Metabolismo Desacoplado

Vários estudos têm mostrado que uma significante redução na produção de lodo pode ser alcançada pela restrição ou limitação do crescimento da biomassa sob a presença de substâncias inibidoras (LOW e CHASE, 1998; CHEN et al., 1999; STRAND et al., 1999; LOW et al. 2000). A redução de lodo pode ser explicada pelo desacoplamento de energia, que é uma discrepância no balanço de energia entre o catabolismo e o anabolismo. Nas células bacterianas, o crescimento, a duplicação e o metabolismo de manutenção são alcançados através dessas complexas vias metabólicas. Sob condições normais, o catabolismo e o anabolismo estão intimamente acoplados. Contudo, tem sido observado que os requisitos de energia para as atividades de manutenção celular aumentam na presença de certos compostos ou condições ambientais (LIU, 2001). Acredita-se que a redução da quantidade de energia viável para a síntese de novas células resulte em uma menor produção de lodo.

Os reagentes desacopladores incluem um diverso grupo de compostos, na sua maioria ácidos fracos lipofílicos, dentre eles: para-nitrofenol (pNP); clorofenol; 3 3’ 4’ 5 – tetraclorosalicilanato (TCS); 2,4,5-triclorofenol (TCP); e cresol. Contudo, o uso destes compostos pode representar muitos problemas técnicos e ambientais como o elevado consumo de O2, introdução direta de compostos tóxicos no sistema de tratamento e no efluente tratado, que podem alcançar o ambiente aquático e seus efeitos

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são ainda desconhecidos. Além disso, uma vez que a população microbiana fica aclimatada ao reagente desacoplador, os efeitos da redução de lodo diminuem, o que demanda uma constante mudança na concentração ou no tipo do reagente utilizado (WEI et al., 2003).

A Figura 4 ilustra a sequência da cadeia respiratória com metabolismo acoplado.

Figura 4 – Cadeia respiratória – metabolismo acoplado.

Fonte: Adaptado de Chaves (2014).

A adição desses compostos orgânicos interrompe a síntese de ATP pelas mitocôndrias, sem bloquear a captação de oxigênio, desacoplando o transporte de elétrons da síntese de ATP. O transporte de elétrons e o bombeamento de H+ continuam em um ritmo rápido, porém não há a geração do gradiente de H+. A explicação é simples: os agentes desacopladores são ácidos fracos lipofílicos que atuam como carreadores de H+ (ionóforos H+) e fornecem uma via adicional para o fluxo de H+ através da membrana mitocondrial interna, além da ATP-sintase. Como resultado tem-se que a força próton-motriz é completamente dissipada e o ATP não pode mais ser sintetizado (ALBERTS, 2010).

53 O TCS é uma substância que não apresenta efeitos agressivos ao meio ambiente, quando utilizado em doses controladas. Esse composto é utilizado na produção de sabões, detergentes e produtos similares. Quando colocado em contato com a matéria orgânica, o TCS faz com que a maioria do substrato seja oxidado a dióxido de carbono, em vez de ser utilizado para a biossíntese (LIU e TAY, 2001). Como resultado da adição de TCS, a taxa de crescimento da biomassa fica bastante reduzida. Além disso, a cinética de remoção do substrato não sofre influência significativa.

De acordo com Wei et al. (2003), a adição de TCS foi eficiente para reduzir a produção de lodo em reatores de lodos ativados, tanto em batelada quanto em fluxo contínuo. A concentração de TCS de 0,4 mg/L foi considerada o limiar capaz de proporcionar a redução da produção de lodo, e concentrações de 0,8 a 1,0 mg/L podem causar uma redução de 40% do lodo gerado quando aplicado uma vez por dia ao sistema de lodo ativado.

Yang et al. (2003) relataram que a dissociação da energia no metabolismo desacoplado é proporcionalmente relacionada com a concentração do reagente desacoplador. É importante considerar que adição de desacopladores metabólicos não bloqueia o transporte de elétrons na cadeia respiratória; dessa forma, a eficiência de remoção do substrato normalmente não sofre alteração. O TCS é capaz de reduzir os níveis de energia na célula, sem ocasionar mudanças no armazenamento, viabilidade, divisão e tamanho das células (CHEN et al., 2000).

 Aplicação de ácido fólico (AF)

O ácido fólico, de fórmula molecular C19H19N7O6, também conhecido como vitamina B9, foi inicialmente aplicado em estações de tratamento de efluentes com o objetivo de solucionar problemas de operação, como o crescimento exagerado de microrganismos filamentosos. A adição de ácido fólico promove o crescimento de uma biomassa mais ativa e com maior diversidade. Nesses casos, o ácido fólico é responsável por tornar o efluente da estação mais clarificado e com melhor sedimentação, além de

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tornar o processo de tratamento mais estável e de gerar menor quantidade de lodo residual (AKERBOOM et al., 1994).

A adição de ácido fólico tem a função de regular o metabolismo associado ao consumo do substrato (ANDERL, 1987). Em sistemas com deficiência de ácido fólico os processos metabólicos irão ocorrer a uma taxa bastante reduzida. A adição deste reagente ao sistema de lodo ativado promove uma aceleração da atividade metabólica, inibindo algumas rotas e acelerando outras, de forma a aumentar a capacidade de consumo de outros nutrientes (STRUNKHEIDE, 2004; BERTACCHI, 2005).

Dubé et al. (2002) constataram que o ácido fólico, utilizado em mais de 100 ETE industriais e municipais nos Estados Unidos e na Europa, é uma alternativa confiável e eficiente em substituição a cloração para o controle de organismos filamentosos.

O ácido fólico, além de controlar o crescimento de microrganismos filamentosos, que prejudicam a sedimentação, também promove a redução dos níveis de consumo de oxigênio e de fósforo, e reduz a produção de lodo. A amplitude da redução é função da carga da solução de ácido fólico utilizada. Essa técnica possibilita o alcance de benefícios econômicos, ambientais e operacionais (DUBÉ et al., 2002). Além disso, a adição de ácido fólico apresenta a vantagem de ser relativamente simples, não necessitando de equipamentos muito modernos e nem de amplas revisões sobre o tema (SENORER et al., 2004).

A çã DO OLAT™ (produto comercial em solução aquosa contendo cerca de 30% de ácido fólico) a uma concentração de 0,1 mg/L, associada às diferentes idades do lodo (entre 2,4 e 28 dias) em sistemas piloto do tipo lodos ativados, não produziu efeito na remoção de matéria orgânica e no processo de nitrificação. No entanto, uma menor produção de lodo foi observada, com redução de 7% com θ 2 4 e de 17% com θ igual a 28 dias (BERTACCHI, 2005).

Torres (2005) avaliou a aplicação de ácido fólico (2,5 mg/L) e DO OLAT™ (1 25 /L) v batelada com idade do lodo igual a 25 dias. Nenhuma influência destes

55 compostos na produção de lodo foi observada, nem a eficiência do tratamento foi alterada.

Uma redução da produção de lodo de 38% a 50% foi verificada com a aplicação de ácido fólico (concentração de 0,3 mg/L) em um sistema piloto de lodo ativado com idade do lodo de 24 dias (RAMOS et al., 2014).

Portanto, o ácido fólico, que inicialmente havia sido utilizado com a finalidade de controlar o crescimento de microrganismos filamentosos e de melhorar a sedimentação do efluente, apresentou-se também como eficiente agente de redução da produção de lodo em sistemas de tratamento biológico de efluentes (AKERBOOM et al., 1994). O mesmo autor obteve redução de 23% do IVL com a aplicação de ácido fólico em um reator de lodos ativados, e o sistema ainda passou a apresentar maior estabilidade operacional.