Lise Celular/Crescimento Críptico

Segundo Mason e Hamer (1987), o termo crescimento críptico foi introduzido por Ryan (1959) e descreve a reutilização dos subprodutos

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liberados no meio a partir da lise celular, como fonte de carbono e nutrientes para microrganismos intactos. Estes autores relatam que o processo de lise celular/crescimento críptico pode explicar o decréscimo observado no coeficiente de rendimento máximo da biomassa, normalmente atribuído aos requisitos de energia para o metabolismo de manutenção celular (Figura 3).

Figura 3 – Esquema ilustrativo da lise celular/crescimento críptico.

Fonte: Adaptado de Foladori et al. (2010).

O processo libera material celular no meio, fornecendo substrato e nutrientes que contribuem para aumentar a carga orgânica. Esse substrato orgânico é reutilizado no metabolismo das células intactas (WEI et al., 2003). A lise celular pode ser provocada por diferentes mecanismos que comprometem a integridade da biomassa (KHURSHEED e KAZMI, 2011).

A extensão da lise celular depende muito do tipo de força física ou mecânica aplicada, podendo ser citados: (1) tratamento térmico (temperaturas entre 40°C e 180°C); (2) tratamento químico (utilização de ácidos ou bases); (3) desintegração mecânica (utilização de ultrassom ou de mecanismo triturador); (4) congelamento e derretimento; (5) hidrólise biológica com adição de enzimas; (6) processos de oxidação avançada (utilização de ozônio e cloração); (7) combinações de dois ou mais processos citados (WEI et al., 2003).

A cloração e a desintegração ultrassônica, apresentadas a seguir, foram as técnicas baseadas na lise celular/crescimento críptico aplicadas nesta pesquisa.

49  Cloração

O processo de oxidação por cloro foi proposto para substituir a ozonização, por ser um procedimento economicamente mais viável. O cloro, devido à sua ação oxidante, pode ser utilizado para minimizar a produção de lodo em sistemas de lodos ativados. A redução da quantidade de biomassa é causada pela lise celular (WANG et al., 2011).

Os microrganismos submetidos ao contato com o cloro sofrem morte e lise celular, com o produto desse processo sendo liberado no meio líquido, ficando submetido à degradação a partir do metabolismo microbiano no processo de tratamento do efluente. Além disso, este composto que é um forte agente oxidante, pode também promover a oxidação química da biomassa, produzindo subprodutos mais estabilizados. Essa técnica apresenta alguns possíveis efeitos negativos, como a deterioração na sedimentabilidade do lodo e a possível formação de trihalometanos, substâncias tóxicas formadas pela reação do cloro com matéria orgânica (PÉREZ-ELVIRA et al., 2006).

Outra desvantagem que pode ser encontrada nesse processo é que a utilização de cloro em excesso pode comprometer a eficiência do tratamento do efluente. Hassani et al. (2011) verificou que, se utilizado em elevadas concentrações, o cloro pode promover a redução da eficiência de remoção de DQO ao longo do tempo. Assim, apesar de a cloração proporcionar uma redução da produção de lodo, esta técnica deve ser aplicada com cautela, de forma a não comprometer o sistema de tratamento.

Além de ser utilizado como técnica de minimização de lodo, o uso do cloro em sistemas de lodos ativados também tem como objetivo o controle do crescimento de microrganismos filamentosos. Takdastan et al. (2009) verificaram a eficiência da cloração para controlar o crescimento de microrganismos filamentosos e minimizar a produção de lodo. No entanto, o processo promoveu um aumento da DQO solúvel do efluente, deteriorando sua qualidade.

A dosagem de cloro utilizada está relacionada ao tempo de contato empregado durante o tratamento: menores dosagens requerem maior

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tempo de contato. Segundo Wang et al. (2011) uma dosagem de 10 mg ClO2·g

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SST requer um tempo de contato de 40 minutos, para se alcançar uma redução na produção de lodo de 58%. Já Saby et al. (2002), verificaram que uma dosagem de 0,066 g Cl2·g

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SST com um tempo de contato de 1 minuto produz uma redução na produção de lodo de 65%.

 Desintegração ultrassônica

O ultrassom é um processo de ruptura mecânica para desintegração das células microbianas, e quando aplicado em elevada intensidade outros compostos da matriz do floco também podem ser degradados em formas mais simples, devido à geração de compostos oxidantes como radical hidroperóxido ou peróxido de hidrogênio. Os impulsos mecânicos são transmitidos por um sonotrodo associado a um gerador de ultrassom operado em frequências entre 20 e 40 kHz. O processo gera um padrão repetitivo de compressões e cavitação no meio, que é basicamente a formação, o crescimento e a quebra repentina das bolhas no líquido, o que pode produzir temperaturas e pressões elevadas, algumas vezes acima de 5000 K e 1000 atm (FOLADORI et al., 2010). Estas condições, embora de curta duração, geram grandes forças de cisalhamento no líquido, as quais podem romper as células bacterianas ou a matriz do floco. As elevadas temperaturas podem decompor os lipídeos da membrana citoplástica das células, facilitando a liberação do material intracelular na fase aquosa, o qual pode ser usado no crescimento críptico (WANG et al. 2005; MA et al., 2012).

A desintegração ultrassônica é uma eficiente maneira de promover a lise celular das bactérias presentes no lodo. Embora essa técnica seja eficiente e não introduza no sistema substâncias com potenciais riscos biológicos, é necessário utilizar bastante energia e os custos envolvidos são relativamente elevados (LIN et al., 2012; MA et al, 2012).

Pilli et al (2011) consideram a desintegração ultrassônica um método emergente de tratamento mecânico para melhorar a degradabilidade biológica do lodo, muito útil para ETE no tratamento e na disposição do lodo. Os autores relatam que obtiveram um aumento de 50% na produção de biogás, quando operaram este processo junto ao sistema de lodos

51 ativados. Foi constatado ainda que a razão global entre o ganho de energia do processo e o consumo de energia pelos equipamentos foi de aproximadamente 2,5.

Embora esta técnica demande um alto consumo de energia, os custos globais envolvidos não são necessariamente elevados. A redução da quantidade de lodo promove uma economia nos processos de tratamento e de disposição final do lodo gerado. Assim, os gastos com energia podem ser compensados pela economia no processo de tratamento do lodo. Ma et al. (2012) verificaram que o custo total de operação de um sistema de tratamento com utilização de desintegração ultrassônica foi 11,4% inferior ao custo de um sistema convencional de lodos ativados.