UTILIZAÇÃO DE ENZIMAS NA DEGRADAÇÃO AERÓBIA DE
DESPEJO DE ABATEDOURO DE AVES
Carlos Eduardo Blundi(1)
Prof. Doutor do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos, (EESC/USP).
Marcia Massumi Utida
Mestre em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos, (EESC/USP).
Endereço(1): Escola de Engenharia de São Carlos - USP - Av. Dr. Carlos Botelho, 1465 - São Carlos - SP - CEP: 13560-250 - Brasil - Tel: (016) 274-9264 - Fax: (016) 274-9212 - e-mail: cblundi@sc.usp.br.
RESUMO
O trabalho teve como objetivo verificar o comportamento da degradação de um despejo de abatedouro de aves utilizando enzimas, como lipase e protease, em sistemas de reatores aeróbios. Procurou-se obter resultados em reatores nos quais foram adicionadas enzimas e foram comparados com aqueles reatores nos quais não se adicionaram tais agentes. O consumo de matéria orgânica para o reator com enzimas não foi significativo, comparado ao reator sem enzimas, mesmo sob certas condições fixadas de temperatura e variação da concentração de enzimas. Contudo, o emprego de enzimas em sistemas de tratamento de águas residuárias deve ser visto através de outros estudos complementares, objetivando condições de trabalho, como inibidores e tempo de reação.
PALAVRAS -CHAVE: Enzimas, Reatores Aeróbios.
INTRODUÇÃO
Atualmente tem havido um interesse muito grande, por parte de pesquisadores em relação aos estudos de soluções de problemas que envolvem meio ambiente e sociedade. A disposição de resíduos sólidos em determinadas áreas inadequadas e o despejo de águas residuárias em corpos receptores, sem tratamentos adequados ou sem nenhum tipo de tratamento de despejos têm sido pesquisados nessas últimas décadas com o intuito de resolver o problema, para melhorar as condições de vida da sociedade.
Assim pesquisadores de várias áreas de conhecimento, como as Engenharias, a Física, a Química, a Bioquímica, a Microbiologia e outras estão oferecendo seus conhecimentos como
Dessa forma, neste trabalho, algumas técnicas usuais em Bioquímica serão aplicadas a reatores aeróbios descontínuos nos quais será degradada determinada matéria orgânica. Consistem na utilização de enzimas que serão testadas com o objetivo de verificar o comportamento de tais sistemas, durante a decomposição aeróbia do substrato. Segundo MAGALHÃES (1989), apesar de ter sido identificada e isolada uma grande quantidade de enzimas, atualmente, um pequeno número destas é comercializado. Isso ocorre principalmente, devido aos altos custos de produção e a falta de mercado. Contudo em oposição a essas desvantagens, são vistas por POSORSKE (1984) algumas vantagens para os processos industriais. Entre elas estão a especificidade que permite controlar os produtos, aumentando-se os rendimentos por redução quantitativa de subprodutos; condições moderadas em que se pode diminuir o custo em termos de energia e equipamento, bem como restringindo-se quantidades de produtos indesejáveis através da diminuição da velocidade em que os produtos são fabricados em virtude de baixas temperaturas e os baixos custos de tratamento de resíduos.
NICELL (1993) acrescenta ainda a alta velocidade de reação, o que reduz o custo do processo, além do alto grau de especificidade, permitindo controlar os produtos produzidos e as condições moderadas de operação diminuindo custos em termos de energia. Técnica semelhante já tem sido proposta e existem no mercado determinados produtos que contêm determinadas enzimas juntamente com microrganismos, nutrientes e sais, já preparados para promoverem com mais eficiência os tratamentos de resíduos. Normalmente são utilizadas enzimas como amilases, proteases e lipases que auxiliam o processo devido a capacidade de solubilizarem certas suspensões coloidais de compostos de alto peso molecular, transformando-os em substância mais simples, permitindo a imediata utilização pela célula. Através dessa metodologia procurar-se-a obter resultados em reatores que serão adicionados enzimas como lipase e protease e compará-los com aquele de reatores nos quais não são colocadas tais agentes. Será utilizado efluente industrial de um abatedouro de aves.
Os objetivos do trabalho são:compararação da eficiência em termos de remoção de matéria orgânica para reatores aeróbios descontínuos, degradando despejo de abatedouro de aves, em concentração variável com e sem adição de enzimas; verificação da influência de temperatura e concentração de enzimas no processo; comparação de diferentes inóculos a serem adicionados em despejos de abatedouro de aves, através de adaptações próprias realizadas em cada caso; comparação entre os reato res com e sem adição de enzimas, utilizando substrato de abatedouro de aves.
METODOLOGIA
Os estudos de degradação de matéria orgânica foram realizados em um conjunto de seis reatores aeróbios descontínuos, montados em laboratório. O despejo utilizado foi coletado em abatedouro de aves de São Carlos. Esse despejo foi utilizado diretamente, sem a realização de adaptação do inóculo, que foi proveniente do lodo do sistema de tratamento de uma indústria de lápis. As enzimas utilizadas foram a lipase e a prote ase, em cinco concentrações diferentes. O pH das soluções foram mantidas em 7,0 para reator sem enzima e 8,0 para o reator com
dos aterradores de aquário. A tabela 1 mostra as concentrações de enzimas utilizadas com suas respectivas quantidades para cada reator.
? Despejo de abatedor de aves com temperatura fixada a 50oC
O experimento foi realizado a temperatura constante de 50oC [SOLVAY do Brasil (1993) e SOLVAY Enzymes (1992)], montado em um banho de água quente, utilizando um volume de 450 mL de despejo de abatedouro de aves. Os ensaios foram realizados com e sem a utilização de enzimas com relações de concentrações de enzimas que apresentaram os melhores resultados. Para um destes resultados, o despejo de abatedouro de aves foi inoculado com lodo proveniente da indústria de lápis. Para uma outro melhor concentração, o despejo foi submetido a três inóculos diferentes, sendo estes provenientes do lodo da indústria de lápis, esgoto sanitário e no último caso, não se adicionou inóculo, apenas o substrato. Os parâmetros medidos foram DQO centrifugada a 5.000 rpm por 15 minutos cujas amostras foram coletadas diariamente e realizadas medidas de pH e temperatura. As soluções de digestão e de ácido sulfúrico foram preparadas conforme metodologia Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (1992).
Tabela 1: Quantidades de enzimas utilizadas para o sistema de seis reatores.
REATOR *CONCENTRAÇÕES DE ENZIMAS (mg/L) DQO INICIAL (mg/L) **RELAÇÃO DE CONCENTRAÇÃO 1 (controle) --- 370 --- 2 2,5 370 0,007 3 12,5 370 0,033 4 125,0 370 0,338 5 250,0 370 0,676 6 375,0 370 1,014
*concentração de lipase = concentração de protease
** Relação de concentração de enzima e DQO inicial do substrato
RESULTADOS
? Resultados referentes ao conjunto de seis reatores aeróbios descontínuos Tabela 2: Dados referentes a temperatura (0C).
TEMPO(h) REATOR 1 REATOR 2 REATOR 3 REATOR 4 REATOR 5 REATOR 6
0 23 23 23 23 23 23
23,17 21 20 21 21 21 21
45,92 18 18 18 18 18 18
70,92 20 20 20 20 20 20
Tabela 3: Dados referentes ao pH.
TEMPO (h) REATOR 1 REATOR 2 REATOR 3 REATOR 4 REATOR 5 REATOR 6
0 8,0 8,0 8,1 7,8 7,7 7,7
23,17 8,5 8,5 8,5 8,5 8,4 8,4
Figura 1: Variação da demanda química de oxigênio das amostras analisadas em função do tempo. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 10 20 30 40 50 60 Tempo (h) DQO (mg/l) reator 1 reator 2 reator 3 reaor 4 reator 5 reator 6
Figura 2: Remoção em termos de DQO das amostras em função do tempo.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 Tempo (h) Remoção de DQO (%) reator 1 reator 2 reator 3 reator 4 reator 5 reator 6
Figura 3: Variação das concentrações de sólidos suspensos totais das amostras em função do tempo. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tempo (h) SST (mg/l) reator 1 reator 2 reator 3 reator 4 reator 5 reator 6
Figura 4: Variação das concentrações de sólidos suspensos voláteis das amostras em função do tempo. 0 200 400 600 800 1000 1200 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tempo (h) SSV (mg/l) reator 1 reator 2 reator 3 reator 4 reator 5 reator 6
Figura 5: Variação das concentrações de sólidos suspensos fixos das amostras em função do tempo. 0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tempo (h) SSF (mg/l) reator 1 reator 2 reator 3 reator 4 reator 5 reator 6
Tabela 4: Resultados de parâmetros na fase de estabilização do processo. COR (uC)
REATOR APARENTE VERDADEIRA TURBIDEZ (uT) S.S. (mL/L)
1 369 40 49 9,5 2 369 40 54 18,0 3 300 30 42 12,5 4 302 96 80 14,5 5 350 55 64 9,5 6 585 65 65 24,0
Resultados Referentes aos Reatores Aeróbios Descontínuos Utilizando Enzimas em Concentração e Temperatura Fixadas
O despejo de abatedouro de aves obteve uma DQO inicial centrifugada de 473 mg/L, que foi inoculado com um lodo de uma indústria de lápis. O sistema foi controlado e mantido a uma temperatura de 50,0?10C, utilizando uma relação de concentração de enzimas e DQO inicial do
substrato igual a 0,007.
Figura 6: Variação da demanda química de oxigênio das amostras analisadas em função do tempo. 0 100 200 300 400 0 10 20 30 40 50 60 Tempo (h) DQO (mg/l)
reator sem enzima reator com enzima
Figura 7: Remoção em termos de DQO das amostras em função do tempo.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 50 60 Tempo (h) Remoção de DQO (%)
reator sem enzima reator com enzima
? Resultados referentes aos reatores aeróbios descontínuos utilizando enzima e temperatura fixadas variando as condições de inoculação
Foram adicionadas ao despejo de abatedouro de aves, as enzimas lipase e protease em proporções iguais a uma relação de concentração de enzimas e DQO inicial do substrato igual a 0,033. O sistema foi mantido a uma temperatura controlada de 50,0?10C, onde se realizaram
Figura 8: Variação da demanda química de oxigênio das amostras analisadas em função do tempo com inoculação de lodo da indústria de lápis.
0 100 200 300 400 500 600 0 10 20 30 40 50 Tempo (h) DQO (mg/l)
reator sem enzima reator com enzima
Figura 9: Remoção em termos de DQO das amostras em função do tempo com inoculação de lodo da indústria de lápis.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 10 20 30 40 Tempo (h)
Remoção de DQO (%) reator sem enzima reator com enzima
Figura 10: Variação da demanda química de oxigênio das amostras analisadas em função do tempo com inoculação de esgoto sanitário.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 DQO (mg/l)
reator sem enzima reator com enzima
Figura 11: Remoção de DQO das amostras em função do tempo com inoculação de esgoto sanitário. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tempo (h) Remoção de DQO (%)
reator sem enzima reator com enzima
Figura 12: Variação da demanda química de oxigênio das amostras analisadas em função do tempo sem inoculação de lodo.
0 200 400 600 800 1000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tempo (h) DQO (mg/l)
reator sem enzima reator com enzima
Figura 13: Remoção de DQO das amostras em função do tempo sem inoculação de lodo. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tempo (h)
Remoção de DQo (%) reator sem enzima
DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Para o despejo de abatedouro de aves, foram testadas cinco concentrações diferentes de lipase e protease, as quais foram escolhidas de forma arbitrária. Após a verificação dos resultados referentes às melhores concentrações de enzimas foram realizados experimentos nos quais foi fixada a temperatura. A relação de concentração de enzima e DQO inicial do substrato igual a 0,007 foi a que gerou um dos melhores resultados, conforme a curva de DQO (figura 1) e de remoção em termos de DQO (figura 2) referentes as amostras coletadas no reator 2. Uma outra relação concentração de enzima e DQO inicial do substrato que forneceu a um resultado bom em termos de degradação de matéria orgânica, representada pela curva de DQO (figura 2) foi a amostra coletada no reator 3, com uma relação igual a 0,033. Nesse experimento, foi testado a adição de três inóculos diferentes, a uma temperatura de 500C, e devido a rápida degradação do substrato, nenhum dos inóculos foi adaptado ao resíduo industrial. Foi observado na figura 6 que, a curva de DQO referente ao reator com enzima, inicialmente, obteve valores maiores, provavelmente, devido ao acréscimo de enzimas adicionadas. Esse aumento de DQO, pôde ser relacionado a uma baixa remoção, conforme figura 7, onde ambas curvas de remoção de DQO alcançaram seu primeiro ponto em comum a um tempo de 10,5 horas com 68% de remoção. À princípio, as condições de pH e temperatura, nesse caso, demonstraram que o substrato contendo enzimas não foram relativamente eficientes quanto ao substrato sem enzimas. Na figura 8, foi observado um rápido decaimento da DQO, principalmente, nos primeiros dias de operação do sistema. Observando a figura 9, as curvas de remoção para ambos reatores ficaram sobrepostas, no início do tratamento, verificando-se que a remoção, para o reator com enzima, não obteve um desempenho significativo comparado ao reator sem enzima. Na figura 10, foi observado que as curvas de DQO obtidas para ambos reatores apresentaram um comportamento semelhante, sendo que, a curva referente ao reator com enzima apresentou um decaimento menor do que a do reator sem enzima. Através da figura 11, pôde-se notar que a reação para ambos reatores foram praticamente idênticas estabilizando em torno de 80% de remoção. Nas figuras 12 e 13, as curvas de DQO e as de remoção de DQO, comportaram-se de forma semelhante. Os valores de remoção obtidos foram bastante próximos, mostrando que a ausência do inóculo talvez não tenha influencia no processo.
CONCLUSÕES
Na fase final de estabilização do processo, a remoção de DQO com uma relação de concentração de enzima e DQO inicial do substrato igual a 0,007, foi 28% mais eficiente para o reator com enzimas, apresentando 55% de remoção e 43% no reator sem enzimas.
Utilizando como inóculo o lodo proveniente do sistema de tratamento da indústria de lápis com uma relação de concentração de enzima e DQO inicial do substrato igual a 0,033, a remoção de matéria orgânica foi melhor para o reator com enzimas, apresentando 76% de remoção, enquanto que a do reator sem enzima foi de 69%. Nos outros dois experimentos que se utilizaram como inóculo esgoto sanitário e substrato sem inóculo, a remoção, para ambos reatores, ficaram em torno de 80%.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. MAGALHÃES, A.P. Enzimas: situação de mercado e tendências. Revista Brasileira de Engenharia Química, p.22-25, maio, 1989.
2. NICELL, J.A. et al. Reactor development for peroxidase catalyzed polymerization and precipitation of phenols from wastewater. Water Research., v.27, n.11, p.1629-, 1993. 3. POSORSKE, L.H. Industrial-scale application of enzymes to the fats and oil industry.
Journal of American Oil Chemistry Society, v.61, n.11, p.1758-1760,1984. 4. SOLVAY DO BRASIL. Opticlen. São Paulo, Solvay do Brasil, 1993.
5. SOLVAY ENZYMES. Pancreatic Lipase 250. Indiana, Solvay Enzymes, 1992. 6. APHA, (1992). Standard methods for examination of water and wastewater. 18.
