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UNIVERSIDADE CATLICA DE PERNAMBUCOPR-REITORIA ACADMICA
COORDENAO GERAL DE PS-GRADUAOMESTRADO EM DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS AMBIENTAIS
ROBERTO ALBUQUERQUE LIMA
TRATAMENTOS DE EFLUENTES LQUIDOS
DE UNIDADES PRODUTORAS DE FARINHA
DE MANDIOCA
Recife
2010
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ROBERTO ALBUQUERQUE LIMA
TRATAMENTOS DE EFLUENTES LQUIDOS
DE UNIDADES PRODUTORAS DE FARINHA
DE MANDIOCA
Orientadora:Prof. Dr. Alexandra Amorim Salgueiro
Co-orientadora: Prof Dr Clarissa Daisy da Costa Albuquerque
Recife
2010
Dissertao apresentada ao Programa de Ps-
Graduao do Mestrado em Desenvolvimento de
Processos Ambientais da Universidade Catlica de
Pernambuco, como pr-requisito para obteno do
ttulo de Mestre em Desenvolvimento de
Processos Ambientais.
rea de Concentrao: Desenvolvimento de
Processos Ambientais.
Linha de Pesquisa:Tecnologia e Meio Ambiente.
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TRATAMENTOS DE EFLUENTES LQUIDOS DE UNIDADES
PRODUTORAS DE FARINHA DE MANDIOCA
Roberto Albuquerque Lima
Examinadores:
_________________________________________________________________________
Prof. Dr. Alexandra Amorim Salgueiro (Orientadora)Universidade Catlica de Pernambuco - UNICAP
_________________________________________________________________
Prof. Dr. Maria Helena Paranhos GazineuUniversidade Catlica de Pernambuco - UNICAP
_________________________________________________________________
Prof. Dr. Beatriz Susana Ovruski de CeballosUniversidade Estadual da Paraba UEPB/PB
Defendida em 05 de fevereiro de 2010
Coordenadora: Profa. Dra. Alexandra Amorim Salgueiro
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DEDICO a Deus, por ter me dado sade e fora
para vencer mais um desafio em minha vida,
minha famlia por sempre ter acreditado em mim, e
em especial a minha orientadora Prof. Alexandra
Amorim Salgueiro, pelo exemplo de profissional e
acima de tudo pelo exemplo de ser humano.
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A nica coisa que se coloca entre um homem e o que
ele quer na vida apenas vontade de tentar e a f
para acreditar que aquilo possvel.
Richard M. Devos
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AGRADECIMENTOS
A cada vitria o reconhecimento devido ao meu Deus, pois s ele digno de toda honra,
glria e louvor. Deus, obrigado pelo fim de mais essa etapa;
A minha famlia, em especial aos meus pais Manoel Jurandi de Albuquerque e Ivanuite
Albuquerque de Lima Costa pelo apoio, incentivo e principalmente por sempre
acreditarem em mim;
A minha orientadora Prof Dr Alexandra Amorim Salgueiro, orientadora desse trabalho,
agradeo a Deus por permitir que essa pessoa iluminada entra-se na minha vida,
agradeo ainda pela pacincia, por ajudar a superar minhas fraquezas, pela
disponibilidade demonstrada em todos os momentos da nossa jornada, ensinado-me atransformar dificuldades em facilidades e, sobretudo, pela amizade em todos os
momentos, muito contribuindo para meu aperfeioamento profissional e principalmente
pessoal, respeitando o meu estilo de pesquisa e valorizando os meus saberes e
competncias;
A minha co-orientadora Prof Dr Clarissa Daisy da Costa Albuquerque, pelos
conhecimentos transmitidos, com inteligncia e sabedoria;
Ao professor Srgio Paiva pelo apoio, pela pacincia e principalmente por no poupar
esforos na transmisso de conhecimentos;
A todos os Colegas do Laboratrio do Ncleo de Pesquisas em Cincias Ambientais, pela
ateno e apoio, principalmente equipe da Prof Dr Alexandra Amorim Salgueiro:
Daniela Silva Gomes, Lvia Lima Noronha, Elma Lareste Vera Cruz pela amizade e
companheirismo, e em especial a Walleska Rossane dos Santos pela pacincia e
dedicao na execuo dos experimentos;
Aos meus amigos de turma do Mestrado em Desenvolvimento de Processos Ambientais,
que sempre me incentivaram e torceram pela minha vitria, Cntia Rodrigues, Luiz
Queiroz, Francisco Arajo, Selma Neide, Ormiro Joaquim e em especial a Adamares
Marques e Ridelson Tavares, amigos que estaro para sempre em meu corao.
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Aos Professores do Mestrado em Desenvolvimento de Processos Ambientais, Prof. Dr.
Carlos Alberto Alves da Silva, Profa. Dr. Kaoru Okada, Prof. Dr. Valdemir Alexandre dos
Santos e Profa. Dr. Eliane Cardoso Vasconcelos pelos ensinamentos e pela contribuio
na formao do profissional;
A Rosileide Fontenele, pelo companheirismo e dedicao durante todo o Mestrado,
minha eterna gratido;
A professora Profa. Dr Galba Maria de Campos-Takaki, minha nova orientadora no
doutorado, pelos ensinamentos no mestrado e principalmente por permitir a continuao
da minha caminhada;
Aos funcionrios da Universidade Catlica de Pernambuco em especial, a CludioRoberto do NPCIAMB e Francisco de Santana, Francisco dos Santos, Genival de Moura
e Dilma de Santana do laboratrio de Qumica;
Aos funcionrios do NPCIAMB, Snia Maria de Souza, secretria do Ncleo e aos
tcnicos Andr Felipe, Severino Humberto de Almeida e Salatiel Joaquim (em memria)
que foram pessoas que sempre se dispuseram a ajudar em todos os momentos;
Aos Professores Dr. Elias Tambourgi e Flvio Vasconcelos pelo apoio dado na
UNICAMP;
Ao Prof. Dr. Nelson Durn e ao tcnico Francisco do Laboratrio de Qumica do Instituto
de Qumica da UNICAMP, pelo apoio e ensinamentos;
Universidade Catlica de Pernambuco (UNICAP), na pessoa do Reitor Prof. Dr. Pe
Pedro Rubens Ferreira Oliveira pelo acesso e utilizao das instalaes do Ncleo de
Pesquisa em Cincias Ambientais;
Fundao de Amparo Cincia e Tecnologia do Estado de Pernambuco (FACEPE)
pelo apoio financeiro da bolsa de Mestrado;
Coordenao de Pessoal de Ensino Superior (CAPES) pela concesso da bolsa para
realizao do intercmbio com a UNICAMP pelo Projeto PROCAD.
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SUMRIO
SUMRIO .......................................................................................................................viii
LISTA DE FIGURAS.......................................................................................................x
LISTA DE TABELAS ......................................................................................................xii
RESUMO ........................................................................................................................xiii
ABSTRACT ....................................................................................................................xiv
CAPTULO I
1.1 Introduo ...............................................................................................................16
1.2 Objetivos..................................................................................................................18
1.2.1 Objetivo Geral ........................................................................................................18
1.2.2 Objetivos Especficos .............................................................................................18
1.3 Reviso da Literatura ..............................................................................................191.3.1 Mandioca ...............................................................................................................19
1.3.2 Manipueira .............................................................................................................21
1.3.3 Tratamento de efluentes.........................................................................................22
1.3.3.1 Tratamento preliminar de efluentes.......... ........... ................................................ 22
1.3.3.2 Tratamento fsico de efluentes ............................................................................23
1.3.3.3 Tratamento qumico de efluentes ............................. ........... ........... ..................... 24
1.3.3.4 Tanino.................................................................................................................25
1.3.3.5 Tratamento biolgico...........................................................................................25
1.3.3.5.1 Consrcio de microrganismo............................................................................26
1.3.3.5.2 Processo biolgico aerbio...............................................................................28
1.3.3.6 Planejamento fatorial...........................................................................................29
1.4 Referncias Bibliogrficas.........................................................................................31
CAPTULO II
Tratamentos de efluentes lquidos de unidades produtoras de farinha de mandioca.......37
2.1Resumo....................................................................................................................38
2.2 Introduo ...............................................................................................................39
2.3 Material e mtodos .................................................................................................41
2.3.1 Amostragem...........................................................................................................41
2.3.2 Anlises fsico-qumicas.........................................................................................41
2.3.3 Anlises microbiolgicas........................................................................................42
2.3.4 Tratamento biolgico do efluente ........................................................... ................42
2.3.4.1 Obteno do consrcio microbiano .......... ........... ................................................ 42
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2.3.4.2 Planejamentos experimentais do tratamento biolgico........................................43
2.3.5 Tratamento fsico-qumico do efluente....................................................................44
2.4 Resultados e discusso..........................................................................................46
2.4.1 Caracterizao da manipueira................................................................................46
2.4.2 Tratamento biolgico..............................................................................................48
2.4.2.1 Obteno de consrcio de microrganismos.........................................................48
2.4.2.2 Planejamentos experimentais no tratamento biolgico........................................51
2.4.3 Tratamento fsico-qumico......................................................................................57
2.5 Concluses .............................................................................................................69
2.6 Referncias Bibliogrficas .....................................................................................70
CAPTULO III
Concluses gerais ........................................................................................................75
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LISTA DE FIGURAS
CAPTULO II - Tratamentos de efluentes lquidos de unidades produtoras de farinha
de mandioca
Figura 1 - Obteno da manipueira pela prensagem da mandioca.................................41
Figura 2 Biorreator de vidro de bancada com agitao e aerao controladas para
obteno de consrcio microbiano..................................................................................42
Figura 3 Tratamento biolgico da manipueira no shaker...........................................43
Figura 4 Tratamento fsico-qumico da manipueira no Jar test....................................44
Figura 5 - Curva de crescimento bacteriano e variao de pH no cultivo de um
consrcio microbiano obtido a partir do efluente da produo de farinha de
mandioca... .....................................................................................................................51
Figura 6- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorialcompleto 23, tendo como fatores o pH, cloreto de amnio e concentraes do
consrcio microbiano, como varivel resposta a DQO do efluente por 24 h....................53
Figura 7- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial
completo 23, tendo como fatores o pH, cloreto de amnio e concentraes do
consrcio microbiano, como varivel resposta a DQO do efluente por 48 h. .................. 53
Figura 8- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial
completo 22, tendo como fatores o pH e o cloreto de amnio, como varivel
resposta a DQO do efluente............................................................................................55
Figura 9- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial
completo 22, tendo como fatores o pH e o cloreto de amnio, como varivel resposta a
turbidez do efluente.........................................................................................................56
Figura 10- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial
completo 23, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino e Polipan e,
como varivel resposta a DQO do efluente.....................................................................59
Figura 11-Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial
completo 23, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino e Polipan e,
como varivel resposta a turbidez do efluente. .................... ........... ................................60Figura 12- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial
completo 23, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino e Polipan e,
como varivel resposta o cianeto do efluente..................................................................60
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Figura 13- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial
completo 22, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino, como varivel
resposta a DQO do efluente............................................................................................63
Figura 14-Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial
completo 22, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino, como varivel
resposta a turbidez do efluente. ......................................................................................63
Figura 15- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial
completo 22, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino, como varivel
resposta o cianeto do efluente. .......................................................................................64
Figura 16 - Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial
completo 22, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino, como varivel
resposta a DQO do efluente............................................................................................66
Figura 17-Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorialcompleto 22, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino, como varivel
resposta a turbidez do efluente. ......................................................................................66
Figura 18- Diagrama de Pareto de efeitos padronizados para planejamento fatorial
completo 22, tendo como fatores o pH e as concentraes de tanino, como varivel
resposta o cianeto do efluente. .......................................................................................67
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LISTA DE TABELAS
CAPTULO II
Tabela 1-Fatores e nveis investigados no 1oplanejamento fatorial do tratamento
biolgico da manipueira ..................................................................................................43
Tabela 2-Fatores e nveis investigados no 2 planejamento fatorial do tratamento
biolgico da manipueira ..................................................................................................44
Tabela 3-Fatores e nveis investigados no 1oplanejamento fatorial do tratamento
fsico-qumico da manipueira ..........................................................................................45
Tabela 4-Fatores e nveis investigados no 2oplanejamento fatorial do tratamento
fsico-qumico da manipueira ..........................................................................................45
Tabela 5-Fatores e nveis investigados no 3oplanejamento fatorial do tratamentofsico-qumico da manipueira ..........................................................................................45
Tabela 6Composio fsico-qumica da manipueira....................................................46
Tabela 7Caracterizao fsico-qumica e microbiolgica da manipueira .....................47
Tabela 8 Contagens de colnias de bactrias dos consrcios microbianos obtidos
a partir do efluente da produo de farinha de mandioca................................................50
Tabela 9 Resultados de DQO das amostras dos consrcios microbianos ...................51
Tabela 10 Matriz do 1o planejamento fatorial do tratamento biolgico da
manipueira e resultados das variveis respostas............................................................52
Tabela 11 Matriz do 2o planejamento fatorial do tratamento biolgico da
manipueira e resultados das variveis respostas............................................................54
Tabela 12 Eficincias da remoo de DQO e turbidez do 2 planejamento do
tratamento biolgico .......................................................................................................55
Tabela 13 Matriz do 1oplanejamento fatorial e resultados das variveis respostas
do tratamento fsico-qumico da manipueira....................................................................58
Tabela 14Eficincias da remoo de DQO, turbidez e cianeto ........... ........... ..............58
Tabela 15 Matriz do 2oplanejamento fatorial e resultados das variveis respostas
do tratamento fsico-qumico da manipueira....................................................................61Tabela 16Eficincias da remoo de DQO, turbidez e cianeto .......... ........... ..............62
Tabela 17 Matriz do 3oplanejamento fatorial e resultados das variveis respostas
do tratamento fsico-qumico da manipueira....................................................................65
Tabela 18Eficincias da remoo de DQO, turbidez e cianeto ........... ........... ..............65
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xiii
RESUMO
A mandioca (Manihot esculenta) a terceira cultura mais importante do pas na
alimentao bsica da populao. A produo de farinha de mandioca gera um efluente
denominado manipueira que contem elevada quantidade de matria orgnica e cianeto.
O objetivo deste trabalho foi investigar a remoo da demanda qumica de oxignio
(DQO), turbidez e cianeto da manipueira por tratamentos fsico-qumico e biolgico. No
tratamento fsico-qumico por coagulao-floculao, trs planejamentos fatoriais
completos foram realizados para investigar os fatores: pH, tanino e o polmero sinttico
auxiliar da floculao (Polipan) sobre as variveis respostas: DQO, turbidez e cianeto. A
eficincia mxima de remoo de DQO foi 91 % a pH 8,0, na presena de tanino 1,0
mL/L e Polipan 0,030 ppm. A maior remoo de turbidez (75 %) foi determinada a pH 8 e
tanino 0,8 mL/L, na ausncia do Polipan para diminuir os custos do tratamento. Nessascondies, a reduo mxima de cianeto foi de 12 %. Nos tratamentos biolgicos
aerbios durante 48 h, as eficincias mximas de reduo de DQO 88 % e de turbidez 69
% foram determinadas na presena de consrcio microbiano 20 % v/v, cloreto de amnio
5 - 6 % e a pH 8,0. Para os tratamentos fsico-qumico e biolgico, os resultados obtidos
mostram que o pH 8 foi fator chave para remoo de compostos orgnicos e do cianeto
da manipueira. Os tratamentos da manipueira por coagulao-floculao e por consrcio
microbiano diminuem a carga orgnica desse efluente antes de ser lanado nos recursos
hdricos.
Palavras-chaves: manipueira, coagulao-floculao, consrcio microbiano, tratamento
biolgico aerbio, planejamento fatorial.
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xiv
ABSTRACT
Cassava (Manihot esculenta) is the third most important crop in the basic food of
the Brazilian population. The production of cassava flour generates an effluent, called
manipueira, containing high organic matter and cyanide. The objective of this study wasto investigate the removal of chemical oxygen demand (COD), turbidity and cyanide from
cassava wastewater by physical-chemical and biological treatments. In the physical-
chemical treatment by coagulation-flocculation, three full factorial designs were carried out
to investigate the factors: pH, tannin concentration and the flocculation polymer (Polipan)
concentration on the response variables: COD, turbidity and cyanide. The maximum
efficiency for COD removal was 91 % at pH 8.0 in the presence of tannin 1.0 mL/L and
Polipan 0.030 ppm. The highest removal of turbidity (75 %) was determined at pH 8 and
tannin 0.8 mL/L in the absence of Polipan to reduce the costs of treatment. Under these
conditions, the maximum removal of cyanide was 12 %. In the aerobic biological treatment
for 48 h, the maximum efficiencies for COD reduction of 88 % and for turbidity reduction of
69 % were determined in the presence of the microbial consortium 20 % v/v, ammonium
chloride 5 6 % and at pH 8.0. For the treatments, physical-chemical and biological, the
results show that pH 8 is a key factor for removal of organic compounds and cyanide from
cassava wastewater. The treatments of the manipueira by coagulation-flocculation and
by microbial consortium decrease the pollution of this effluent before being launched in
the water resources.
Keywords: manipueira, coagulation-flocculation, microbial consortium, aerobic
biological treatment, factorial design.
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CAPTULO I
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LIMA, R. A. Tratamentos de efluentes lquidos de unidades produtoras de farinha de mandioca. 16
1.1 Introduo
Nas ltimas dcadas, os problemas ambientais tm se tornado cada vez mais
freqentes e mais crticos, principalmente pelo crescimento populacional desordenado e
o aumento das atividades industriais. Aes antrpicas tm atingido dimenses
catastrficas observadas atravs de alteraes na qualidade do solo, do ar, da gua e do
clima.
A mandioca uma planta pertencente famlia Euphorbiaceae, originria da
Amricatropical. cultivada em pases da frica, sia, Oceania e Amrica Latina, onde
suas razes constituem importantes fontes alimentcias, rica em calorias e carboidratos.
Cultivada praticamente em todo territrio brasileiro, cujos diferentes resduos (casca de
mandioca, farinha de varredura, entre outros) podem ser utilizados na alimentao
animal, por ter considervel valor energtico. A farinha de mandioca destinada a
consumo humano resultante do processamento desse tubrculo e apresenta boa
disponibilidade, a baixo custo, em regies de intensa produo no territrio brasileiro
(GOMES, PENA, 1997; MARTINS et al., 2000).
O processamento de razes da mandioca para produo de farinha ou fcula gera
grande quantidade de casca e manipueira (TAKAHASHI, 1987). A manipueira contm
elevada concentrao de matria orgnica que possibilita sua ampla utilizao na
agricultura (VIEITES, BRINHOLI, 1994). A quantidade de manipueira atinge no mnimo
250 L para cada tonelada de raiz de mandioca processada e sendo um efluente
geralmente destinado a tanques de decantao (FIORETTO, 1987).Estudos de biodegradao expressam a busca contnua de microrganismos
versteis, capazes de degradar de maneira eficiente grande nmero de poluentes a
baixo custo operacional. Na prtica, sabe-se que difcil atingir a mineralizao,
principalmente em funo da diversidade, concentrao e composio das substncias
qumicas presentes em cada efluente (CONNELL, 1997).
Os processos de tratamento fsico-qumicos, coagulao, floculao, flotao e
sedimentao, apresentam elevada eficincia na remoo de material particulado. Nas
indstrias, o efluente tratado atravs desses processos pode ser neutralizado,
proporcionando melhorias na relao custo x benefcio, alm das vantagens ambientais
com seu reuso (TCHOBANOGLOUS et al., 2002).
Em funo desse panorama, muitas pesquisas tm sido realizadas buscando
desenvolver tecnologias capazes de minimizar o volume e a toxicidade dos efluentes
industriais. A aplicabilidade das etapas de tratamento est subordinada ao
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LIMA, R. A. Tratamentos de efluentes lquidos de unidades produtoras de farinha de mandioca. 17
desenvolvimento de processos modificados e ao estabelecimento de sistemas de
reciclagem de efluentes, atividades que implicam em tecnologias evolutivas na linha de
desenvolvimento sustentvel. Assim, o estudo de novas alternativas para o tratamento
dos efluentes industriais continua sendo uma das principais estratgias de combate
poluio antropognica (KELLER, 2000).
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LIMA, R. A. Tratamentos de efluentes lquidos de unidades produtoras de farinha de mandioca. 18
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo Geral
O objetivo geral deste trabalho foi investigar as eficincias dos tratamentos fsico-
qumicos e biolgicos do efluente da produo de farinha de mandioca.
1.2.2 Objetivos Especficos
Caracterizar o efluente gerado no processo de fabricao da farinha de mandioca;
realizar estudos de tratabilidade da manipueira por processos fsico-qumicos e
biolgicos;
determinar as eficincias de remoo da demanda qumica de oxignio (DQO), da
turbidez e do cianeto da manipueira por tratamentos fsico-qumicos e biolgicos.
Investigar as interaes entre as variveis pH, tanino e Polipan no tratamento por
coagulao-floculao.
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1.3 Reviso de Literatura
1.3.1 Mandioca
A mandioca (Manihot esculenta) um dos principais cones da agricultura
brasileira. Mais de 80 pases produzem mandioca, cuja produo est direcionada
principalmente para o consumo humano. O Brasil participa com mais de 15 % da
produo mundial, sendo atualmente o segundo maior produtor. Segundo a FAO, a
produo mxima atingiu 30 milhes de toneladas na Nigria em 2002. A rea plantada
no Brasil em 2008 de 1,7 milhes de hectares. A produo brasileira segundo dados da
Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB) foi de 22,6 milhes de toneladas de
razes; desse total, apenas 0,5 % so exportados (EMBRAPA, 2009).
Esse tubrculo um alimento comum em pases tropicais e semitropicais. De fciladaptao, a mandioca tradicionalmente cultivada em todos os estados brasileiros;
situa-se entre os nove primeiros produtos agrcolas do pas em termos de rea cultivada
e o sexto em valor de produo. O estado do Par com 17,9 % dessa produo o
primeiro colocado. Toda a mandioca produzida no pas consumida em forma de farinha
e de fcula (MATSUURA et al., 2003; MARTINS et al., 2000).
A maior parte do valor energtico da planta est nas razes tuberosas, com alto
teor de carboidratos (amido) que so largamente utilizadas na alimentao humana e
animal, e tambm como matria-prima para diversos perfis de indstrias. O contedo
nutricional da parte area, rica em protenas, carboidratos, minerais e vitaminas, tambm
possibilitam seu uso na alimentao humana e animal, em regies de predominncia da
pecuria (BEZERRA, 2000).
Nos ltimos trinta anos, a rea cultivada com mandioca diminuiu, principalmente
no Nordeste; essa cultura expandiu apenas em Mato Grosso do Sul em virtude da
instalao de grandes industrias produtoras da fcula (CAVALCANTI, 2004).
A produo brasileira atingiu o mximo de 30 milhes de toneladas de mandioca
no incio da dcada de 70, e se estabilizou em torno de 24 milhes de toneladas no
perodo de 1972 a 1987; atingiu o mnimo, de cerca de 20 milhes de toneladas no inicio
do sculo XXI (FERNANDES-JR, 2001).
O Nordeste a maior regio consumidora de farinha de mesa e, freqentemente,
importa o produto de So Paulo e Paran devido eventual reduo de produo
provocada por irregularidade climtica e ou devido aos menores preos da farinha nos
referidos estados. Nas regies mais secas do semi-rido (agreste e Cariri), as chuvas so
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escassas e o perodo chuvoso irregular no permite a oferta de matria-prima de boa
qualidade e por longo perodo para viabilizar um baixo custo operacional nas indstrias.
Conseqentemente, essa regio no oferece condies para competir com as farinhas
produzidas na regio sul e sudeste do Brasil. Alm disso, a farinha considerada um
produto inelstico, cujo consumo no aumenta com o aumento de renda da populao e
apresenta tendncia de reduo de consumo com o aumento da urbanizao. A indstria
da mandioca (farinha de mandioca e fcula) limitada pela necessidade de grande
quantidade de gua de boa qualidade, nem sempre disponvel na rea mais seca do
semi-rido, alm de ser grande poluidora do meio ambiente (CAVALCANTI, 2004).
A mandioca uma planta helifila, perene, arbustiva, de cultura anual,
extensamente cultivada em regies tropicais de todo o mundo devido a suas razes
comestveis. Nos trpicos, aps o arroz e o milho, a terceira mais importante fonte de
calorias na alimentao humana (RIMOLDI et al., 2003).H espcies que apresentam baixa toxicidade e podem ser consumidas
diretamente (denominadas de mandioca de mesa) as quais servem para alimentar o gado
com cascas e folhas. As mandiocas so classificadas quanto toxicidade em funo do
teor do HCN; mansas a denominao da mandioca que contm menos de 50 mg
HCN/Kg de raiz fresca sem casca; moderadamente venenosa quando apresenta 50 a
100 mg HCN/Kg de raiz fresca sem casca; venenosa ou brava, acima de 100 mg HCN/Kg
de raiz fresca sem casca. A toxicidade da planta limita o seu emprego, tanto na
alimentao humana como na nutrio animal. As tcnicas de processamento industrial
para diminuio do princpio txico baseiam-se em processos de macerao, embebio
em gua, fervura, torrefao ou fermentao das razes de mandioca, ou ainda, a
combinao desses processos (CAGNON et al., 2002).
Dentre as vantagens da cultura de mandioca, ressaltam-se: obteno de altas
produtividades, tolerncia a seca e a solos degradados ou cidos, grande flexibilidade no
plantio e na colheita e fcil adaptao a ambientes, onde o plantio de outras culturas
mais arriscado (ASPIAZ, 2009).
A produo interna projetada pela CONAB para 2008 abrange uma rea plantada
de 1,7 milhes de hectares, com rendimento mdio de 14 t/ha. Essa produtividade
muito baixa se for considerado o potencial de produo da cultura que atinge
aproximadamente 100 - 150 t/ha na frica, principal produtor. Um dos fatores que tem
contribudo para a baixa produtividade da cultura em nvel nacional o manejo
inadequado das plantas daninhas. Normalmente, os produtores de mandioca acreditam
que, por ser essa cultura rstica, no precisam se preocupar muito com o controle das
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plantas daninhas, as quais esto sempre presentes nos mandiocais (ALBUQUERQUE,
2006).
1.3.2 Manipueira
O efluente da produo de farinha de mandioca tem como principal componente a
manipueira, que em tupi-guarani quer dizer o que brota da mandioca, lquido resultante
da prensagem desse tubrculo. Contem elevada concentrao de matria orgnica,
notadamente carboidratos, alm de cianeto. Esse efluente causa impacto negativo no
meio ambiente quando dispensado em mananciais e no solo devido carga poluente
orgnica. A preocupao com o resduo manipueira de importncia relevante, j que a
produo da farinha de mandioca gera entre 267 a 419 litros desse resduo para cada
tonelada de raiz processada (CEREDA, 2001).A mandioca acumula dois glicosdeos cianognicos nas razes e folhas, linamarina
e lotaustralina, em propores aproximadas de 93:7. Esses dois glicosdeos so capazes
de gerar cido ciandrico por hidrlise. Quando o tecido vegetal dilacerado, a linamarina
hidrolisada por uma enzima glicosidase, denominada de linamarase. Essa clivagem
produz glicose e hidroxinitrila. Essa ltima substncia quando catalisada por uma liase,
transforma-se espontaneamente em HCN e nas cetonas correspondentes (CEREDA,
2003). Embora essa reao possa no ocorrer na planta, enzimas presentes no trato
digestivo dos animais e seres humanos possuem a capacidade de efetiv-la, podendo
advir sintomas de intoxicao, dependendo da quantidade e tipo de alimento ingerido
(CAGNON et al., 2002).
Apesar das maiores fontes de agentes poluidores serem os descartes de
processos de minerao, usinas siderrgicas, indstrias qumicas e estaes de
tratamento de gua, a presena de cianeto na manipueira, causa impacto negativo no
meio ambiente e riscos sade pblica pela sua toxicidade, em especial quando esse
efluente lanado diretamente nos recursos hdricos (YONG, 2001).
Segundo Barana (2008), apesar da manipueira ser um potente agente poluidor,
dezenas de vezes superiores ao esgoto domstico, ela aproveitada na alimentao
animal, no controle de pragas e de doenas de plantas, assim como apresenta potencial
para produo de biogs. Esse resduo tem causado poluio nos locais de
processamento da raiz da mandioca, em praticamente todos os municpios que fazem
seu uso. O aproveitamento desse resduo tem como principais obstculos, a prpria
desorganizao dos produtores/processadores de mandioca, inexistncia de estruturas
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de aproveitamento, o enorme volume gerado de manipueira e o prprio desconhecimento
sobre o seu potencial de uso. comum esse efluente ser lanado diretamente nos
corpos dgua e no prprio ambiente circundante, formando enormes lagos.
1.3.3 Tratamento de efluentes
A disposio no ambiente de resduos gerados em diversas atividades industriais
tem resultado em freqentes relatos de poluio ambiental. Tais problemas levaram as
autoridades a elaborar medidas efetivas para minimizar a poluio. Entre essas medidas,
podem ser citadas: a reduo da produo de resduos, a utilizao de tecnologias que
gerem resduos menos poluentes, tratamento adequado dos resduos antes de sua
disposio no ambiente e reaproveitamento dos resduos em outras atividades ou
reciclagem. Atualmente, as alternativas de valorizao de resduos atravs do seu
aproveitamento so muito incentivadas, j que podem contribuir para a reduo da
poluio ambiental, bem como permitir a valorizao econmica desses resduos,
tornando-os subprodutos (CEREDA, 2001).
No caso especfico da manipueira, os elevados valores de carboidratos, protenas
e lipdios que apresenta conferem aos sistemas aquticos receptores, elevada carga
orgnica. Quando efluentes ricos em matria orgnica so lanados sem tratamento
adequado, a concentrao de oxignio dissolvido reduzida pelos microrganismos e
coloca em risco o ecossistema aqutico (SPERLING, 2005).
Esse efluente tem sido reaproveitado no desenvolvimento tecnolgico deproduo de metablito comercializvel por cultivo de microrganismos. A carga poluidora
de resduos industriais, quando utilizada como fonte de nutrientes, minimiza o problema
do manejo dos efluentes, aliado preservao ambiental. Por outro lado, muitos estudos
foram realizados com intuito de desenvolver tecnologias capazes de minimizar o volume
e a toxicidade de efluentes industriais (BRANCO, 1967; CAMPOS et al., 2006;
FERNANDES-JR, 2001).
Os contaminantes presentes nos efluentes lquidos so removidos por meios
fsicos, qumicos e biolgicos. Os mtodos so normalmente classificados em tratamento
preliminar, operao fsica, processo qumico e processo biolgico.
1.3.3.1 Tratamento preliminar de efluente
O tratamento preliminar de efluentes definido como a remoo dos constituintes
desse lquido que podem causar problemas de manuteno ou operao nas etapas de
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tratamento, processos e sistemas auxiliares. Remove apenas slidos muito grosseiros,
flutuantes e matria mineral sedimentvel. Os processos de tratamento preliminar
utilizam grades, desarenadores (caixa de areia) e caixas de reteno de leo e gordura
(DI-BERNARDO, DANTAS, 2005).
1.3.3.2 Tratamento fsico de efluente
O tratamento fsico de efluentes envolve operaes fsicas que so mtodos de
tratamento nos quais predomina a aplicao de foras fsicas. Como a maioria destes
mtodos envolve diretamente observaes naturais, foram os primeiros a serem
utilizados para o tratamento de efluentes lquidos.
As principais operaes do tratamento fsico so: a) peneiramento: remoo de
materiais grosseiros e sedimentveis por interceptao; b) triturao: reduo de
tamanho de slidos grosseiros para um tamanho menor ou mais uniforme; c) equalizaode fluxo: usada para superar os problemas operacionais causados pelas variaes de
fluxo, para melhorar o desempenho de processos posteriores e para reduzir o tamanho e
custo dos equipamentos; d) mistura: quando compostos qumicos (gases) so misturados
ao efluente para manter slidos em suspenso; e) sedimentao: separao dos slidos
da gua, por decantao gravitacional de partculas suspensas; f) filtrao: remoo de
slidos suspensos finos residuais, utilizando material de porosidade controlvel que
retm as partculas; g) flotao: operao unitria usada para separar partculas slidas
ou lquidas de uma fase lquida por injeo de ar; e h) floculao: promove a agregao
de pequenas partculas em partculas maiores para facilitar sua remoo por
sedimentao gravitacional (DI-BERNARDO, DANTAS, 2005).
Na floculao, so utilizados coagulantes qumicos como sais de alumnio e de
ferro que reagem com a alcalinidade presente ou adicionada nas guas residurias,
formando hidrxidos que desestabilizam colides, partculas em suspenso, pela reduo
do seu potencial zeta a valores prximos de zero, denominado ponto isoeltrico (DI-
BERNARDO, DANTAS, 2005).
A decantao objetiva a sedimentao da matria floculada sob ao da
gravidade. Essa etapa viabilizada pela floculao quando cogulos tornam-se mais
densos e estveis, formando os flocos. Os flocos sedimentam, arrastando alm dos
compostos poluentes, muitos microrganismos. O perodo da permanncia da gua em
um decantador deve ser superior ao tempo necessrio para que a partcula se desloque
desde a superfcie at o fundo do tanque (SPERLING, 2005).
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1.3.3.3 Tratamentos qumicos de efluentes
Os tratamentos qumicos so processos usados para tratar efluentes cujas
alteraes ocorrem por meio de transformaes qumicas dos substratos. Geralmente
ocorrem reaes de precipitao entre substncias adicionadas e os poluentes. Essas
reaes qumicas aliadas ao processo fsico, de coagulao-floculao um dos
processos mais empregado de tratamento de efluente.
Os processos fsicos e qumicos por coagulao-floculao de guas residurias,
decorrentes dos processos industriais largamente utilizado para reduzir a carga
orgnica, considerando a elevada eficincia na remoo, a praticidade operacional e os
custos envolvidos. Na maioria das vezes, esse tratamento precede o tratamento
biolgico auxiliando na remoo de fsforo e de slidos suspensos (DI-BERNADO,
DANTAS, 2005).
A coagulao empregada para remoo de substncias em suspenso oucoloidal. Os colides so representados por partculas que tm tamanhos de 0,1 a 1 nm.
Essas substncias causam cor e turbidez no efluente. As partculas coloidais no
sedimentam e no so removidas por processos de tratamento fsicos convencionais.
Esses compostos possuem propriedades eltricas que geram uma fora de repulso e
impedem a aglomerao e sedimentao. Na maioria dos efluentes industriais, o colide
possui carga negativa, se suas caractersticas no forem alteradas, permanece no meio
lquido (VANACR, GEHLING, 2007).
O processo de coagulao consiste na mistura do coagulante (inorgnico ou
orgnico) com o efluente que produz em soluo, ons positivos por hidrolizao em meio
alcalino cujo processo extremamente rpido. Esses ons desestabilizam as cargas
negativas dos colides e slidos em suspenso, permitindo a aglomerao das partculas
e conseqente, formao dos cogulos (BARRADAS, 2004).
Polmeros orgnicos naturais e sintticos tm sido utilizados como coadjuvantes
da coagulao no tratamento da gua; atuam como uma ponte para o coagulante ajudar
na remoo das partculas formadas quando sais de alumnio ou de ferro so utilizados
como coagulante. Logo, na etapa de floculao, os grandes agregados de flocos que
arrastam os poluentes, precipitam mais rapidamente e consequentemente, a eficincia do
processo maior. Esse processo muito aplicado no tratamento da gua para
abastecimento de gua potvel (DI-BERNADO, DANTAS, 2005).
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1.3.3.4 Tanino
O tanino apresenta alto peso molecular sendo constitudo por compostos
aromticos policclicos amplamente distribudos no reino vegetal. encontrado nas
folhas, frutos, cascas, razes e madeira de rvores. Esses compostos so particularmente
importantes, como matria-prima para curtir couros, na perfurao de petrleo, na
produo de adesivos, no tingimento de tecidos, assim como em indstrias farmacuticas
e em tratamento de efluentes industriais. O tanino tem sido utilizado na coagulao h
mais de trs dcadas como coagulante primrio. Coagulao com polmero orgnico
seguido de sedimentao pode tratar efluentes industriais quando os flocos formados so
suficientemente densos (OZACAR, SENGIL, 2003).
Os taninos so compostos insolveis que de acordo com a sua estrutura qumica
podem ser divididos em duas categorias (BARROS, NOZAKI, 2002; PIZZI, 1993):
os hidrolisveis possuem um grupo carboidrato e sofrem hidrlise cida, alcalinaou enzimtica, so classificados em galotaninos que liberam o cido glico e seus
derivados por hidrlise cida e em elagitaninos que por hidrlise, liberam cido
elgico e cido valnico;
os condensados apresentam estrutura polimrica de unidades de pigmentos
flavonides com diferentes graus de condensao, associada a seus precursores.
O coagulante apresenta alta capacidade de associao com protenas e
carboidratos; atua em sistemas coloidais com ao neutralizantes de cargas e forma
pontes entre as partculas. Esse processo responsvel pela formao de flocos e
conseqente, sedimentao. Dentre os floculantes orgnicos biodegradveis de origem
vegetal, o tanino utilizado em muitas empresas de saneamento para tratamento de
efluentes e de guas de abastecimento (ZACAR, SENGIL, 2003). Esse agente
apresenta tambm as vantagens de no alterar o pH da gua e ser efetivo na faixa de pH
entre 4,5 e 8,0 (MORAES et al., 2005).
1.3.3.5 Tratamento biolgico
Processos biolgicos so mtodos de tratamento realizados por meio de
atividades de bactrias, leveduras, fungos filamentosos e protozorios para remoo decontaminantes. Nesses tratamentos, as substncias orgnicas biodegradveis (coloidais
ou dissolvidas) so metabolizadas por microrganismos que utilizam os compostos
orgnicos como fonte de carbono e de energia. Inicialmente, os organismos produzem os
sistemas enzimticos especficos requeridos em funo dos substratos presentes.
Quando a biodegradao completa, as substncias so convertidas em gs carbnico,
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metano e gua. s vezes, aps esse tratamento, a biomassa removida por
sedimentao (CONNELL, 1997).
Nos ltimos anos, o desenvolvimento da microbiologia tem propiciado varias
alternativas que viabilizam o tratamento biolgico de efluentes industriais. (ORHON et al.,
1999, apud FREIRE et al., 2000).
A capacidade dos microrganismos de degradar compostos orgnicos
cientificamente reconhecida e vem sendo utilizada ao longo do tempo em processos de
tratamento biolgico de efluentes lquidos e de resduos slidos. Devido a essa habilidade
dos microrganismos, foram desenvolvidos processos biotecnolgicos destinados a
diversas finalidades, dentre os quais se destacam a degradao de poluentes e a
recuperao de locais contaminados (solo, guas superficiais e subterrneas). Os
microrganismos podem ser encontrados no prprio ambiente impactado, sendo na
maioria das vezes, os responsveis pelo desaparecimento de contaminantes na natureza(OLIVEIRA, SOUZA, 2003).
O tratamento biolgico fundamenta-se na utilizao de compostos poluentes como
substrato para o crescimento e manuteno de microorganismos. Dependendo da
natureza do aceptor de eltrons, os processos biolgicos podem ser divididos em
aerbios ou anaerbios. Nos aerbios, que levam formao de CO2e H2O, o aceptor
de eltrons o oxignio molecular. Nos anaerbios, que degradam a matria orgnica a
CO2e CH4, o oxignio molecular est ausente, sendo que participam como aceptores de
eltrons algumas formas de carbono, enxofre e nitrognio, respectivamente, CO2, SO4-2e
NO3- (SANTAELLA et al., 2009; SARATALE et al., 2009). A eficincia de remoo da
matria orgnica presente nos rejeitos industriais usualmente medida na forma de
demanda bioqumica de oxignio (DBO), demanda qumica de oxignio (DQO) ou
carbono orgnico total.
1.3.3.5.1 Consrcio de microrganismo
Os processos biolgicos so utilizados no tratamento de efluente pela utilizao
de uma mistura microbiana denominada ''consrcio, especializado em degradar ou
tolerar diversos compostos. Grupos especficos de microrganismos metabolizam apenaslimitada gama de substratos e, portanto, populaes mistas com amplo poder enzimtico
e sinergismo, relaciona-se de forma interativa. Contudo, devem ser considerados as
atividades enzimticas especficas (habilidades) e os co-metabolismos dos
microrganismos presentes no consrcio efetivo (SCHLEGEL, 1992).
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A biodegradao depende da presena de uma populao microbiana,
diversificada e estvel e da interao entre os diversos microrganismos presentes no
meio. Entre outros fatores que nem sempre so controlados com facilidade, ressalta-se o
pH e a temperatura. Alm disso, o longo tempo de degradao e a grande rea
necessria para a implantao das estaes desse tratamento podem dificultar a
aplicao dos processos biolgicos (SPERLING, 2005). A utilizao de consrcios
microbianos tem sido investigada para reduzir o tempo de degradao aerbia de
substncias presentes em efluentes por ao de espcies no identificadas que atuam
em sinergismo (ABRAHAM et al., 2008).
O processo de biodegradao pode ser acelerado pela utilizao das tcnicas de
bioestimulao e de bioaumentao. Na bioestimulao, nutrientes so adicionados e as
condies ambientais otimizadas, visando ao desenvolvimento de populaes nativas de
microrganismos. Pela bioaumentao, so adicionados microrganismos capazes dedegradar rapidamente contaminantes especficos (FENIMAN et al., 2006).
A eficincia do crescimento do consrcio microbiano depende da concentrao de
poluentes, da sua disponibilidade como fonte de carbono, da temperatura e do pH, entre
outros parmetros. A suplementao nutricional acelera o processo de biorremediao. A
adio de grande quantidade de poluentes deve ser balanceada com relao
concentrao de C:N para que seja favorvel atividade microbiana. Nos casos em que
comunidades naturais de degradao esto presentes em nmero reduzido ou mesmo
ausentes, a bioaumentao pode acelerar o processo de degradao
(TCHOBANOGLOUS et al., 2002).
O leo bruto e derivado de petrleo constitui uma mistura complexa de diferentes
classes de hidrocarbonetos. Um nico organismo no capaz de degradar
completamente uma rea contaminada, e, portanto interessante o uso de um consrcio
microbiano com vrias amostras de microrganismos, para promover biorremediao mais
efetiva (SANTAELLA et al., 2009).
No Brasil, os processos de biorremediao ainda so pouco empregados ,
provavelmente devido necessidade de maiores adequaes do processo para aes in
situ em curto prazo. Algumas reas contendo uma mistura complexa de contaminantes,
onde a remediao rpida se faz necessria pelo perigo sade pblica, vrias tcnicas
conjugadas de biorremediao podem ser empregadas no intuito de acelerar o processo.
Ao longoprazo, a microbiota fica adaptada ao local e os compostos so mineralizados
pela ao intermitente dos microrganismos. A biorremediao no pas deve ser
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observada com especial ateno, uma vez que h uma microbiota rica, um clima tropical
e ambiente com caractersticas que propiciam a vida microbiana (CETESB, 2009).
A bioaumentao deve ser realizada utilizando microrganismos com conhecida
habilidade metablica para os solos contaminados, capazes ainda de competirem com a
microbiotanatural dos locais de tratamento e manterem sua competncia na degradao
dos compostos poluentes. A taxa de biodegradao natural em solos contaminados na
maioria das vezes baixa, devido falta de microrganismos na microbiota natural com
capacidade de metabolizar os contaminantes (CONNELL, 1997).
1.3.3.5.2 Processo biolgico aerbio
O processo aerbio fundamenta-se na utilizao de microrganismos que
requerem oxignio molecular para o seu metabolismo. As formas mais comuns de
aplicao industrial esto representadas pelas lagoas aeradas e pelos sistemas de lodosativados. Nas lagoas aeradas, os efluentes so submetidos ao de consrcios de
organismos, muitas vezes de composio desconhecida, durante vrios dias. Neste tipo
de tratamento, a toxicidade aguda removida com relativa facilidade. No entanto, outros
parmetros importantes, como cor e toxicidade crnica, no so eficientemente
reduzidos. Alm disso, alguns problemas associados s perdas de substratos txicos por
volatilizao e contaminao de lenis freticos por percolao, so tambm bastantes
crticos. A toxicidade aguda corresponde a efeitos adversos que ocorrem em um curto
perodo de tempo, geralmente at 14 dias, aps a exposio de um organismo a nica
dose da substncia (poluente) ou depois de mltiplas doses em at 24 h enquanto a
toxicidade crnica envolve efeitos adversos que ocorrem em um organismo durante a
maior parte do seu ciclo de vida (FREIRE et al., 2000).
O tratamento por lodos ativados talvez seja o sistema de biorremediao mais
verstil e eficiente. Esse sistema opera com pouco substrato auxiliar e capaz de
remover a toxicidade crnica e aguda, com menor tempo de aerao. No lodo, existe
grande nmero de espcies bacterianas, fungos, protozorios e outros microorganismos
que podem favorecer a reduo de grande diversidade de compostos. Esse processo,
desenvolvido na Inglaterra no incio do sculo XX, utilizado nos mais diversos tipos deefluentes, inclusive no tratamento de esgotos sanitrios (DI-BERNADO-DANTAS, 2005).
Um dos graves problemas associados ao tratamento aerbio de efluentes
corresponde s perdas de substratos txicos por volatilizao. Para evitar a poluio do
ar, sistemas de biorreatores que operam com membranas, foram desenvolvidos e
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utilizados com sucesso no tratamento de efluentes, retendo as substncias volteis
(TCHOBANOGLOUS et al., 2002).
Segundo Rosenberg et al. (1992), as fontes usuais de nitrognio e fsforo
possuem alta solubilidade em gua, limitando a utilizao dessas fontes em sistemas
abertos (guas e solos contaminados no tratamento in situ) devido a sua rpida diluio.
Os autores sugerem a utilizao de outras fontes de nitrognio e fsforo menos solveis,
tais como fertilizantes hidrofbicos na forma de P2O5.
1.3.3.6 Planejamento fatorial
O procedimento para execuo do planejamento e anlise dos resultados
normalmente segue as seguintes etapas:
a) reconhecer e definir o problema que depende da experincia adquirida no estudo de
processos semelhantes;b) escolher as variveis (fatores de influncia) e as faixas de valores em que essas
variveis sero avaliadas;
c) definir o nvel especfico (valor) para cada varivel;
d) escolher a varivel resposta;
e) executar os experimentos, monitorando-os e controlando-os;
f) analisar os resultados, utilizando mtodos estatsticos;
g) elaborar as concluses e recomendaes, permitindo que decises sejam tomadas a
respeito do processo em estudo.
A idia bsica do mtodo executar um conjunto de experimentos de modo a
considerar todas as possveis variaes dos fatores em estudo, ao mesmo tempo,
determinando as interaes entre esses fatores com um nmero mnimo de
experimentos, fazendo uma triagem e descarte das variveis no significativas, visando
racionalizao do experimento. Os experimentos fatoriais so realizados para determinar
a influncia de uma ou mais variveis independentes (fatores) sobre uma ou mais
variveis dependentes (respostas) de interesse. O objetivo final propor uma funo
matemtica que represente cada sistema, ou pelo menos que se aproxime de um modelo
satisfatrio. Os erros padro so calculados, a superfcie de resposta proposta e as
curvas de nvel so ajustadas, visando otimizao do processo (BARROS-NETO,
SCARMINIO, BRUNS, 2005).
O planejamento experimental uma ferramenta essencial no desenvolvimento de
novos processos e no aprimoramento de processos em utilizao. Representa um
conjunto de ensaios estabelecidos com critrios cientficos e estatsticos e objetiva
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determinar a influncia de diversas variveis nos resultados de um dado sistema ou
processo.
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CAPTULO II
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Tratamentos de efluentes lquidos de unidades produtoras de
farinha de mandioca
Roberto Albuquerque Lima
Universidade Federal de Pernambuco - Centro Acadmico do Agreste
Clarissa Daisy da Costa Albuquerque
Ncleo de Pesquisas em Cincias Ambientais (NPCIAMB)
Centro de Cincias e Tecnologia (CCT)
Universidade Catlica de Pernambuco (UNICAP)[email protected]
Alexandra Amorim Salgueiro*
NPCIAMB, CCT, UNICAP
Rua do Prncipe, 526, Boa Vista, Recife, PE, Brasil, 50050-900;
Tel. +55 081 21194017; Fax +55 081 21194043; www.unicap.br
Suporte financeiro UNICAP, FACEPE e CAPES
*Autor para correspondncia
Manuscrito a ser submetido ao Electronic Journal of Biotechnology
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2.1 Resumo
O presente trabalho teve como objetivo investigar as eficincias de remoo da
demanda qumica de oxignio (DQO), da turbidez e do cianeto da manipueira por
tratamentos fsico-qumicos e biolgicos. No tratamento fsico-qumico por coagulao-
floculao, trs planejamentos fatoriais completos foram realizados para investigar os
fatores pH, tanino e o efeito do polmero sinttico Polipan sobre as variveis respostas
(DQO, turbidez e cianeto) da manipueira. A eficincia mxima de remoo de DQO foi 91
% a pH 8,0 na presena de tanino 1,0 mL/L e Polipan 0,030 ppm. A maior remoo de
turbidez atingiu 75 %, determinada a pH 8 e tanino 0,8 mL/L na ausncia do Polipan,
visando diminuir os custos. Nessas condies foi determinado 0,7 mg CN-/L na
manipueira tratada correspondendo a uma reduo de 25% da concentrao presente no
efluente bruto. Nos tratamentos biolgicos aerbios por consrcio microbiano durante 48h, as remoes de DQO e turbidez atingiram a mesma faixa de valores dos tratamentos
fsico-qumicos. As eficincias mximas de reduo de DQO (88 %) e de turbidez (69 %)
foram determinadas na presena do consrcio microbiano 20 % v/v, cloreto de amnio 5
% e a pH 8,0. Os resultados dos tratamentos da manipueira mostram que o pH 8 foi fator
chave para remoo de DQO desse efluente.
Palavras-chaves: manipueira, tanino, coagulao-floculao, consrcio microbiano,
tratamento biolgico aerbio.
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2.2 Introduo
A manipueira um lquido de aspecto leitoso que liberado das razes da
mandioca por ocasio da sua moagem e prensagem. Tem grande potencial poluente
decorrente de seu elevado contedo em matria orgnica. Quimicamente, apresenta-se
como uma mistura de amido, glicose e outros acares, protenas e derivados
cianognicos dentre outras substncias orgnicas e sais minerais. Sua potencialidade
como nematicida, inseticida e acaricida advm da presena do cianeto, enquanto o
enxofre garante-lhe a eficincia como fungicida. A manipueira pode ainda ser utilizada na
fertirrigao (MANIPUEIRA, 2007).
A manipueira pode poluir os recursos hdricos quando lanada diretamente em
guas superficiais ou em reas com fertirrigao. O enriquecimento do corpo aqutico
por macronutrientes, com destaque para os compostos de nitrognio e fsforo altera acapacidade de autodepurao do corpo receptor e favorece o fenmeno de eutrofizao
pelo crescimento de algas em excesso (BARANA, 2008).
O potencial txico da manipueira agravado pela presena de cianeto. Existem
relatos de morte de animais que beberam da gua em locais de descarga desse
poluente. A manipueira procurada pelos animais pelo seu gosto adocicado devido
presena da glicose na sua composio qumica. freqente a morte de peixes em
corpos dgua receptores desse efluente (FIORETTO, 2001).
O glicosdio caracterstico da planta de mandioca (linamarina) hidrolisvel a
cido ciandrico (BRANCO, 1979). Esse glicosdio pode afetar clulas nervosas, combinar
com a hemoglobina do sangue e, por inibir a cadeia respiratria, txico para os seres
vivos (CEREDA, 2000). Uma tonelada de mandioca produz cerca de 300 L de manipueira
e uma fecularia que processe uma tonelada dessas razes/dia produz manipueira com
capacidade poluidora equivalente poluio ocasionada por 200 - 300 habitantes/dia
(HESS, 1962).
Os processos de tratamento de efluentes industriais visam reduzir a carga
orgnica e a toxicidade dos efluentes de maneira a atingir os padres de qualidade de
lanamentos estabelecidos por rgos oficiais de controle da poluio ambiental. A
coagulao um fenmeno fsico e qumico que depende da concentrao da substncia
coagulante e do pH final da mistura. O fenmeno qumico consiste de reaes entre o
coagulante e a gua com formao de espcies hidrolisadas de carga positiva. No
fenmeno fsico, h transporte das espcies hidrolisadas para que haja contato com as
impurezas. um processo rpido, que depende do pH, da temperatura, da condutividade
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eltrica, da concentrao e da composio das impurezas. utilizado em estaes de
tratamento de gua por mistura rpida seguida de mistura lenta, para que favorea a
formao de flocos no processo denominado, floculao. Esses flocos podem ser
removidos por sedimentao, flotao ou filtrao (DI-BERNARDO, DANTAS, 2005).
A capacidade dos microrganismos de degradar compostos orgnicos
cientificamente reconhecida e vem sendo utilizada ao longo do tempo em processos de
tratamento biolgico de efluentes lquidos e resduos slidos (SANTAELLA et al., 2009;
SARATELA et al., 2009). Devido a essa habilidade, processos biotecnolgicos destinados
degradao de poluentes e recuperao de reas contaminadas foram desenvolvidos
(COSTA et al., 2007; DIAS, 2007). Bactrias, leveduras e fungos filamentosos podem ser
encontrados no prprio ambiente impactado, e na maioria das vezes, responsveis pela
biodegradao natural de contaminantes. Em tratamentos biolgicos, os consrcios de
microrganismos autctones podem ser bioestimulados para facilitar o crescimento celulare consequentemente, degradar por interao metablica, a matria orgnica com maior
eficincia (ABRAHAM et al., 2008)
Este trabalho teve como objetivo investigar as eficincias de remoo de DQO,
turbidez e cianeto de efluente de produo de farinha de mandioca (manipueira) por
tratamento fsico e qumico por coagulao-floculao e por tratamento biolgico aerbio
por consrcio microbiano.
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2.3 Material e mtodos
2.3.1 Amostragem
A manipueira foi coletada na prensa de uma casa de farinha de mandioca,
localizada no estado de Pernambuco (Brasil). Esse efluente foi distribudo em depsitos
de plstico de 2 5 L e fermentado temperatura ambiente por 48 h no laboratrio. O
material slido sedimentado denominado (popularmente) de goma foi descartado e o
sobrenadante foi succionado e armazenado em depsitos (de plstico) e congelado a
20 C para padronizao da amostra nos experimentos, em tempos diferentes (Figura 1).
Figura 1Obteno da manipueira pela prensagem da mandioca
2.3.2 Anlises fsico-qumicas
A determinao do pH foi realizada com o auxlio de um potencimetro (Quimis
Q400S) e a turbidez, no turbidmetro (Policontrol AP100). A DQO foi determinada
segundo o mtodo de refluxo fechado (micro), utilizando a soluo digestora de
dicromato de potssio a quente, em meio cido (APHA, 1998). O cianeto livre foi
determinado por colorimetria, na faixa de 0,002 a 0,400 mg CN-/L por curva de calibrao
(kit da MERCK). A composio fsica e qumica do efluente foi determinada utilizando kit
enzimtico para protenas (Labtest); os carboidratos foram quantificados de acordo com a
metodologia de Dubois et. al. (1956), utilizando fenol e cido sulfrico e os lipdios foram
determinados, aps a extrao com clorofrmio e metanol por Kit enzimtico; e o resduo
mineral foi calculado em funo da diferena entre os slidos totais e os slidos volteis
de acordo com a APHA (1998).
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2.3.3 Anlises microbiolgicas
a) Quantificao de bactrias aerbias heterotrficas mesfilas a 35 C por 48 h,
utilizando o meio de contagem padro (triptona glicose agar);
b) Quantificao de fungos filamentosos e leveduras a 20 C por 5 a 7 dias, utilizando o
meio de malte agar na presena de cloranfenicol.
Para quantificar as densidades de bactrias e dos fungos expressas em unidades
formadoras de colnias por 100 mL (UFC/mL), foram preparadas diluies decimais das
amostras do efluente. Foi utilizada gua tamponada a pH 7,2, distribudas em frascos de
diluio contendo 90 ou 99 ml do diluente, esterilizado em autoclave (APHA, 1998).
2.3.4 Tratamento biolgico
2.3.4.1 Obteno do consrcio microbiano
Foram montados trs reatores de vidro com volume til de 1500 mL do efluente.
Foi adicionado sulfato de amnio a 0,8 % a aerao foi de 1 vvm a temperatura entre 28
30 oC e a agitao mecnica de 200 rpm durante 30 dias (Figura 2). Aps 7 dias de
cultivo, foram adicionados semanalmente pulsos do efluente, de 150 mL cada um,
contendo o sulfato de amnio. Para avaliar o crescimento e o potencial biotecnolgico de
cada consrcio microbiano foram retiradas amostras dos cultivos em tempos prefixados
(0, 7, 21 e 28 dias), designados com as letras A, B e C.
Figura 2 Biorreator de vidro de bancada com agitao e aerao controladas para
obteno do consrcio microbiano
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2.3.4.2 Planejamentos experimentais do tratamento biolgico
Foram realizados dois planejamentos fatoriais completos cujos nveis e fatores
esto apresentados nas tabelas 1 e 2. O primeiro teve como fatores o pH e as
concentraes do consrcio e de cloreto de amnio (tabela 1) e como variveis respostas
a DQO com 24 e 48 h. O segundo teve como fatores o pH e a concentrao de cloreto de
amnio (tabela 2) e como variveis respostas a DQO e a turbidez. O tratamento
biolgico das amostras do efluente foi realizado em frascos de Erlermeyer de 500 mL,
com volume til de 200 mL que foi mantido sob agitao em orbital a 150 rpm e a 28 C
(Figura 3). No segundo planejamento do tratamento biolgico, a concentrao do
consrcio microbiano foi padronizada, em funo dos resultados obtidos no primeiro
planejamento. Cada frasco continha 160 mL do efluente e 40 mL do consrcio microbiano
e os experimentos foram realizados durante 48 h.
Figura 3 Tratamento biolgico da manipueira no shaker
Tabela 1 Fatores e nveis investigados no primeiro planejamento fatorial do tratamento
biolgico da manipueira
NveisFatores
-1 0 +1
Consorcio (%) 10 15 20
NH4Cl (%) 1 3 5
pH 4 6 8
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Tabela 2 Fatores e nveis investigados no segundo planejamento do tratamento biolgico
da manipueira
NveisFatores
-1 0 +1
NH4Cl (%) 5 6 7
pH 7 8 9
2.3.5 Tratamento fsico-qumico do efluente
O tratamento fsico-qumico foi realizado por coagulao-floculao e decantao,
obedecendo a planejamentos fatoriais completos realizados sequencialmente cujos nveis
e fatores investigados encontram-se especificados nas tabelas 3, 4 e 5. Foram
investigados os fatores: pH, tanino (Tanfloc) e o polmero sinttico auxiliar da floculao
(Polipan); as variveis respostas foram DQO, turbidez e concentrao de cianeto. A
adio de tanino e de Polipan foram realizadas por mistura rpida (200 rpm por 30 s),
seguida de mistura lenta (15 rpm por 15 min.) no Jar Test. Aps uma hora de
decantao, o sobrenadante foi separado e armazenado para anlises (Figura 4).
Figura 4Tratamento fsico-qumico da manipueira no Jar test
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Tabela 3Fatores e nveis investigados no primeiro planejamento fatorial do tratamento
fsico-qumicoda manipueira
NveisFatores
- 1 0 +1
pH 4,6 6,3 8,0
Tanino (mL/L) 0,2 0,6 1,0
Polipan (ppm) 0 0,015 0,030
Tabela 4Fatores e nveis investigados no segundo planejamento fatorial do tratamento
fsico-qumico da manipueira
NveisFatores
-1 0 +1
pH 8,0 9,0 10
Tanino (mL/L) 0,4 0,6 0,8
Tabela 5Fatores e nveis investigados no terceiro planejamento fatorial do tratamento
fsico-qumico da manipueira
NveisFatores
-1 0 +1
pH 6,0 7,0 8,0
Tanino (mL/L) 1,0 2,0 3,0
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2.4 Resultados e discusso
2.4.1 Caracterizao da manipueira
As caractersticas fsico-qumicas e microbiolgicas dos efluentes dependem da
matria-prima e de tcnicas no processamento industrial. No caso da manipueira que
originada de um agro-produto, outros fatores tambm interferem na composio fsico-
qumica: condies climticas e adubao de solo.A composio qumica de razes de
mandioca, segundo a EMBRAPA (2002), formada principalmente por umidade 60 65
g/100 g ddo tubrculo, carboidratos 30 35 g/100 g e protenas 0,5 - 2,5 g/100 g. Na
obteno da farinha de mandioca, aps a prensagem do tubrculo, partes desses
compostos so arrastadas pela gua os quais compem a manipueira.
A tabela 6 apresenta a caracterizao fsico-qumica da manipueira coletadanuma casa de farinha localizada no nordeste do Brasil.
Tabela 6Composio fsico-qumica da manipueira
Parmetros Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Mdia desvio
padro
Carboidratos (%) 2,57 2,78 2,70 2,68 0,11
Protenas (%) 1,84 1,73 1,65 1,74 0,10
Lipdios (%) 0,42 0,70 0,87 0,66 0,23Resduo mineral (%) 0,44 0,98 0,95 0,79 0,30
Extrato seco (%) 5,27 6,19 6,17 5,87 0,53
A manipueira utilizada nesse trabalho apresentou valores de carboidratos entre
2,6 - 2,8 %; protenas, 1,6 - 1,8 %; lipdeos, 0,4 - 0,9 % e resduo mineral 0,4 - 1 %. Esses
resultados comprovaram que esse efluente rico em carboidratos e que no um
efluente gorduroso. A presena de substncias qumicas e sais minerais na manipueira
contribuem para seu reaproveitamento em processo biotecnolgico onde esses nutrientespodem ser metabolizados por microrganismos.
A separao da goma presente no efluente da prensagem da mandioca ocorreu
por decantao no laboratrio, conforme especificado na metodologia, devido ao valor
comercial desse produto no mercado. Conseqentemente, o contedo de carboidratos
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determinado no efluente do presente trabalho foi menor que a quantidade de amido (5 a 7
%), especificada na literatura para amostra de manipueira (FIORETTO, 2001).
O pH em torno de 4,0 (tabela 7) foi determinado no efluente investigado. O meio
cido favorece o crescimento de fungos e evita ou reduz a contaminao bacteriana
(PELCZAR, CHAN, KRIEG, 2004). A literatura apresenta valores de pH cido para
efluentes da produo de farinha de mandioca. Fioretto (2001) determinou os seguintes
valores de pH: 3,3; 3,9; 4,0 e 4,2 para quatro diferentes amostras de manipueira
enquanto Barros e colaboradores (2008) determinaram pH 3,6 para a manipueira
coletada numa casa de farinha de mandioca em Pombos (PE).
Tabela 7 Caracterizaes fsico-qumica e microbiolgica da manipueira
Parmetros Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3
pH 4,3 4,0 3,8DQO (mg O2/L) 33.440 52.160 44.250
Turbidez (UNT) 800 800 800
Cianeto (mg CN-/L) 0,75 0,82 0,84
Contagem padro de bactrias (UFC/mL) 2 x 103 1 x 103 9 x 103
Fungos filamentosos (UFC/mL) 1 x 10 1 x 102 7 x 10
Leveduras (UFC/mL) 0 0 2 x 102
Nesse trabalho, trs amostras do efluente da produo de farinha apresentaram
elevado contedo de matria orgnica expressa em DQO cujos valores determinados
variaram entre 33.440 e 52.160 mg O2/L (tabela 7).
Feiden (2001) determinou valores de DQO entre 20.930 e 92.000 mg O2/L para
guas residurias da produo de farinha de mandioca, comprovando o elevado teor de
matria orgnica nesse efluente. Marstica e Pastore (2007) obtiveram valores mdios de
DQO de 53.400 mg O2/L para amostras de manipueira da cidade de Campinas, So
Paulo. Salgueiro e colaboradores (2009) determinaram valores de DQO de 37.908 mg
O2/L para amostras da manipueira coletada no municpio de Pombos, Pernambuco. A
legislao brasileira no determina o valor mximo permitido para DQO em lanamentode efluentes industriais, entretanto os valores determinados demonstraram a presena de
elevada carga poluidora (BRASIL, 2005).
O efluente da produo de farinha de mandioca utilizado nesse trabalho
apresentou concentraes de cianeto entre 0,75 a 0,84 mg CN -/L. Esse dado est acima
do valor permitido pelo CONAMA357(BRASIL, 2005) que permite um valor mximo de
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cianeto de 0,2 mg/L para lanamento de efluentes em corpos dgua. Sendo assim, fica
comprovado que o efluente da produo de farinha de mandioca no deve ser lanado
em corpos dgua sem tratamento adequado. Ressalta-se que a gua do rio Tapacur
que atravessa a regio onde ocorre a produo de farinha de mandioca, utilizada no
abastecimento pblico da populao da regio metropolitana de Recife.
No estado do Paran no sul do Brasil, foi constatada a poluio por cianeto
oriunda de uma indstria de fecularia; foram determinados valores de 10 mg/L para o
cianeto livre em efluentes da produo de farinha de mandioca, cujo valor 50 vezes
maior que o mximo permitido pela legislao (FEIDEN, 2001). Por outro lado, Barros e
colaboradores (2008) apresentaram valores de cianeto de 0,32 mg CN-/L para amostras
de manipueira, oriundas de uma casa de farinha localizada no municpio de Pombos, em
Pernambuco.
O efluente da produo de farinha de mandioca investigada apresentou umapopulao microbiolgica formada principalmente por bactrias e em menor
concentrao, fungos filamentosos e leveduras. As trs amostras do efluente
apresentaram 103 104 UFC/mL de bactrias e de 10 - 102 UFC/mL de fungos
filamentosos; as leveduras no foram enumeradas em duas amostras de manipueira
enquanto na outra amostra, foram determinados 102UFC/mL de leveduras (tabela 7).
A literatura apresenta nmeros elevados de bactrias em efluentes industriais e
nos respectivos corpos receptores que recebe as descargas desses efluentes (COSTA et
al., 2007).
A populao microbiana da manipueira pode viabilizar o tratamento biolgico por
processo de bioestimulao onde os poluentes so degradados para produo de
energia e utilizados para crescimento e manuteno celular. No tratamento desse
efluente, os microrganismos autctones podero ser estimulados, favorecendo o
crescimento celular pela utilizao da matria orgnica como fonte de energia e de
carbono, degradando os poluentes.
2.4.2 Tratamento biolgico da manipueira
2.4.2.1 Obteno de consrcio de microrganismos
A manipueira pode ser utilizada na obteno do consrcio microbiano
considerando a presena de carboidratos, protenas, lipdios e resduos minerais (tabela
6) e a presena de microrganismos (tabela 7), atuando na matria orgnica como
5/20/2018 Dissertacao Roberto
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LIMA, R. A. Tratamentos de efluentes lquidos de unidades produtoras de farinha de mandioca. 49
nutrientes no cultivo de microrganismos, o pH cido (tabela 7) favorece o controle de
contaminao durante o processo.
O consrcio microbiano utilizado na biodegradao da manipueira foi obtido por
bioestimulao dos microrganismos autctones. A obteno do consrcio microbiano na
presena do sulfato de amnio foi justificada, considerando o baixo teor de nitrognio
presente nesse efluente.
A tabela 8 ilustra os resultados das contagens de bactrias durante a obteno
dos trs consrcios de microrganismos (designados por A, B e C) a partir do efluente da
produo de farinha de mandioca. Na primeira etapa de crescimento do consrcio
microbiano, o nmero de colnias aumentou de 102 a 107 UFC/mL de bactrias. No
stimo dia de cultivo, foi adicionado o primeiro pulso do efluente, correspondente a 10
% do volume til do biorreator. A biomassa mxima atingiu 108UFC/mL de bactrias,
permanecendo constante at o trmino do experimento, independente dos outros doispulsos adicionados.
A figura 5 ilustra a curva de cresciment