanderia. As entrevistas e os
questionários (ANEXO) foram realizados no próprio local de trabalho. Neste questionamento
foram evidenciados aspectos relevantes com relação aos produtos químicos utilizados e o
processo de lavagem.
A análise dos dados foi realizada a partir do material registrado nas observações e
entrevistas.
3.3 Coleta e preservação das amostras
Para o processo de tratamento e análises, as amostras foram coletadas diretamente na
saída da máquina de lavar.
Na lavanderia as roupas são classificadas em dois tipos, de acordo com o grau de
contaminação: pesada e leve. Preferiu-se realizar a coleta na lavagem das roupas com grau de
contaminação pesada, oriundas da manutenção mecânica e capas de cabeceira de bancos dos
ônibus. O processo de lavagem varia de acordo com esse grau de contaminação ou sujidade.
No caso deste trabalho, estão envolvidas quatro etapas que compõem o ciclo de lavagem:
32
umectação, lavagem, alvejamento e amaciamento. A cada etapa são adicionados produtos
químicos. As coletas foram realizadas separadamente para cada etapa do ciclo de lavagem.
As amostras foram coletadas no local apropriado sob normas de higiene e segurança,
de acordo com o APHA/AWWA - Standard Methods for the Examination of Water and
Wastewater (1998), acondicionadas e preservadas adequadamente e, após, transferidas para os
laboratórios da Universidade de Santa Cruz do Sul - UNISC.
3.4 Planejamento experimental para a lavanderia
Na lavanderia, local onde foram coletadas as amostras para a parte experimental, tanto
nas visitas como no questionamento foram evidenciados aspectos relevantes quanto ao
gerenciamento interno da coleta, do processamento de lavagem e da distribuição da roupa,
bem como a relação dos funcionários com a questão ambiental. A Figura 3 apresenta um
diagrama do andamento do processo realizado na lavanderia.
3.5 Análises físico-químicas e microbiológicas
Iniciamos os trabalhos com a preparação uma amostra sintética contendo 5 mg L
-1
de
fenol padrão. Então foi efetuada a curva padrão do fenol, para indicar a absorvância de
diferentes concentrações de fenóis e depois identifica-la na amostra real.
Para caracterizar e demonstrar a eficiência dos tratamentos propostos, foram realizadas
determinações de demanda bioquímica de oxigênio (DBO
5
)
,
demanda química de oxigênio
(DQO), surfactantes, pH, óleos e graxas, fenol e turbidez, conforme apresentado na Figura 3,
além das análises microbiológicas, como os testes de toxicidade e sensibilidade, e análises
quimiométricas.
Todas as análises foram realizadas nos laboratórios da Universidade de Santa Cruz do
Sul - UNISC. As análises de DBO
5,
DQO,
surfactantes, óleos e graxas foram realizadas pela
Central Analítica e as análises de pH, turbidez e fenóis foram realizadas no Laboratório de
Tecnologia de Tratamento de Águas e Efluentes da UNISC. Todas as análises foram
realizadas de acordo com o APHA/AWWA - Standard Methods for the Examination of Water
and Wastewater (1998).
33
Figura 3. Infograma simplificado da metodologia utilizada para este efluente.
Óleos e Graxas
Caracterização da amostra tratada
Relação do material de consumo
Coleta das amostras
Caracterização do efluente
DBO
5
DQO
pH
Surfactantes
Fenol
Turbidez
Estudo de tratabilidade
POA´s
C
aracteríst
icas
do equipamento
Lavanderia
Sistema de processamento da roupa
Efluente da Lavanderia
Análises Microbiológicas
Pour Plate
Infravermelho
Quimiometria
Identificação dos Microorganismos
Teste de Sen
si
bilidade
Teste de Toxicidade
34
3.5.1 Determinação de fenol
O fenol foi determinado através do método colorimétrico descrito no APHA/AWWA
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (1998). Para esta
determinação foi adicionado 0,25 mL de hidróxido de amônia 0,5 mol L
-1
às amostras de 10
mL ou 10 mL de água destilada (branco). O pH foi ajustado para 7,9(+-0,1) pela adição de
cerca de 0,1 mL de tampão fosfato de potássio (pH 6,8). Depois foi adicionado 0,1 mL de
solução de 4-APP (4 aminoantipirina) a 2% e 0,1 mL de solução de ferricianeto de potássio a
8%. Após 15 minutos foi lida a absorvância em espectrofotômetro no comprimento de onda
500 nm. Utilizou-se um espectrofotômetro da marca FEMTO 432, sendo empregada cubeta
de quartzo com 10 mm de caminho ótico.
3.5.2 Determinação de pH
O pH das amostras foi determinado através da leitura direta em potenciômetros da
marca Quimis, calibrado com tampões de pH 4,0, 7,0 e 10,0.
3.5.3 Demanda química de oxigênio (DQO)
A DQO corresponde à quantidade de oxigênio consumida na oxidação química da
amostra por dicromato de potássio em meio fortemente ácido, a temperaturas elevadas e na
presença de catalisador. A determinação da DQO foi realizada de acordo com metodologia
padrão descrita em APHA/AWWA (5220D, 1998). O procedimento consiste basicamente na
digestão da amostra em tubo fechado seguida de determinação colorimétrica em 420 nm.
3.5.4 Demanda bioquímica de oxigênio (DBO
5
)
A DBO corresponde à quantidade de oxigênio necessária para a metabolização da
matéria biodegradável por organismos vivos ou por suas enzimas, nas condições do ensaio.
As determinações foram realizadas de acordo com os procedimentos descritos em
APHA/AWWA (5210B, 1998). A diferença do consumo de oxigênio nesse período,
35
descontando o controle, é a medida da DBO em 5 dias (DBO
5
) expressa como massa de
oxigênio consumido por litro de amostra.
3.5.5 Determinação de surfactantes
Foram introduzidos 400 mL de amostra em um funil de separação, corrigindo-se o
pH da amostra para neutro. Em seguida foram adicionados 10 mL de clorofórmio e 25 mL de
azul de metileno, agitou-se a mistura por trinta segundos abrindo a válvula em intervalos
regulares para liberar a pressão. Posteriormente, foram adicionados 5 mL de álcool etílico
P.A. para quebrar a emulsão formada na superfície do líquido, separando-se a fase inferior
para um segundo funil de separação. Por fim foram adicionados 10 mL de clorofórmio
agitando por trinta segundos e separando a fase inferior pela segunda vez. No segundo funil
de separação que recebeu as outras fases foram adicionados 50 mL de solução de lavagem de
surfactantes. O sistema foi agitado por trinta segundos, e, após separação das fases, a fase
inferior foi filtrada em funil analítico com lã de vidro para um balão volumétrico de 100 mL.
Foram feitas mais duas lavagens com 10 mL cada, com agitação e filtradas para balão
volumétrico. Por final foi completado o volume do balão volumétrico com clorofórmio e lido
no espectrofotômetro em 652nm [APHA/AWWA Standard Methods for the Examination of
Water and Wastewater (1998)].
3.5.6 Determinação de óleos e graxas
Foi preparado o funil para filtração tomando cuidado para não encostar as mãos
diretamente no funil ou nos filtros, colocando com pinças metálicas um filtro de pano em um
funil de Buchner em um filtro. Foi acoplado a um kitazato e a uma bomba de vácuo, foi
derramado sobre o filtro 100mL de uma solução de filtração onde ficou retido o óleo e a
graxa.
Depois de filtrar a amostra foi retirado os filtros com a ajuda de pinças e foi colocado
sobre um segundo filtro. Passando um algodão no funil e no recipiente onde estava a amostra
para retirar óleos e graxas residuais. Usando as pinças foi feito um cartucho com papel filtro
colocando o algodão em seu interior. Foi feito uma extração sólido-líquido em Soxhlett,
usando N-hexano como solvente e extraindo o óleo e a graxa do cartucho. Evaporando o
36
solvente e pesando a diferença do balão antes e depois. Solução de filtração: 10g de Celite545
e 5g de Caulin, dissolvendo em balão de 1000 mL [APHA/AWWA Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater (1998)].
3.6 Configuração do reator e ensaios de fotocatálise
O sistema desenvolvido para a realização do tratamento foi o de fotocatálise
heterogênea, onde se optou pela utilização de um reator do tipo rampa, conforme ilustrado na
Figura 4. Este sistema havia sido previamente construído por Machado et al. (2007).
As características do sistema de tratamento são apresentadas nas Figuras 4 e 5. Este
sistema é composto de uma rampa por onde escoa a amostra, construída em acrílico
transparente com uma base de madeira, tamanho de 30,7 cm de largura e 71 cm de
comprimento, com uma área de 2.179,7 cm
2
. Sobre esta rampa está depositado o catalisador
dióxido de titânio (TiO
2
) P-25 da Degussa - predominantemente anatase, o qual foi
pulverizado e fixado com clorofórmio. A recirculação da amostra ocorre com auxílio de uma
bomba pequena para aquário, sendo que a amostra passa do reservatório inicial para uma
calha superior; segue então pela rampa e chega a uma segunda calha (inferior); e após retorna
ao ponto inicial para um novo ciclo. A lâmpada de 30 watts, lâmpada germicida de baixa
pressão de vapor de mercúrio que é responsável pela emissão da radiação ultravioleta, está
situada na parte superior interna da cobertura que recobre este sistema.
Para realização dos ensaios, iniciou-se colocando 4 litros de efluente no tanque
reservatório, fechando o reator e procedendo conforme apresentado na Tabela 3. Após o início
do tratamento foram retirados alíquotas do efluente de 10 em 10 minutos para medição dos
parâmetros até completar 60 minutos de tratamento da amostra real.
Todos os ensaios de tratamento foram realizados no Laboratório de Tecnologia de
Tratamento de Águas e Efluentes na UNISC.
Tabela 3. Procedimentos operacionais adotados com o reator tipo rampa.
Processo Procedimento Operacional
UV Lâmpada ligada. Rampa sem TiO
2
TiO
2
Lâmpada desligada. Rampa com TiO
2
UV/TiO
2
Rampa com TiO
2
. Lâmpada ligada.
37
Figura 4. Vista lateral do reator de fotocatálise em uso, com a cobertura de vedação.
Figura 5. Reator de fotocatálise em funcionamento, sem a cobertura de vedação, mostrando:
Rampa com a cobertura de TiO
2
P25, Calha distribuidora 1; Calha distribuidora 2, Tanque de
recirculação em acrílico com volume útil de 6 L; Bomba de recirculação submersa e Ponto de
amostragem.
1
2
38
3.7 Parâmetros operacionais do reator
Alguns parâmetros operacionais foram previamente fixados com base em limitações
do equipamento ou por dados disponíveis na literatura por Machado et al. (2007). A faixa de
pH foi mantida no meio alcalino, pois é mais favorável à geração de radical hidroxila, tanto
por fotoirradiação como através da decomposição radicalar do ozônio dissolvido, segundo
Litter (1999) e Chernicharo et al (2001).
A potência de irradiação da lâmpada também foi mantida em 30 W, embora seja
conhecido que a dosagem de energia é diretamente proporcional à degradação de material
poluente e à geração de ozônio no fotorreator.
Na Tabela 4 são apresentadas as condições de operação segundo Machado et al.
(2007).
Tabela 4. Resumo das condições operacionais do reator de UV/TiO
2
.
Parâmetros Valores
Energia Irradiada (J cm
-2
, λ < 360 nm)
31,9
Quantidade de TiO
2
na rampa (mg cm
-2
) 2,96
Tempo Reacional (min) 60 min
Tempo de Retenção na Rampa (min) 2,7
Volume Útil (L) 4
Temperatura (
0
C) 25
Vazão de Recirculação (L h
-1
) 180
A vazão de 180 L h
-1
configura o limite da bomba de recirculação, sendo selecionado
este valor para a execução dos experimentos. Com este valor de vazão, o tempo de residência
na rampa para todos os processos foi de 2,7 minutos.
O ângulo de inclinação de 36,5
0
não tem relação direta com o desempenho do reator de
fotoirradiação concebido, pois o sistema de iluminação é artificial, sendo que a lâmpada está
paralela à rampa. No entanto, caso o sistema necessite futuramente de irradiação mista (solar
e artificial), esta é a melhor inclinação para a região de localização onde os experimentos
foram realizados.
39
O início do tratamento dos efluentes ocorreu com o enchimento do tanque de
recirculação e acionamento da bomba submersa e da lâmpada germicida. Tempos de
tratamento de até 60 minutos foram investigados. Com o reator apresentado nas Figuras 4 a 5
foram realizados diversos tipos de tratamentos, sendo eles UV, TiO
2
e o conjugado TiO
2
/UV.
3.8 Análise microbiológica
A análise microbiológica consistiu, num primeiro momento no isolamento e seleção
de microrganismos presentes nas amostras de efluentes coletados bem como na contagem
total de células viáveis presentes nestas amostras. Num segundo momento foi feita a
caracterização dos microrganismos selecionados frente a métodos de análise macroscópica,
microscópica, espectroscópicos e de sensibilidade a xenobióticos. Num terceiro momento
foram feitos ensaios comparativos de toxicidade do efluente tratado por TiO
2
/UV e não
tratado e com à água destilada utilizando a contagem total de microrganismos heterotróficos.
3.8.1 Contagem de células viáveis, isolamento e seleção de microrganismos
A unidade formadora de colônia é usada quase como sinônimo de célula viável. Os
métodos de contagem de colônias em placas ancoram-se no princípio que, sendo a diluição e
o semeio em placas bem feitos, cada colônia surgida é considerada originária de uma única
célula viável. Seguindo este preceito após a incubação, contou-se o número de colônias,
sempre assumindo-se ser cada colônia originária de uma única célula.
Alíquotas de 1 mL de amostra de efluente foram homogeneizados em vortex com 20
mL de ágar nutriente estéril (120 ºC, 15 min) fundido a 45 °C sendo o material em seguida
vertido em placa de Petri de 9 cm (em triplicata) e incubado entre 25°C ou 30°C por 48 horas.
As colônias com aspecto macromorfológico distinto foram selecionadas e inoculadas
em tubos de ensaio contendo 5 mL de ágar nutriente os quais foram incubados por 24 horas à
30 ºC, e submetidos à análise macroscópica das colônias, coloração de Gram e espectroscopia
de infravermelho.
40
3.8.2 Análise microcóspica por coloração de Gram
Foram utilizadas 16 lâminas, uma para cada isolado. Com alça de platina fez-se o
esfregaço em cada uma delas. Depois da secagem e fixação procedeu-se da seguinte forma
com cada uma das lâminas:
a) cobriu-se a lâmina com solução de cristal violeta e aguardou-se 1 minuto, depois
desprezou-se o corante;
b) cobriu-se a lâmina com lugol, aguardou-se 1,5 minutos e desprezou-se o corante;
c) inclinou-se a lâmina e aplicou-se álcool e acetona até que não houvesse mais
desprendimento de corante. Lavou-se a lâmina rapidamente em água corrente;
d) cobriu-se com safranina e aguardou-se 30 segundos. Lavou-se a lâmina e aguardou-se a
secagem.
Após todas as lâminas foram observadas e fotografadas em microscópio biocular
com câmera.
3.8.3 Análise espectroscópica
Esta análise baseou-se na determinação da impressão digital metabólica por
espectroscopia de refletância difusa no infravermelho com Transformada de Fourier.
A biomassa de culturas cultivadas por 24 h em tubos de ensaio contendo caldo
nutriente foram colocadas em tubos eppendorfs e liofilizadas por 24 h. Os espectros no
infravermelho médio foram coletados em um espectrofotômetro de marca Nicolet e modelo
Magma IR550 com faixa espectral de 700 cm
-1
a 3700 cm
-1
(normalizados antes do
processamento) e processados com software OMNIC E.S.P. 4.1. As amostras foram
analisadas por reflexão difusa (DRIFTS) após dispersão da biomassa liofilizada em brometo
de potássio, sendo realizadas triplicatas para cada amostra e 32 varreduras para cada espectro.
Os espectros de infravermelho foram correlacionados com a análise qualitativa e
quantitativa dos microrganismos isolados através de ferramentas quimiométricas de Análise
por Agrupamento Hierárquico (HCA), normalizados e processados por autoescalamento com
correção de espalhamento de luz em software Pirouette
®
V.3.1, para a construção do
dendograma.
41
3.8.4 Ensaio de sensibilidade a surfactantes
Placas de Petri contendo 15 mL de ágar nutriente foram cobertas com 0,2 mL de
cultura de 48 h a 37 ºC em caldo nutriente, de cada microrganismo selecionado com auxílio
de swab. Em seguida foram depositados 3 discos de papel filtro Whatman nº 1, embebidos em
soluções de brometo de cetiltrimetilamônio ou laurilsulfato de sódio a 0,01 mol L
-1
tendo
água como controle negativo. As placas foram incubadas a 37°C e foi observada a presença
de halo de inibição de crescimento em torno dos discos, medindo-se estes halos para
comparação entre eles.
3.9 Ensaio de toxicidade
Inicialmente foram preparadas suspensões de 1 g de amostra de solo rico em matéria
orgânica em 9 mL ( de água, efluente bruto e efluente tratado). Em seguida foram obtidas
diluições seriadas decimais na faixa de 10
-2
a 10
-10
. Alíquotas em triplicata de 1 mL de cada
diluição, foram misturadas em vórtex com 20 mL de ágar (nutriente ou Sabouraud ) e o
material vertido em placa de Petri. Placas com ágar nutriente foram incubadas por 24 horas
em 35° C e placas com ágar Sabouraud por 72 horas. Em seguida foi realizada a contagem
total do número de colônias que cresceram em cada placa.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Comprometimento e educação ambiental
Comportamentos ambientalmente corretos desenvolvem um caráter educador sobre
nossos hábitos esbanjadores, levando-nos a refletir a respeito da importância de nossas ações,
por pequenas que sejam, para em sua totalidade contribuírem significativamente à
manutenção da natureza saudável e viva, livre de tantos agentes nocivos e infectantes.
Para a realização deste trabalho foram realizadas visitas e uma aplicação de um
questionários na lavanderia da empresa, onde também foi salientada aos funcionários a
importância do trabalho em relação às condições ambientais da empresa na questão ambiental,
foi assim evidenciado o comprometimento de cada funcionário deste setor. Em conversa com
a direção da empresa em estudo pode-se perceber que há cuidados e evidências quando ao
controle dos resíduos sólidos e os efluentes líquidos que são gerados. A empresa apresenta
coleta seletiva e uma estação de tratamento com caixa de separação de óleos e graxas.
4.2 Efluente da lavanderia
Na lavanderia onde foi realizado o trabalho, o serviço de processamento de roupas é
executado a partir da separação, da lavagem, da centrifugação, do acabamento (secagem e
passagem), do reparo, do armazenamento e da distribuição da roupa, com o objetivo de
proporcionar condições seguras e higiênicas às peças usadas pelos funcionários e clientes.
A lavanderia em estudo tem uma área útil de aproximadamente 40 m
2
em dois
ambientes, um destinado à chegada da roupa suja e à realização do processo de lavagem e
secagem, e outro ambiente onde são dobradas e armazenadas as peças. No levantamento
realizado na lavanderia verificou-se a obediência quanto aos aspectos relevantes nos cuidados
da segregação, acondicionamento, coleta, transporte, método de lavagem e disposição final da
roupa. Seguem-se também cuidados especiais no momento da coleta nos setores, pois as
roupas de maior e menor sujidade são separadas em sacos plásticos distintos. Segundo
informações, as roupas são classificadas em dois tipos, de acordo com o grau de sujidade:
pesada e leve. A pesada é aquela oriunda das áreas de manutenção mecânica, como roupa de
mecânicos, aventais e toalhas que tenham resíduos de óleo e graxas, e ainda as cortinas dos
43
ônibus. A roupa leve constitui-se de guarda-pós e cabeceiras dos ônibus que apresentam
pouca sujeira aparente. O processo de lavagem deveria que variar de acordo com o grau de
sujidade, mas observou-se que isso nem sempre acontece, pois muitas vezes as roupas são
misturadas.
Na empresa em estudo, também foi sugerido mais cuidado ao selecionar os tipos de
tecidos a serem adotados. Sabe-se que é importante considerar as características que
minimizam o tempo de execução das etapas do processo de lavagem e que reduzem o
consumo de produtos de lavagem. Segundo Mezzomo (1992), o tipo de tecido influencia no
tempo de execução de um ciclo de lavagem, interferindo em especial nas etapas de
centrifugação e secagem. A centrifugação em tecidos de algodão está estimada entre 12-15
minutos, enquanto que o tecido misto, poliéster/algodão, requer de 8-10 minutos. A seleção
do tipo de tecido influencia também o consumo de produtos químicos. As fibras sintéticas por
não terem fissuras ou esponjosidade mantêm a sujeira apenas na superfície, sem penetrar,
consumindo-se, portanto, menos produtos químicos.
Na Figura 6 apresenta-se a forma de distribuição da lavagem quanto à entrada e saída
de líquidos. Pelo levantamento realizado e através de informações fornecidas pelo responsável
da lavanderia são lavadas uma média de 30 kg de roupas por maquinada, sendo lavados de 4 a
5 máquinas por dia, obviamente gerando uma grande quantidade de efluentes.Estes efluentes
são acrescidos dos demais produtos utilizados para a lavagem, bem como da sujidade que
vem na própria roupa.
Figura 6. Fluxograma simplificado da entrada e saída de líquidos no processo de lavagem.
Em se tratando do processo de lavagem, são inseridos para a primeira etapa de
lavagem 100 gramas de sabão em pó (DEMIX) com os seguintes componentes químicos:
dodecilbenzeno, sulfonato de sódio, metassilicato de sódio e carbonato de sódio, continuando
a etapa de lavagem, 100 gramas de alvejante (Algecol), com os seguintes componentes
H
2
O
Detergente
Amaciante
Alvejante
Efluente
H
2
O
Produtos químicos
Agentes patogênicos/matéria orgânica
Lavadora
44
químicos: ácido tricloroisoanúrico, carbonato de sódio, tripolifosfato de sódio e sulfato de
sódio anidro. E, para a próxima etapa, a acidulação são adicionadas 30 gramas de Wetsour,
que possui como componentes químico: metabissulfeto de sódio e fluorsilicato de sódio. Para
a etapa de amaciamento são adicionados 90 gramas de Colsoft, que possui o seguinte
componente químico: cloreto de dioquil dimetil amônio. Dessa forma são adicionados 320
gramas de produtos químicos.
Contando que para cada quilo de roupa seca são necessários 35 a 40 litros de água e
nesta lavanderia são lavadas aproximadamente 135 kg de roupa por dia, vamos ter um
consumo aproximado de 5.060 L dia
-1
de gasto de água. É gerado diariamente uma média de
efluentes nesta mesma quantidade, acrescida com produtos químicos adicionados na lavagem
e uma carga proveniente da sujidade das peças lavadas.
Uma sugestão que pode ser avaliada para reduzir a quantidade gerada de efluente é o
reaproveitamento das águas servidas e geradas nas etapas finais do processo de lavagem,
retornando-se para as etapas iniciais de pré-enxágüe, em especial para roupas com alta
sujidade. Sugere-se, também, a promoção imediata da lavagem de roupas com alto grau de
sujidade, principalmente com óleos e graxas, pois quanto mais tempo demora para o início da
lavagem, mais impregnado fica no tecido, consumindo-se mais produtos químicos.
Também neste setor, sugere-se um estudo aprofundado a respeito de cada um dos
produtos químicos utilizados durante as etapas de lavagem das roupas, em busca de produtos
menos ou não tóxicos ao meio ambiente. Muito importante é a questão da colocação manual
das quantidades de produtos químicos adicionados, o que é necessário é a averiguação e o
cuidado a respeito da quantidade mínima necessária a ser inserida em cada etapa, evitando-se
o alcance de volumes excessivos de produtos químicos até a rede pública de esgotos, o que
aumenta ainda mais os efeitos tóxicos e o risco de contaminação no corpo receptor.
Na Figura 7 é apresentada a máquina utilizada para a lavagem, esta máquina comporta
lavar 30 quilos de roupa como carga máxima.
45
Figura 7. Máquina industrial de lavar roupa da empresa estudada.
4.3 Caracterização do efluente da lavanderia
Para a realização deste trabalho optou-se por utilizar os efluentes da lavagem de roupas
classificadas com maior grau de sujidade, embora tenha sido percebida a mistura de roupas,
Esta mistura é realizada periodicamente para completar a carga da máquina, segundo a
funcionária responsável pelo setor nesta empresa.
Quando se pretende implantar um sistema de melhoria de efluentes de uma empresa de
manutenção mecânica ou do esgoto urbano, torna-se importante conhecer as suas
características, tanto em termos de parâmetros físico-químicos convencionais de
monitoramento (pH, DQO, DBO
5
, turbidez, óleos e graxas, entre outros), como também, e
principalmente, em relação aos parâmetros que estão diretamente relacionados com este tipo
de efluente, como os fenóis.
Na Tabela 5 apresentamos os valores da caracterização da mescla das etapas do ciclo de
lavagem desta lavanderia. Os valores obtidos estão próximos aos parâmetros de referência
estabelecidos pela Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006, A relação DQO/DBO
5
têm-se o
valor de 1,91. Segundo JARDIM e CANELA(2004), quando a relação DQO/DBO
5
< 2,5, o
46
efluente é facilmente biodegradável. Sendo assim, o efluente bruto estudado não apresenta
problemas quanto à biodegradabilidade, isto mostra que os detergentes utilizados nos
processos de lavagem são ambientalmente corretos.
Mesmo que este efluente de lavanderia também apresente insumos químicos com
significativa carga de tensoativos e sanitizantes, estes não contribuem como contaminantes,
pois os surfactantes, conforme dados das Tabelas 5 não se apresentaram como um problema
pela Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006.
Analisando os resultados apresentados na Tabela 5 em relação à presença de óleos e
graxas, tem-se um valor acima do permitido e para este parâmetro é necessário realizar um
tratamento adequado, para isso vamos utilizar processos a base de oxidação química
procurando obter valores abaixo das concentrações máximas permitidas na Resolução do
CONSEMA N
o.
128/2006.
Na Tabela 5, observando o valor do pH, este está mais alcalino do que o limite que
propõe a Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006, cujos valores devem estar entre 6,0 e 9,0.
Para o nosso estudo com os processos oxidativos avançados o ideal, ou seja, o mais favorável
à geração de radical hidroxila é o meio alcalino, conforme Litter (1999), então não vamos
modificar esta condição do efluente bruto.
Para as medidas referentes ao parâmetro turbidez, apresentadas na Tabela 5, acredita-
se que é importante realizar um processo de tratamento para reduzir a cor, pois a cor
observada é de tom cinza escuro. A redução da turbidez e cor são importantes para que o
efluente não confira mudança de coloração ao corpo receptor no ponto de lançamento. O
tratamento certamente deixará o efluente mais límpido, não mostrando nenhum problema
quanto à Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006.
Na Tabela 5, observando o valor de compostos fenólicos, tem-se mais que o dobro do
permitido pela Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006. Isto mostra claramente que este
efluente deve ser tratado pois fenóis são extremamente tóxicos ao meio ambiente, tóxicos ao
homem, aos organismos aquáticos e aos microrganismos que tomam parte nos sistemas de
tratamento de esgotos sanitários e de efluentes industriais. Para minimizar ou resolver este
problema no nosso trabalho, utilizamos processos a base de oxidação química a fim de obter
valores abaixo das concentrações máximas permitidas na Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006.
47
Tabela 5. Dados da caracterização inicial do efluente bruto da lavanderia em estudo.
Parâmetros de caracterização Valores obtidos Valores de Referência
CONSEMA No.
128/2006
DQO (mg L
-1
O
2
)
499±96
400
Q<20 m
3
/dia
DBO
5
(mg L
-1
O
2
)
261±88
180
Q<20 m
3
/dia
Turbidez (NTU)
80±12
Não conferir cor ao meio
receptor
Óleos e graxas (mg L
-1
)
60±25
≤ 10,0
Fenóis (mg L
-1
)
0,23±0,30
0,10
Surfactantes (mg L
-1
)
0,30±0,14
2,0
pH
10,1±0,2
Entre 6,0 e 9,0
4.4 Ensaios de fotoozonização catalítica
A primeira etapa das investigações envolvendo fotooxidação foi destinada ao
conhecimento do reator tipo rampa, apresentado nas Figuras 4. Este reator tipo rampa foi
inspirado nos trabalhos desenvolvidos por Nogueira e Jardim (1996) e construído por
Machado et al (2007).
Antes dos ensaios de tratamento com a amostra real, circulou-se água sob condição
UV/TiO
2
por várias horas, visando a remoção de eventuais contaminantes do processo de
fixação na rampa de acrílico ou reminiscentes de utilizações em tratamentos anteriores a este
trabalho. A rampa do presente trabalho já havia sido anteriormente utilizada durante 12 meses
e, nesta rampa de acrílico, não foram observados aspectos de fotodegradação ou
48
contaminação resultante do uso. Também não foi detectada perda de eficiência do TiO
2
fixado na rampa, o que pode ser sinal de vida útil prolongada para o sistema fotocatalítico.
O tratamento dos efluentes foi investigado observando-se as limitações da utilização
da rampa sem a cobertura de TiO
2
, neste caso somente UV e, ainda, somente a rampa com
cobertura de TiO
2
. Logo após realizou-se testes com a combinação UV/TiO
2
. Em todos os
casos, a potência de irradiação empregada foi com lâmpada germicida de 30 W, com emissões
em 254 nm, temperatura de 25
0
C e pH alcalino da própria amostra bruta.
4.5 Otimização dos métodos
Os estudos de otimização dos métodos visaram identificar as diferenças de
desempenho entre os métodos UV, TiO
2
e UV/TiO
2
. Ao testar os métodos individuais UV e
TiO
2
, observou-se que os resultados apresentaram pouca eficiência quanto à detoxificação,
acredita-se que os métodos conjugados sejam mais eficiente, assim que aqui apresentamos
somente os valores do método conjugado.
O princípio da fotocatálise heterogênea utilizada neste trabalho envolve a ativação do
semicondutor TiO
2
por radiações. Esta luz artificial também formará ozônio e
consequentemente haverá formação de radicais hidroxila (HO
.
), que é um agente altamente
oxidante devido a sua alta reatividade, com potencial redox de 2,8 V. Estes radicais hidroxila
formados vão reagir com as moléculas promovendo a total mineralização de compostos
presentes para compostos inócuos como CO
2
e água.
Uma alternativa é utilizar a radiação UV, emprego de lâmpadas germicidas (254 nm),
como coadjuvante com a fotocatálise heterogênea para promover um aumento da eficiência de
detoxificação, já que irá ocorrer por dois mecanismos sinérgicos, ou seja, pelo UV e pelos
sítios altamente oxidantes formados na superfície do catalizador.
Na Tabela 6 são apresentados os resultados da combinação UV/TiO
2
com tratamento
de 60 minutos. Através dos dados apresentados na Tabela 6, calculou-se os valores
percentuais de redução. Verifica-se que para os valores de remoção de DQO caracterizam-se
por redução significativa. Com o tratamento UV/TiO
2
a DBO
5
se encontra no limite que
propõe a Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006.
Acredita-se que talvez o incremento buscando reduções maiores que 65 % no
parâmetro óleos e graxas, que se apresentam acima do limite que propõe a Resolução do
49
CONSEMA N
o.
128/2006 devesse exigir tempos reacionais maiores e potência irradiada
maior.
A opção do tratamento dos efluentes desta lavanderia através de POAs é justificada
especialmente pela necessidade de detoxificação pela presença de compostos fenólicos em
quantidade superior Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006. Observa-se na Tabela 6 a
redução de fenóis é de apenas 13 %, sendo assim mesmo após o tratamento não esta adequada
ao 0,1 mg L
-1
que é o limite que propõe a Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006.
Tabela 6. Eficiência para a detoxificação utilizando o método UV/TiO
2
.
Parâmetros de caracterização Valores amostra
bruta
Valores da
amostra tratada
UV/TiO
2
Porcentual de
redução
DQO (mg L
-1
O
2
) 595 472 21%
DBO
5
(mg L
-1
O
2
) 126 97 24 %
Turbidez (NTU) 78 60 24 %
Óleos e graxas (mg L
-1
) 60 21 65 %
Fenóis (mg L
-1
) 0,23 0,20 13 %
Surfactantes (mg L
-1
) 0,11 0,11 0 %
pH 10,28 10,14 0,1%
4.6 Tratamento aplicado a compostos fenólicos
Na busca de melhores resultados para redução de compostos fenólicos resolveu-se
fazer um tratamento utilizando a amostra real e amostra sintética.
50
Iniciamos os trabalhos com a preparação uma amostra sintética contendo 5 mg L
-1
de
fenol padrão. Então foi efetuada a curva padrão do fenol, para indicar a absorvância de
diferentes concentrações de fenóis e depois identifica-la na amostra real.
Neste tratamento foi utilizado o método com apenas radiações UV, observou-se
variação de absorvância pequena, espera-se obter maior eficiência com os métodos em
combinado, pois, segundo Béltran et al. (1997) as reações fotocatalizadas por radiação
ultravioleta para a geração de radicais são muito lentas e combinadas com outros métodos,
como catálise heterogênea podem vir a ser obtidos resultados mais satisfatórios.
Assim também, os resultados utilizando o método TiO
2
mostraram variação de
absorvância pequena, e também apresentaram um inconveniente após tratamento de uma hora
de utilização do reator, percebeu-se a saturação da rampa quando utilizado a amostra real,
com conseqüente diminuição na eficiência dos tratamentos que continham TiO
2.
Possivelmente houve uma adsorção ou separação de fases dos óleos e graxas da amostra real.
Quando utilizado a amostra sintética os problemas com a adsorção do semicondutor foram
menores aparecendo após duas horas de uso da rampa. Mesmo assim, entre os
semicondutores, o TiO
2
é o mais difundido para aplicações ambientais, por ser quimicamente
inerte, atóxico, fotoestável em ampla faixa de pH e apresenta baixo custo em relação aos
demais (ZIOLLI e JARDIM, 1998).
As Figuras 8, 9 e 10 apresentamos o tratamento realizado até 90 minutos em cada
método com amostra sintética, e nos três métodos foi observado uma redução do fenol após
tratamento. As análises foram feitas de 10 em 10 minutos até uma hora e após esta primeira
hora as análises foram de 30 em 30 minutos com a leitura da absorvância no
espectrofotômetro UV/Vis a 475nm.
O método que se mostrou mais eficiente na degradação de fenol foi o que utilizou a
rampa com dióxido de titânio e incidência de radiação ultravioleta, foi o método que
apresentou a maior percentual de degradação de fenol tanto na amostra sintética como na
amostra bruta.
51
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0 20 40 60 80 100
Tempo (min)
Absorvância
Figura 8. Tratamento dos fenóis da amostra sintética com o método TiO
2
/UV.
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0 100 200 300
Tempo (min)
Absorvância
Figura 9. Tratamento dos fenóis da amostra sintética com o método UV.
0,640
0,660
0,680
0,700
0,720
0,740
0,760
0,780
0 50 100 150 200 250 300
Tempo (min)
Absorvância
Figura 10. Tratamento dos fenóis da amostra sintética com o método TiO
2
.
52
Nas Tabelas 7 e 8 são apresentados os resultados obtidos na degradação do fenol em
mg L
-1
dos métodos individuais UV e TiO
2
, e na Tabela 9 é apresentado os resultados com o
método conjugado UV/TiO
2
, todos os métodos são com dados da amostra sintética e a
amostra bruta ou real.
Tabela 7. Resultados obtidos na degradação do fenol com o método UV.
Tempo em minutos Amostra Sintética C/C
0
Amostra Real C/C
0
0 1,0 1,0
10 0,99 0,99
20 -x- 0,98
30 0,93 0,98
60 0,85 0,98
90 0,80 -x-
120 0,74 -x-
150 0,69 -x-
180 0,64 -x-
210 0,60 -x-
240 0,55 -x-
-x- não realizado.
53
Tabela 8. Resultados obtidos na degradação do fenol com o método TiO
2
.
Tempo em minutos Amostra Sintética C/C
0
Amostra Real C/C
0
0 1,0 1,0
10 0,96 0,99
20 -x- 0,98
30 0,94 0,98
40 -x- 0,98
50 -x- 0,98
60 0,92 0,98
90 0,90 -x-
120 0,89 -x-
150 0,89 -x-
180 0,87 -x-
210 0,87 -x-
240 0,85 -x-
-x- não realizado.
Os resultados apresentados na Tabela 9 mostram uma degradação de 81% para a
amostra sintética em 60 minutos e 13% para a amostra real em 30 minutos. Acredita-se que a
baixa percentagem de degradação para a amostra real ocorra pela presença de outros
produtos,interferência da turbidez, insumos químicos e óleos e graxas que reduzam a
eficiência do processo na redução do fenol. Os resultados com a amostra sintética deixam
claro que o método conjugado UV/TiO
2
é eficiente para este tipo de tratamento.
54
Tabela 9. Resultados obtidos na degradação do fenol com o método TiO
2
/UV.
Tempo em minutos Amostra Sintética C/C
0
Amostra Real C/C
0
0 1,0 1,0
10 0,69 0,89
20 0,54 0,88
30 0,41 0,87
40 0,30 0,87
50 0,23 0,87
60 0,18 0,87
90 0,10 -x-
120 0,10 -x-
150 0,10 -x-
180 -x- -x-
210 -x- -x-
240 -x- -x-
-x- não realizado.
Hermann et al (2002) mostrou desenvolvimento de catalisadores que apresentam alta
atividade na oxidação de fenóis e elevada seletividade na geração de dióxido de carbono e
água, tornando o processo reacional limpo. Catalisador como o TiO
2
apresenta como
propriedade a estabilidade física e química em meio alcalino e resistência a venenos presentes
na correntes a serem tratadas. Entretanto, pelo apresentado na Tabela 10 podemos observar
que o pior tratamento foi o método TiO
2
, evidencia-se que o uso deste catalisador mostrou
que algumas dificuldades devem ser superadas, como a estabilidade do catalisador quanto a
perda da área superficial pela formação de uma camada polimérica após o uso uma horas,
55
como também o envenenamento dos sítios ativos por depósito de material orgânico como
óleos e graxas na superfície do catalisador.
Salienta-se que houve em todas as coletas variações dos parâmetros analisados, o que
pode ser explicado, pois a lavagem é feita por diversos funcionários da empresa, como
também o enchimento da máquina lavadora até o nível e a adição de produtos químicos são
realizados manualmente, isto leva a erros de quantidades na adição do detergente, amaciante e
cloro. Além deste fato, também foi observado o descuido quanto a separação das roupas de
menor sujidade com as de maior sujidade. Estas variações podem causar erros de
interpretação, mesmo que tivemos o cuidado de repetir no mínimo três vezes cada
experimento e colocar aqui neste trabalho a média dos resultados (Tabela 10).
Tabela 10. Percentuais de degradação dos compostos fenólicos nos diferentes processos em
60 minutos.
Métodos Amostra Sintética Amostra Real
UV 15 % 2 %
TiO
2
8 % 2 %
UV/TiO
2
81 % 13 %
Acredita-se que a baixa percentagem de degradação para a amostra real ocorra pela
presença de outros produtos, insumos químicos e óleos e graxas que reduzam a eficiência do
processo na redução do fenol. Os resultados com a amostra sintética deixam claro que o
método conjugado UV/TiO
2
é propicio para este tipo de tratamento.
4.7 Parâmetros como turbidez e óleos e graxas
As medidas referentes ao parâmetro turbidez são apresentados na Figura 11. Acredita-
se que é importante realizar um processo de tratamento para reduzir a cor, pois a cor
observada na amostra bruta é de tom cinza e após o tratamento com o processo conjugado
56
UV/TiO
2
houve redução da turbidez para 60 uT e da cor aparente ficou cinza claro, o que é
importante para que o efluente não confira mudança de coloração ao corpo receptor no ponto
de lançamento. O tratamento deixou o efluente mais límpido e assim, mesmo estando turvo
não mostrou nenhum problema quanto à Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006.
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80
Tempo (min)
Turbidez ( uT)
Figura 11. Curva de tratamento UV/TiO
2
relacionado a turbidez.
Um dos parâmetros que teve uma redução considerável de 65 % e ficou próximo aos
parâmetros da Resolução do CONSEMA N
o.
128/2006 foi óleos e graxas como é mostrada na
Figura 12. A pequena solubilidade dos óleos e graxas constitui um fator negativo no que se
refere a sua degradação em unidades de tratamento de despejos por processos biológicos. A
presença de óleos e graxas diminui a área de contato entre a superfície da água e o ar
atmosférico, impedindo dessa forma, a transferência do oxigênio da atmosfera para a água.
Acredita-se que houve a adsorção dos óleos e graxas na rampa, não ocorrendo a degradação
mas sim uma separação de fases, pois observou-se a aparição de uma película sobre a rampa
após o tratamento.
57
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80
Tempo (min)
Óleos e graxas (mg/L)
Figura 12. Curva de tratamento de óleos e graxas com
UV/TiO
2
.
Em processo de decomposição a presença dessas substâncias, óleos e graxas, reduz o
oxigênio dissolvido elevando a DBO e a DQO, causando alteração no ecossistema aquático.
Sendo assim é necessário que seja minimizado o que ocorreu com a utilização do método
conjugado TiO
2
/UV em 60 minutos de tratamento.
4.8 Análises microbiológicas
4.8.1 Contagem de células viáveis
A contagem de microrganismos nas 4 fases de lavagem e na amostra já tratada foi
realizada através do método pour plate e os resultados são apresentados na Tabela 11.
Pode ser observado que as etapas com maior número de organismos foram a dois e a
três, pois como são as etapas de enxágüe, estão com menos agentes químicos, o que propicia
um ambiente mais adequado para o crescimento dos mesmos. As colônias encontradas
tiveram diferentes aspectos macroscópicos, desde colônia com aspecto leitoso à colônias
filamentosas, sempre com uma coloração parecida entre si.
58
Tabela 11. Contagem total de microrganismos viáveis nas placas nas diferentes etapas do
processo de lavagem.
Média Desvio padrão
Efluente Tratado 0 0
Diluição 10
-1
Etapa 1 9 3,60
Diluição 10
-1
Etapa 2 200 8,18
Diluição 10
-1
Etapa 3 200,33 8,73
Diluição 10
-1
Etapa 4 14,33 7,63
Também foi verificado que o sistema UV/TiO
2
levou à completa desinfecção na
amostra tratada, provavelmente em função da lâmpada ultravioleta. Como já foi citado
anteriormente a fotólise direta envolve a interação de luz com as moléculas, provocando a sua
dissociação em fragmentos (DANIEL, 2001; DAVIS e HUANG, 1989).
4.8.2 Isolamento e seleção de microrganismos
Inicialmente foi feita a coleta de amostras de efluente, estes foram semeados em ágar
nutriente, e após tempo de incubação das colônias, foram isoladas 16 colônias
morfologicamente diferentes. Os códigos de cada colônia foram feito de acordo com a etapa a
qual foi encontrada, os que iniciam com o número um significam que foram encontrados na
primeira etapa, as letras em seguida identificam em qual triplicata foi encontrado, e os outro
números que aparecem depois das letras são referentes ao número que a colônia foi
encontrada na triplicata.
Algumas culturas apresentaram perfil macroscópico muito semelhante indicando que
poderiam ser repetidas. Para esclarecer esta dúvida, foi aplicada a triagem utilizando
espectroscopia de infravermelho das culturas liofilizadas de cada isolado. O método tem sido
aplicado na caracterização e discriminação de diversas classes de microrganismos.
Posteriormente foi realizada a análise microscópica com coloração de gram para correlacionar
com os achados espectroscópicos.
59
4.8.3 Análise microscópica por coloração de Gram e por espectroscopia no
infravermelho
A discriminação dos isolados por espectroscopia de infravermelho foi realizada
utilizando a ferramenta quimiométrica de análise por agrupamento hierárquico (HCA, Figura
13) que dividiu o conjunto de 16 isolados em três grandes grupos posteriormente redividos em
cinco subgrupos conforme os índices de similaridade apresentados pelos espectros .Os
resultados encontram-se expressos nas Figuras 14 a 18 junto com as respectivas colorações de
Gram.
Para uma melhor compreensão das similaridades entre os isolados, o primeiro grande
grupo foi subdivido em subgrupos I e II, o segundo grupo em subgrupos III e IV e o terceiro
grupo permaneceu com subgrupo V.
Figura 13. Dendrograma representando a análise por agrupamento hierárquico de impressão
digital metabólica obtida por espectroscopia no infravermelho na faixa espectral 3700-700
cm
-1
de 16 microrganismos isolados das amostras do efluente bruto de lavanderia.
I
II
III
IV
V
60
Em todos os espectros foi possível observar a presença de bandas de amida I e II.
banda de estiramento C-O de carboidratos e ésteres, banda de estiramento de ligação C-H
aromático e alifático bem como banda de estiramento O-H e N-H (NAUMAN, 2000) e a
visualização destas bandas é apresentada na Figura 14 tendo como modelo o espectro do
isolado 4A4.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
Figura 14. Representação das principais bandas da impressão digital metabólica do isolado
4A4 obtida por espectroscopia no infravermelho na faixa espectral 3700-700 cm
-1
.
Uma análise mais detalhada mostra que os subgrupos I e II, Figuras 15 e 16, que
apresentam como característica a intensidade da banda de amida I maior que a de amida II
sendo a primeira como referência para normalização dos espectros. Também se observa que
em quase todos os espectros a banda de estiramento C-O é menor que a banda de amida II,
exceto para a amostra 1B2. Os subgrupos III e IV, Figuras 17 e 18, que apresentam como
característica principal a presença de bandas de amida I e II e banda de C-O próximas em
intensidade sendo que no subgrupo III o padrão de normalização situa-se na faixa de 600 cm
-1
enquanto que no subgrupo IV este padrão situa-se sobre as bandas de amida I e II. O subgrupo
V, Figura 19, que apresenta como característica a banda de amida II maior que a banda de
amida I, a presença de banda de estiramento C-H simétrica e assimétrica e banda de
estiramento C=O de ácidos carboxílicos ou ésteres.
Amida II
ν
O-H
ν
C-Has
ν
C-Hs
Amida I
ν
C-O
61
Do ponto de vista de coloração de gram, pode-se perceber que a maioria dos isolados
são morfologicamente muito parecidos, constituídos por arranjos de células estreptobacilos
em sua maior parte e alguns como diplobacilos. Todos os isolados apresentaram células
contendo endósporos, porém em diferente extensão. As amostras com menor quantidade
destes elementos nos campos foram 3A2, 1B2, 2A3 e 1C3. Dos 16 isolados, quatro (2A2,
2B2, 2A3 e 2B4) apresentaram-se como Gram
-
e os demais como Gram
+
.
4A4: Gram Positivo, células em forma
de cocos agrupados em cachos e
correntes.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
3C1: Gram Positivo, células em forma
de bastão agrupadas e em correntes.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
2C1: Gram Positivo, células em forma
de bastão em correntes.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
Figura 15. Coloração de Gram (à esquerda) e impressão digital metabólica obtida por
espectroscopia de infravermelho (à direita) de amostras de grupo I de isolados de um efluente
de lavanderia.
62
2B3: Gram Positivo, células em forma
de bastão agrupadas e em correntes.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
2B4: Gram Negativo, células em
forma de bastão agrupadas .
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
3A2: Gram Positivo, em forma de
bacilos, com agrupamentos em
correntes, sem o espalhamento de
células.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
1B2: Gram Positivo, em forma de
bacilos, com agrupamentos em
correntes, sem o espalhamento de
células.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
Figura 16. Coloração de Gram (à esquerda) e impressão digital metabólica obtida por
espectroscopia de infravermelho (à direita) de amostras de grupo II de isolados de um efluente
de lavanderia
63
2B1: Gram Positivo, células em forma
de bastão agrupadas e em correntes.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
2A3: Gram Negativo,células em
forma de bastões.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
2A1: Gram Positivo, células em forma
de bastão agrupadas e em correntes.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
1B3: Gram Positivo, células em forma
de bastão agrupadas e em correntes.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
Figura 17. Coloração de Gram (à esquerda) e impressão digital metabólica obtida por
espectroscopia de infravermelho (à direita) de amostras de grupo III de isolados de um
efluente de lavanderia
64
1C3: Gram Positivo, células em forma
de bastão agrupadas .
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
1A3: Gram Positivo,células em forma
de bastão em correntes.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
Figura 18. Coloração de Gram (à esquerda) e impressão digital metabólica obtida por
espectroscopia de infravermelho (à direita) de amostras de grupo IV de isolados de um
efluente de lavanderia
65
2B2: Gram Negativo, células em
forma de bastões com formação de
correntes.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
1A5: Gram Positivo, células em forma
de bastão agrupadas e em correntes.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
2A2: Gram Negativo, células em
forma de bastões com formações de
cachos e correntes, sem o
espalhamento de células.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Absorbance
1000 2000 3000 4000
Wavenumbers (cm-1)
Figura 19. Coloração de Gram (à esquerda) e impressão digital metabólica obtida por
espectroscopia de infravermelho (à direita) de amostras de grupo V de isolados de um
efluente de lavanderia.
Analisando-se os dados de coloração de Gram com a análise exploratória via HCA
observa-se que a discriminação obtida pelos espectros de infravermelho não se correlacionam
com a discriminação obtida pela coloração de Gram uma vez que isolados Gram
-
encontram-
se misturados aos isolados Gram
+
nos subgrupos II, III e V. Estes dados, a princípio não estão
66
de acordo com outros estudos de discriminação de bactérias Gram
+
de Gram
-
MANOHARAN
et al., 1990; NAUMAN et al., 1991).A diferença entre o Gram + e o Gram – provavelmente
ocorreu em fator das amostras terem ficado mais de 48H incubadas.
Entretanto, a finalidade
da aplicação da espectroscopia de infravermelho associada à análise exploratória neste
trabalho não foi obter esta discriminação mas sim a diferenciação dos isolados quanto à sua
composição para excluir possíveis isolados cujas replicatas não pudessem ser separadas. Caso
isto acontecesse, os isolados seriam considerados de mesma espécie selecionando-se apenas
um representante de cada grupo com este comportamento. Como nenhum dos isolados teve
suas replicatas de impressão digital metabólica misturadas com as de outro isolado (vide
Figura 13), todos foram considerados espécies distintas e alocados para os estudos de
toxicidade e sensibilidade.
Como já foi mencionada, a espectroscopia de infravermelho tem sido utilizada não
apenas para identificar microrganismos (NAUMANN, 2000; MAQUELIN et al, 2002) mas
também como um rastreio técnico de bactérias isoladas a partir do meio ambiente (TINDALL
et al, 2000). Uma das vantagens desta técnica é conforme já descrito, a necessidade de pouco
quantidade de biomassa microbiana para a obtenção dos espectros. Como neste trabalho a
biomassa bacteriana obtida foi reduzida após a liofilização, este método se ajustou
perfeitamente aos objetivos do trabalho, gerando, conseqüentemente, reduzida quantidade de
resíduos.
Um outro aspecto a considerar refere-se ao grande número de bactérias esporuladas
encontradas nos isolados. Este achado pode ser explicado considerando que o efluente da
lavanderia é rico em surfactantes, fenóis e outros compostos tóxicos. Isto obriga os
microrganismos a adquirirem formas de resistência para posterior reprodução quando
alcançarem novamente condições favoráveis.
A metodologia empregando métodos quimiométricos baseou-se na seleção de
freqüências de espectros realizados com DRIFTS obtidos a partir de biomassa de
microrganismos isolados de amostras de efluente cultivados em meio ágar nutriente.
Observou-se também uma boa reprodutibilidade dos espectros entre as triplicatas de uma
mesma amostra.
4.8.4 Ensaio de sensibilidade a surfactantes
De acordo com NCCLS (2003),os testes de sensibilidade são indicados para qualquer
organismo que contribua a um processo infeccioso, sempre que sua sensibilidade não possa
67
ser predita de modo confiável a partir do conhecimento da identidade do organismo. Os testes
de sensibilidade são indicados quando se acredita que o organismo causador pertence a uma
espécie capaz de apresentar resistência aos agentes antimicrobianos geralmente usados.
Após a mensuração dos halos de inibição, foram selecionados algumas placas para
documentação fotográfica. Para melhor compreensão segue algumas placas que representam a
atividade microbiana frente às substâncias testadas, conforme Figura 21.
O surfactante que mais inibiu os microrganismos foi o CTAB, ao qual todos os
microrganismos apresentaram sensibilidade conforme pode ser visualizado na Figura 20.
Na Figura 20 observa-se a sensibilidade de todos organismos encontrados, tanto para
o CTAB, quanto para o SDS. Comprovando o que já foi comentado o qual os microrganismos
foram muito mais sensíveis ao CTAB, composto encontrado normalmente nos amaciantes, do
que no SDS onde foi muito pequena a sensibilidade a este composto, normalmente
encontrados no sabão em pó.
1A31A51B21B31C32A12A22A32B12B22B32B42C13A23C14A4 --
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Diâmetro do halo
Amostras de microrganismos
CTAB
SDS
Figura 20. Gráfico do tamanho do halo de inibição dos organismos encontrados.
A inibição deste agente variou entre 2,59 mm (Figura 21B) naqueles com maior
sensibilidade e 1,61 mm (Figura 21C) naqueles com comportamento oposto. Já com SDS a
68
sensibilidade a este produto foi muito pequena, sendo que vários organismos não
apresentaram sensibilidade a este agente químico, e quando apresentaram o mais sensível teve
apenas 0,56 mm de halo de inibição de crescimento (Figura 21A). Na figura 21C ocorreu uma
diferença nos resultados das triplicatas , provavelmente por ter sido adicionado uma
quantidade diferente de surfactantes em uma delas.
Figura 21. Variações na sensibilidade a surfactantes em isolados bacterianos deste efluente
A: Isolado 2C1 com maior sensibilidade ao SDS; B: isolado 4A4 com maior sensibilidade ao
CTAB; C: Isolado 2A3 com menor sensibilidade ao CTAB.
Os halos de inibição observados não foram comparados quantitativamente com os
padrões conhecidos e levou-se em consideração a inibição ou não do crescimento dos
microrganismos testados nos dois tipos de surfactantes.
4.8.5 Teste de toxicidade
A utilização de métodos biológicos serve, entre outras coisas, para fornecer dados
com relação à preocupação da presença de substâncias perigosas nos efluentes. Além disso,
testes ecotoxicológicos estão sendo utilizados no monitoramento dos efluentes para avaliar a
eficiência de sistemas de tratamento de efluentes (CONSEMA, 2006).
A estimativa da toxicidade deve considerar o processo da homogeneidade da fração
pelítica (ONORATI et al, 1999). Além disso, é preciso considerar que o método
ecotoxicológico não é isento de interferências, sendo que a mais evidente é a ação capturante
do íon clorato contido no cloreto de sódio por metais pesados, reduzindo a biodisponibilidade
(CARLSON-EKVALL e MORRISON, 1995)
A
B C
69
O teste de toxicidade mostrou que o efluente contendo a amostra bruta foi o que teve
maior crescimento de microrganismos na placa, em seguida o efluente tratado e por último a
água (controle negativo). Também observou-se na Figura 22 que no ágar Sabouraud houve
um crescimento maior de colônias que no ágar nutriente, pois é mais rico em nutrientes. Nos
dois meios o número de organismos diminuiu na amostra após o tratamento, conforme
apresentado na Figura 22.
Como no efluente tratado houve crescimento de microrganismos podemos
comprovar que o efluente não é tóxico e pode ser lançado no corpo receptor, pois houve
crescimento normal. Em relação ao crescimento da amostra bruta ser maior que o do controle,
provavelmente é por possuir mais matéria orgânica, este excesso de matéria orgânica pode
prejudica o corpo receptor.
E. tratado E. bruto Água
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
N° de microrganismos
Tipos de efluentes
Ágar nutriente
Ágar sabourand
Figura 22. Contagem total de microrganismos heterotróficos em ágar nutriente e ágar
Sabouraud de água destilada, efluente bruto tratado por fotoxidação com UV/TiO
2
e não
tratado.
Os resultados mostram que o teste de toxicidade com os microrganismos é capaz de
detectar toxicidade em diferentes amostras ambientais, sendo uma alternativa especialmente
importante no monitoramento da qualidade de efluentes industriais, domésticos e corpos
d’água.
70
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O desenvolvimento de novos processos de tratamento de efluentes é necessário para
manter as descargas industriais dentro dos limites estabelecidos pelos órgãos de controle. No
entanto, a adaptação e otimização dos processos de produção industrial, visando a
minimização da geração de resíduos é sem dúvida a estratégia mais adequada para garantir a
melhor qualidade do meio ambiente a longo prazo.
Muitos compostos orgânicos são persistentes ao tratamento químico convencional e
biológico. Por esta razão novos métodos devem ser estudados como uma alternativa aos
clássicos processos físicos-químicos e biológicos, ou como um processo complementar para
aumentar a degradação dos poluentes. Processsos oxidativos avançados provavelmente
representam a melhor opção no futuro próximo.
Os resultados apresentados nesta dissertação mostram que a fotocatálise heterogênea
utilizando TiO
2
como catalisador apresenta potencial de aplicação como método de
tratamento deste tipo de efluente. O tratamento que apresentou melhor eficiência foi o método
UV/TiO
2
onde obtivemos reduções de 21% para DQO, 24% para DBO
5
, 65% para óleos e
graxas e 13% para fenóis, em tempos reacionais de até 60 minutos.
O método quimiométrico HCA que permite a separação dos grupos de
microrganismos permite trabalhar com amostras que realmente apresentam diferenças, pois
assim testam-se as amostras que realmente são de microrganismos diferentes ou, de uma
mesma espécie, mas com comportamentos em relação à absorção de nutrientes diferentes.
A partir dos resultados obtidos no teste de sensibilidade, foi possível concluir que o
ensaio microbiológico de difusão em ágar (discos em placas) é valido e constitui-se, assim,
em uma metodologia alternativa, econômica e de fácil execução para a determinação da
potência de antimicrobianos.Mostrando que os microrganismos apresentaram maior
sensibilidade ao surfactante CTAB do que o SDS.
Do ponto de vista da toxicidade ,o tratamento com UV/ TiO
2
foi eficiente, pois
diminuiu a quantidade de fenol, e não prejudicou, em geral, o desenvolvimento nem o
crescimento dos microrganismos do experimento
.
O monitoramento químico tem o mérito de determinar o nível preciso de alguns
contaminantes, mas não indica a presença de todos os componentes químicos que podem
provocar toxicidade no ambiente, devido à enorme presença de substâncias químicas tóxicas,
71
de substâncias intermediárias, e de novos produtos de síntese que, todos os anos, são
produzidos e descartados no ambiente.
72
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79
ANEXO
80
Diagnóstico ambiental do objeto de estudo, definindo delimitações e inventariando:
Questões sobre a Lavanderia - Efluentes de unidades de manutenção mecânica.
1). Características da máquina de lavar roupa, tipo e marca, número de ciclos.
2). Quantos quilos de roupa são lavados por dia?
3). Quantas máquinas têm em funcionamento?
4). Quantos quilos de roupa cada máquina lava?
5). Quanto consome cada máquina de água para a lavagem considerando todos os ciclos?
6). Cada ciclo consome quantos litros de água?
7). Qual o tipo de roupa que é lavada, características e tipo de tecido?
8). Qual é a classificação de sujidade da roupa, grau de sujidade: pesada, média ou leve?
9). Para a roupa suja, há algum tipo de segregação, ou coleta diferenciada para os
diferentes setores? De onde vem a roupa a ser lavada?
10). Há cuidados especiais? Ou, a roupa é toda misturada?
11). Se necessário, qual o fluxo da roupa-controle de infecção?
12). Qual o tipo de detergente, sabões, alvejante utilizados?
13). Quais as quantidades de detergente, sabões, alvejante utilizados? Em que ciclos são
adicionados? Adição é manual ou automática?
14). O descarte do efluente da máquina é monitorado?
81
15). São realizadas análise da água utilizada na máquina para lavar a roupa? Qual a
procedência da água utilizada?
16). São realizadas análise do efluente liberado na máquina, para onde é encaminhado este
efluente?
17). Na lavanderia há algum sistema de tratamento especial?
18). Salientar alguma observação que possa ser importante.
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