Influência do tipo de suporte

O meio de suporte utilizado em filtros anaeróbios é, em geral, de características muito variadas, quer em termos dos materiais utilizados (pedras, tubos de PVC, esponja de poliuretano, argila expandida, aneis plásticos e enchimentos plásticos modulares) (YOUNG E

MCCARTY, 1967, DAHAB E YOUNG, 1982, REYNOLDS, 1986, MARQUES, 1988, ALVES et al., 1997 b), quer em termos da sua disposição no leito, podendo ser do tipo ordenado ou aleatório.

A tentativa de correlacionar a eficiência de remoção em filtros anaeróbios com características do suporte tais como porosidade, área superficial, tamanho de poro, forma e orientação do material no leito, conduziu a diversos estudos sistemáticos realizados pela equipa de JAMES YOUNG durante os anos oitenta (DAHAB E YOUNG, 1982, YOUNG E DAHAB, 1983,

SONG E YOUNG, 1986).

YOUNG E DAHAB (1983) verificaram que o meio que retinha mais sólidos biológicos, aderidos e em suspensão (meio plástico modular 20x40 mm), não era o que conduzia à melhor eficiência do sistema (meio plástico modular 50x80 mm), o que está de acordo com o facto anteriormente verificado pelos mesmos autores de que o desempenho destes sistemas também não é directamente relacionado com a porosidade do meio (DAHAB E YOUNG, 1982). A área superficial também não tem um efeito dominante na eficiência de filtros anaeróbios de fluxo ascendente. SONG E YOUNG, 1986 concluíram que um aumento de 60% na superfície, apenas produziu um aumento de 2% na eficiência do processo. Estes autores concluíram ainda que a característica mais importante é a capacidade do meio redistribuir o fluxo dentro da matriz, permitindo um eficiente contacto entre o substrato e a biomassa contida no reactor.

Num filtro anaeróbio de fluxo ascendente a fracção de biomassa aderida é considerada desempenhar um papel secundário devido à sua baixa concentração relativamente à biomassa total acumulada. O tipo de suporte é determinante na distribuição entre as referidas formas de biomassa. DAHAB E YOUNG (1982) verificaram que num filtro anaeróbio de fluxo ascendente apenas 33 a 50% da biomassa se encontrava aderida em qualquer dos suportes que utilizaram (suportes plásticos e pedras). Contudo, REYNOLDS (1986), que operou dois filtros anaeróbios de fluxo ascendente, um com argila expandida e outro com um suporte de aneis plásticos, concluiu que no suporte de argila a maior parte da biomassa

(entre 50% e 80% da biomassa total, na base e no topo do digestor respectivamente) era retida na forma de biofilme, enquanto que no suporte plástico a biomassa aderida representava apenas 33% da biomassa total.

Apesar de ser geralmente considerada de menor importância relativamente à oclusão, a adesão proporciona uma imobilização mais estável. Quando sujeita a choques hidráulicos ou de tóxicos, esta forma de biomassa será mais resistente ao arrastamento pela corrente de saída do digestor e ao efeito dos tóxicos do que a fracção que se encontra dispersa nos vazios da matriz (oclusa) (SPEECE E PARKING, 1983). Além disso, se for necessário proceder a uma lavagem em contracorrente para evitar a colmatação do leito, a existência de um biofilme na superfície do suporte será determinante no rearranque do processo.

A utilização de suportes que favorecem a adesão diminui o período de arranque de filtros anaeróbios, tal como foi verificado por VAN DEN BERG E KENNEDY (1981) e por KENNEDY E

DROSTE (1986). WILKIE (1984), por exemplo, demonstrou a superioridade da argila como suporte em filtros anaeróbios para tratamento de efluentes suinícolas. MURRAY E VAN DEN BERG (1981 b) compararam o desenvolvimento do biofilme de uma cultura enriquecida em bactérias do género Methanosaeta (ex Methanothrix), sobre vários suportes (vidro, PVC e argila), e também concluíram que a argila era o material mais favorável, não só devido às características físicas da sua superfície, nomeadamente rugosidade e porosidade, mas também à presença de certos minerais, particularmente Ferro, que se sabe terem um efeito estimulatório na actividade metanogénica. No entanto, outros autores ao compararem a capacidade de colonização de vários suportes (PVC, argila vermelha, espuma de poliuretano reticulada e um resíduo mineral contendo níquel e sepiolite), em ensaios em reactor fechado, concluíram que a espuma de poliuretano e o PVC eram os materiais mais favoráveis para a colonização e que a argila inibia a formação do biofilme (BONASTRE E PARIS, 1988). Estes autores admitem, contudo, que a argila, por ser um material natural, pode apresentar características químicas muito diversas. Além disso, provavelmente, o efeito estimulatório ou inibitório de materias de suporte é dependente do tipo de substrato utilizado.

ANDERSON et al. (1994) estudaram a operação de dois filtros anaeróbios, um com um suporte poroso e outro com um suporte não poroso, tendo concluído que no suporte

poroso o biofilme era mais espesso o que implicava maior estabilidade, maior resistência ao “washout” e maior capacidade de tratamento. Mais do que a porosidade interna, a existência de pequenas rugosidades com tamanho semelhante ao das células favorece a fixação dos microorganismos, protegendo-os dos efeitos da tensão de corte (HUYSMAN et al., 1983, ALVES et

al., 1997c).

MAESTROJUAN E FIESTAS (1988), e MUÑOZ et al. (1994) referem a existência de interacções entre os materiais de suporte e as bactérias anaeróbias. MARSHALL E GOODMAN (1994) referem que as condições ambientais encontradas pelos microorganismos nas superfícies podem afectar a expressão de certos genes. O processo de adesão pode, portanto, alterar as características fisiológicas dos microorganismos, afectando a sua actividade. Por exemplo PAN VEIRA (1991) verificou que a actividade metanogénica específica da biomassa aderida era superior à da biomassa oclusa num filtro anaeróbio alimentado com um efluente lácteo. REYNOLDS (1986) determinou a actividade metanogénica da biomassa aderida e oclusa num filtro anaeróbio de fluxo ascendente pela medida da concentração intracelular do co-factor F420. Concluiu que apenas cerca de 10% do F420 presente na base do reactor se encontrava aderido, e que no topo do reactor a fracção de F420 aderido aumentava para 80% do total medido.

Em biofilmes formados em suportes minerais, verificou-se que a adesão diminuiu a actividade metanogénica específica média da biomassa (medida relativamente a uma mistura de acetato, propionato e butirato). No entanto, analisando a degradação de cada ácido individualmente, foi verificado que só a actividade acetoclástica era afectada negativamente e que as actividades em propionato e em butirato eram estimuladas pelo processo de adesão (ALVES et al., 1997 c). Este facto foi atribuído à existência no biofilme, e à semelhança do que se pensa acontecer na biomassa granular de um ambiente mais favorável do que na biomassa dispersa, para a transferência de hidrogénio inter-espécies que se sabe ser determinante na actividade das bactérias consumidoras de propionato e butirato (GUJER E

ZEHNDER, 1983). Observou-se ainda que a actividade específica do biofilme diminuía linearmente com a espessura do mesmo, o que sugere o aumento de limitações difusionais com a espessura do biofilme (ALVES et al., 1997 c).

A adesão de microorganismos a superfícies é fortemente influenciada pelas características físico-químicas da superfície, nomeadamente, hidrofobicidade, interacções electrostáticas,

rugosidade porosidade e tamanho de poros (MESSING E OPPERMANN, 1979, YEE, 1990, MOZES et al., 1988, PETROZZI et al., 1993). WANG E WANG (1988), baseados num modelo matemático simples, concluíram que num suporte poroso, a capacidade máxima de retenção de microorganismos ocorre quando a relação entre o tamanho dos poros e o das células se situa entre 2 e 5.

Uma característica importante que influencia e pode condicionar a fase inicial da adesão é a hidrofobicidade do material de suporte. Nem todas as bactérias metanogénicas têm a mesma tendência para aderir a determinadas superfícies. VERRIER et al. (1988), concluíram, utilizando materiais poliméricos com diferentes hidrofobicidades, e usando culturas puras de 4 bactérias metanogénicas, que a então designada Methanothrix soehngenii preferia superfícies hidrofóbicas, Methanospirillum hungatei preferia superfícies hidrofílicas,

Methanosarcina mazei MC3 não tinha tendência para aderir a nenhum dos materiais testados e Methanobrevibacter arboriphilicus aderia indiscriminadamente a todas as superfícies. Outros

autores também verificaram que Methanosarcina barkeri, em cultura pura não aderia, tendo, no entanto verificado que surgia em biofilmes formados a partir de culturas mistas, provavelmente por incorporação num biofilme pré-existente (MEIER-SCHNEIDERS et al., 1993).