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RELATÓRIO DE PROJETO DE PESQUISA
Nome do Projeto: Estudo do Aumento da Biodegradabilidade de Resíduos Gordurosos em Efluentes da Indústria de Alimentos Obtida Através de Hidrólise Enzimática.
Protocolo: 2343
Nome do(a) Proponente ou Orientador(a):.Everton Skoronski
Nome do(a) Bolsista: Natan Padoin

Campus/Unidade: Tubarão
Data do Relatório: 14 de setembro de 2008
Tipo do Projeto:

( ) PUIC Disciplina ( ) PUIC Continuado ( X ) PUIC Individual
1. Introdução
Os lipídeos encontram-se presentes em efluentes industriais principalmente sob a forma de óleos, graxas, gorduras e ácidos graxos livres. Juntamente com os carboidratos e proteínas correspondem aos principais compostos orgânicos presentes em efluentes das indústrias alimentícias (Pereira et al, 2005; Mendes & Castro, 2005; Dors et al, 2006), principalmente nos setores cuja atividade envolve processamento ou beneficiamento de gorduras vegetais ou animais, como as indústrias de óleos comestíveis, sorvetes, laticínios, frigoríficos, curtumes, matadouros e os efluentes domésticos e de restaurantes, principalmente de “fast food” (Pereira et al, 2005; Dors et al, 2006; Leal et al, 2002).

A presença de lipídeos em águas residuárias gera problemas em estações de tratamento de efluentes como a formação de filmes de óleo na superfície aquosa, o que impede a difusão do oxigênio do ar para esse meio e promove a mortandade da vida aquática (Pereira et al, 2005; Mongkolthanaruk & Dharmsthiti, 2002), e formação de lodo com diferentes características físicas e reduzida capacidade hidrolítica.

Os lipídeos encontram-se, preferencialmente, na forma de triacilglicerol e uma pequena parte na forma de ácidos graxos de cadeia longa (AGCL). Os triglicerídeos necessitam ser hidrolisados aos respectivos ácidos graxos para posteriormente se transformarem em fonte de carbono para as bactérias e, conseqüentemente, em biomassa (lodo ativado). Devido às propriedades termodinâmicas, às reações de oxidação das moléculas de acilglicerol são muito mais lentas do que a dos AGCL, o que aumenta muito o tempo de retenção destes compostos nas lagoas de estabilização (Pereira et al, 2005; Dors et al, 2006).

Várias técnicas vêm sendo estudadas a fim de hidrolisar os lipídeos presente nesses rejeitos industriais. Dentre elas, o tratamento enzimático vem ocupando uma área de destaque. Enzimas são catalisadores biológicos altamente seletivos capazes de acelerar uma classe específica de reações. As lipases (triacilglicerol acil hidrolases, E.C.3.1.1.3) são um grupo de enzimas hidrolíticas que atuam na interface orgânico-aquosa, interagindo diretamente com as ligações éster-caboxílicas presentes em acilgliceróis.

Esse tipo de tecnologia apresenta uma série de vantagens em relação aos métodos tradicionais, tais como a simplicidade e facilidade no controle de processos, não há necessidade de aclimatação da biomassa, não há efeito de choque por carga de poluentes e a operação pode ser conduzida em amplas faixas de pH e temperatura (Pereira et al, 2005; Dors et al, 2006).

A adoção de uma tecnologia híbrida (tratamento enzimático associado com tratamento biológico) para o tratamento de efluentes contendo altas concentrações de lipídeos, permite a redução do tempo de retenção hidráulico e, conseqüentemente, o volume do reator. Além disso, esse tipo de tratamento apresenta outras vantagens, como o aumento da vida útil de equipamentos e linhas de drenagem e redução de custos operacionais, tornando o processo atrativo sob o ponto de vista econômico e ambiental (Pereira et al, 2005; Dors et al, 2006; Mendes & Castro, 2005).

De acordo com a legislação vigente, sua presença não pode ser detectada nos corpos receptores, visto que, em altas concentrações estes compostos causam mortandade da vida aquática. Nos efluentes, em específico ao Estado de Santa Catarina, a FATMA estabelece as concentrações máximas de 20 e 30 mg.L-1 para óleos minerais e vegetais respectivamente (Legislação sobre recursos hídricos, 1998).

O objetivo deste trabalho é aplicar um pré-tratamento enzimático a efluentes das indústrias de laticínios da região dos municípios da Amurel em Santa Catarina, associado com sua posterior digestão aeróbia, visando hidrolisar a fração de lipídeos e, conseqüentemente, reduzir os custos de operação


2. Objetivos
2.1 Objetivo Geral

Avaliar o aumento da biodegradabilidade de efluentes da indústria de laticínios através da aplicação de enzimas hidrolíticas.



2.2 Objetivos Específicos

  • Preparar um efluente sintético semelhante ao efluente gerado na indústria de laticínios;

  • Caracterizar o efluente sintético preparado;

  • Aplicar diferentes enzimas hidrolíticas, sob diferentes condições de temperatura e concentração ao efluente;

  • Aplicar tratamento anaeróbio ao efluente com lodo biológico aclimatado;

  • Caracterizar o efluente após o tratamento híbrido (enzimático-biológico).

3. Material e Métodos
Para a realização dos ensaios preparou-se um efluente semi-sintético com composição semelhante às águas residuárias de indústrias de processamento e/ou beneficiamento de laticínios. Tal efluente foi constituído de: leite em pó desnatado (2,0 g/L), ácido nítrico (19 µL/L), ácido fosfórico (5,9 µL/L), hipoclorito de sódio (0,3 mL/L), lauril alquil sulfato (0,15 mL/L) e gordura proveniente de óleo vegetal (5,0 mL/L).

O efluente foi caracterizado através da medida de lipídeos, matéria orgânica, pH e acidez. Os lipídeos foram quantificados utilizando o método de determinação de óleos e graxas (Apha, 1992) através de extração líquido-líquido com Soxhlet empregando-se n-hexano (Merck®) como solvente. As quantidades de material orgânico total e biodegradável foram determinadas através de análises de DQO e DBO5 (Apha, 1992), respectivamente, empregando-se reagentes de padrão analítico (Merck®). Os ácidos graxos livres nas amostras foram medidos indiretamente através da acidez do meio em termos de CaCO3, utilizando titulação ácido-base com solução de KOH (Merck®) 0,02N como agente titulante (APHA, 1992). As medidas de pH foram realizadas através de potenciômetro (Quimis®).

Para a realização dos experimentos de hidrólise foram utilizadas lipases comerciais imobilizadas: Lipozyme RM IM® (gentilmente cedida pela empresa Novozymes®, localizada em Araucária, PR) e Enzilimp® (gentilmente cedida pela empresa Millenium Tecnologia Ambiental®, localizada em Porto Alegre, RS). As enzimas foram mantidas sob refrigeração (5 °C) e retiradas apenas momentos antes de sua utilização. Paralelamente à hidrólise enzimática dos lipídeos do efluente acompanhou-se o efeito de um tratamento biológico anaeróbio sobre o mesmo através da adição de um lodo aclimatado gentilmente cedido pela empresa Beckauser Malhas®.

Para os ensaios de hidrólise foram utilizadas alíquotas de 250 mL do efluente em reatores do tipo batelada isotérmicos com volume de trabalho de 500 mL. Conduziu-se os experimentos sob diferentes condições térmicas (10, 30 e 40°C) e agitação mecânica através de banho-maria do tipo Dubnoff®. Para cada temperatura avaliada foram utilizados nove reatores, sendo que em três deles adicionou-se apenas o lodo biológico em diferentes concentrações volumétricas (2,5; 5,0 e 10,0%) e nos demais reatores adicionou-se lodo biológico e enzima em diferentes composições: 2,5% de lodo/1,25g de enzima, 2,5% de lodo/2,5g de enzima, 5,0% de lodo/1,25g de enzima, 5,0% de lodo/2,5g de enzima, 10% de lodo/1,25g de enzima e 10% de lodo/2,5g de enzima.

Os resultados foram acompanhados através da coleta de amostras com volumes de 2 mL para medida de acidez, 20 mL para DQO e 5 mL para pH. Alíquotas foram retiradas para contagem do número total de células através do método direto ao microscópio através da câmara de Neubauer. As amostragens foram realizadas em três momentos: no início de cada reação, após 24h e após 48h.
4. Resultados:
Os resultados obtidos nos experimentos estão apresentados nas tabelas a seguir. Em relação à evolução do pH durante as reações observa-se claramente que houve acidificação do meio ao longo do tempo devido à liberação dos ácidos graxos a partir da hidrólise dos lipídeos. Observa-se ainda que houve incremento significativo na acidez do meio nos experimentos conduzidos com a presença de enzimas em relação àqueles em que se empregou apenas lodo biológico, ou seja, apenas a ação dos microrganismos presentes no lodo através da liberação de enzimas extracelulares não foi eficiente na hidrólise dos lipídeos. A variação do pH mostrou-se pouco dependente da temperatura e os melhores resultados puderam ser observados quando empregou-se a enzima Enzilimp a 40ºC (figura 2).

Figura 1: Resultados de análise de pH das reações com a enzima Enzilimp a 30°




Figura 3: Resultados de análise de pH das reações com a enzima Enzilimp a 40°C.



Figura 4: Resultados de análise de pH das reações com a enzima Lipozyme RM IM a 30°C.



Figura 5: Resultados de análise de pH das reações com a enzima Lipozyme RM IM a 40°C.

As análises de acidez corroboraram o comportamento observado em relação do pH do meio reacional ao longo do tempo. Observou-se aumento da acidez das reações em diferentes graus, sendo satisfatórios os resultados obtidos com a enzima Enzilimp a baixas temperaturas, fato que colabora para a viabilidade do processo, pois tal enzima apresenta valor comercial reduzido em relação à enzima Lipozyme RM IM e a temperatura de 30ºC não gera consumo dispendioso de energia.

Figura 7: Resultados de análise de acidez das reações com a enzima Enzilimp a 30°C.




Figura 8: Resultados de análise de acidez das reações com a enzima Enzilimp a 40°C.




Figura 9: Resultados de análise de acidez das reações com a enzima Lipozyme RM IM a 30°C



Figura 10: Resultados de análise de acidez das reações com a enzima Lipozyme RM IM a 40°C.


As figuras 12-15 apresentam os resultados obtidos nas análises de DQO das reações com o tempo. Observa-se que as duas enzimas apresentaram bons resultados, havendo remoção superior a 95% da matéria orgânica total nos experimentos conduzidos com a Lipozyme RM IM.



Figura 12: Resultados de análise de DQO das reações com a enzima Enzilimp a 30°C.



Figura 13: Resultados de análise de DQO das reações com a enzima Enzilimp a 40°C.





Figura 14: Resultados de análise de DQO das reações com a enzima Lipozyme RM IM a 30°C.




Figura 15: Resultados de análise de DQO das reações com a enzima Lipozyme RM IM a 40°C.


Obteve-se bons resultados de remoção de lipídeos nas reações, como se pode observar nas figuras 17-20 referentes às análises de óleos e graxas.




Figura 17: Resultados de análise de Óleos e Graxas das reações com a enzima Enzilimp a 30°C.



Figura 18: Resultados de análise de Óleos e Graxas das reações com a enzima Enzilimp a 40°C.



Figura 19: Resultados de análise de Óleos e Graxas das reações com a enzima Lipozyme RM IM a 30°C.




Figura 20: Resultados de análise de Óleos e Graxas das reações com a enzima Lipozyme RM IM a 40°C.


5. Conclusões
A partir dos resultados obtidos é possível perceber que as duas enzimas utilizadas no trabalho promovem a hidrólise da gordura presente no meio, liberando ácidos graxos livres que possuem a capacidade de serem assimilados pelos microorganismos presentes no efluentes.

Os bons resultados obtidos sob condições amenas de temperatura viabilizam o processo tanto do ponto de vista técnico quanto econômico.



6. Referências

Carvalho, L. et al. (2006), Produção de ácidos graxos livres via catálise enzimática. Paper presented at 20th Simpósio Ibero-Americano de Catálise, 17-22 September, Gramado, RS.

Castro, H. F. (2005), Estudo da Influência do Solvente, Carboidrato e Ácido Graxo na Síntese Enzimática de Ésteres de Açúcares. Química Nova, 8.

Dors, G. (2006), Hidrólise enzimática e biodigestão de efluentes da indústria de produtos avícolas. Paper presented at 20th Simpósio Ibero-Americano de Catálise, 17-22 September, Gramado, RS.



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Mongkolthanaruk, W. (2002), Biodegradation of lipid-richwastewater by a mixed bacterial consortium. International biodet.&biodeg., 50, 101-105.

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Santa Catarina. (1998), Legislação sobre recursos hídricos. Florianópolis: Governo do Estado.

Senai-RS. (1991), A indústria e os efluentes industriais. Porto Alegre.

Senai-RS. (1991), Orientações básicas para tratamento de efluentes industriais. Porto Alegre.

Souza, R. R. et al. (2006), Biodegradação de efluente de frigorífico utilizando enzimas lipolíticas. Paper presented at 20th Simpósio Ibero-Americano de Catálise, 17-22 September, Gramado, RS.



Sperling, M. V. (1996), Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. Editora UFMG. Belo Horizonte.

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