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KRAFT WASTEWATER TREATMENT IN AERATED LAGOON USING LIGNOCELLULOLYTIC ENZYMES/TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES KRAFT EN ESTANQUE AIREADO CON ENZIMAS LIGNOCELULOLITICAS/TRATAMENTO DE EFLUENTE KRAFT EM LAGOA AERADA FACULTATIVA EMPREGANDO ENZIMAS LIGNOCELULOLITICAS.

Introducao

A industria de papel e celulose e caracterizada pelo alto consumo de agua em seus processos (35-50[m.sup.3] de agua por tonelada de madeira seca) gerando efluentes liquidos com elevado potencial de contaminacao ambiental (CNI, 2013). Apesar dos avancos para minimizar os impactos ambientais, esse setor ainda enfrenta desafios para melhorar sua gestao de poluentes, considerando requisitos legais dos orgaos ambientais competentes (IPPC, 2013).

O processo Kraft e o mais empregado para a producao de polpa em todo o mundo (IPPC, 2013). Varios estudos tem indicado que esse processo gera efluente com altas concentracoes de materia organica, cor, compostos de desregulacao endocrina e compostos fenolicos de alto peso molecular, que se lancados sem o devido tratamento, causam impacto significativo no ambiente aquatico (Hewitt et al., 2008; Costigan et al, 2012).

No Brasil, o tratamento mais difundido para este efluente sao os sistemas biologicos, em especial as lagoas aeradas facultativas, pelo bom rendimento e facilidade de operacao. Este tipo de tratamento e eficiente na remocao da materia organica biodegradavel (removendo facilmente mais de 90% da demanda bioquimica de oxigenio), entretanto alguns contaminantes do efluente Kraft, como os compostos ligninicos e seus derivados, persistem devido a sua recalcitrancia, atribuindo cor e toxicidade ao efluente mesmo apos o tratamento (Xavier et al., 2011).

As opcoes de tratamento para a reducao de cor, toxicidade e compostos recalcitrantes presentes no efluente, vao desde processos fisico-quimicos, adsorcao, oxidacao avancada, precipitacao e filtracao por membrana, mas esses metodos sao caros e a sua inclusao em plantas antigas, esbarra em limitacoes economicas que muitas vezes inviabilizam sua aplicacao (Orrego et al., 2010; Kamali e Khodaparast, 2015).

No esforco para encontrar tecnologias de recursos menos extensivos, processos de transformacao catalisada por enzimas tem sido cada vez mais exploradas ao longo dos anos (Bom e Ferrara, 2008; Strong e Claus, 2011). A associacao de processos enzimaticos com sistemas de lagoas aeradas facultativas (LAF) e uma alternativa que nao implica em grandes mudancas nas plantas mais antigas de tratamento biologico, e o custo do tratamento enzimatico, em geral, depende apenas do custo da enzima (Ibrahim et al, 2001).

Desde a decada de 1980, a partir da aplicacao de fungos Basidiomycetes (causadores de podridao branca) como alternativa na descoloracao de efluentes e degradacao de compostos xenobioticos (Klibanov e Morris, 1981), diversos estudos relatam o uso de enzimas ligninoliticas em forma soluvel no tratamento de efluentes papel e celulose (Galliker et al., 2010; Mohapatra et al., 2010; Husain e Qayyum, 2013).

Um grupo de enzimas que recebem atencao especial no setor de papel e celulose e o das lacases, com aplicacoes tanto na tecnologia de branqueamento, devido ao seu papel na degradacao da lignina (Borges et al., 2010), como no tratamento de efluentes, pelo seu potencial de destoxificacao de poluentes fenolicos (Kumaran et al., 1997; Kunamneni et al., 2007; Madhavi e Lele, 2009; Janusz et al., 2013, Zeng et al., 2013; Pacheco e Soares, 2014; Kues, 2015).

A lacase pertence ao grande grupo das polifenoloxidase, enzimas com ions de cobre que catalisam a oxidacao de compostos mono, di e polifenois, aminofenois, metoxifenois e aminas aromaticas. A reacao de oxidacao catalisada por estas enzimas ocorre com a extracao de um eletron de um substrato fenolico gerando um radical fenoxila. Estes atuam em reacoes nao cataliticas como acoplamento de radicais, que podem ser despolimerizados ou serem levados a repolimerizacao (Hatakka, 1994).

Embora tenham sido publicados muitos trabalhos envolvendo a aplicacao de lacase na biodegradacao de compostos fenolicos individuais, em sistemas batelada, sao poucos os estudos que descrevem a aplicacao destas enzimas na bioconversao de compostos ligninicos em sistemas de fluxo continuo, usando uma matriz de efluente, no sentido de aproximar esta tecnica para aplicacoes em escala real (Skoronski et al, 2014; Kues, 2015).

Dentro deste contexto, o objetivo foi avaliar o processo de tratamento de efluente Kraft em LAF na presenca de enzimas ligninoliticas (lacase). Foi empregado delineamento experimental para determinar os efeitos do pH, temperatura e quantidade de enzima ligninolitica comercial. Tambem foi estudado o desempenho desta em condicoes ambientais, em lagoas facultativas, em escala de bancada, por 60 dias, com carga organica volumetrica (COV) de 0,2kg DQO [m.sup.-3]/dia, sendo esta a COV media utilizada no tratamento realizado pela industria que forneceu o efluente.

Metodologia

O efluente industrial utilizado neste estudo foi obtido de uma industria de papel e celulose localizada na regiao metropolitana de Curitiba--PR, Brasil. A industria produz celulose Kraft nao branqueada e possui sistema de tratamento biologico composto de lagoa de decantacao, lagoa aerada facultativa e lagoa de maturacao. O efluente foi coletado na entrada do sistema de lagoas de estabilizacao, transportado em galoes de 10 litros, e preservado a 4[degrees]C, na ausencia de luz (ABNT, 1987).

As caracteristicas do efluente foram determinadas por meio de analises dos parametros de demanda quimica de oxigenio (DQO), demanda bioquimica de oxigenio ([DBO.sub.5,2]), compostos fenolicos totais (CFT), compos tos ligninicos (CL), area espectral (AE) e cor, em amostras filtradas com filtro de nitrocelulose com porosidade de 45 [micro]m. Tambem foi feita leitura de pH (pHmetro CienlaB mPA-210) e turbidez apos sedimentacao de 30s (Turbidimetro Policontrol AP2000), e ainda solidos suspensos totais (SST) e solidos suspensos volateis (SSV). O parametro da area espectral foi obtido mediante dados de varredura da absorbancia de 200 a 800nm, lidos em espectrofotometro UV-vis (Cary-win50), e posteriormente aplicados no software Origin para calculo da integral da curva obtida. Todas as analises foram realizadas em triplicata. (APHA, 2005; Cecen, 2003; Salvador et al, 2012).

Delineamento experimental

O delineamento experimental utilizado foi o fatorial 23, com ponto central, resultando em nove condicoes experimentais, realizadas em triplicata. As variaveis independentes foram: pH, temperatura e quantidade de enzima. Os niveis maximos e minimos utilizados para cada variavel sao mostrados na Tabela I.

A enzima utilizada foi a lacase (fornecida pela empresa Novozymes Latin America Ltda), com atividade de 39 [+ or -]2 U/[micro]l, comprovada pelo metodo de oxidacao do 2,2-azinobis-3-etilbenzotiazole-6-sulfonato (ABTS) proposto por Hou et al. (2004). Sendo uma unidade enzimatica (U) a quantidade de enzima livre ou imobilizada necessaria para oxidar 1mM da ABTS por minuto. Os niveis de dosagem utilizados no desenho experimental foram de 0,5 ate 1ppm, de acordo com as recomendacao do fabricante.

O experimento foi realizado em batelada, sob condicoes de temperatura controlada em incubadora (modelo BOD SL200/ 034) e oxigenacao >5mg [O.sub.2]/l por meio de compressor de ar (modelo Boyu--U 3800). A COV utilizada foi de 0,2kg DQO [m.sup.-3]/dia (carga media empregada na industria de origem do efluente), usando um volume de 250ml, em Erlenmeyers de 500ml, com um tempo de detencao hidraulica (TDH) de tres dias, para um efluente de 595 [+ or -]2,5mg DQO/l. Foi adicionado no efluente da industria uma solucao contendo N[H.sub.4]Cl e [K.sub.2]HP[O.sub.4], afim de se obter a proporcao de 100:5:1, para a DBO:N:P, indicada para tratamento biologico de efluente Kraft (Diez et al., 2002). Para a inoculacao, utilizou-se biomassa proveniente do fundo da LAF da industria para uma concentracao de 0,002g SSV/l, em cada experimento.

Os parametros de resposta utilizados foram remocoes de DQO, cor, compostos ligninicos (CL), compostos fenolicos totais (CFTs), area espectral (AE) e turbidez, analisados seguindo a mesma metodologia usada na caracterizacao das amostras da industria. A analise estatistica dos resultados com o teste de Kolmogorov-Smirnov serviu para avaliar a normalidade da distribuicao dos dados. As diferencas foram testadas atraves da analise de variancia ANOVA. A associacao linear das variaveis foi avaliada pelo teste de correlacao de Pearson. Valores de p<0,05 foram considerados estatisticamente significativos. Todos os dados foram analisados utilizando o programa Statistica 10.0 (Stat soft Inc. USA).

Experimento com lagoas aeradas facultativas (LAF) em fluxo continuo

Foram usadas dois lagoas em escala de bancada, ambas em material acrilico transparente e com volume util de 1 litro (Figura 1). A alimentacao deu-se por meio de bombas peristalticas (Milan--Mod. BP 600) e a aeracao por compressores de ar. Durante todo o experimento manteve-se a oxigenacao >5mg [O.sub.2]/l. Assim como no experimento fatorial, foi adicionado no efluente da industria uma solucao contendo N[H.sub.4]Cl e [K.sub.2]HP[O.sub.4], afim de se obter a proporcao de 100:5:1, para a DBO:N:P (Diez et al, 2002). O pH do efluente foi corrigido para 7,0; neutralizando-o antes da entrada nas LAFs. Em relacao a carga organica volumetrica (COV), esta foi mantida variando o tempo de detencao hidraulica (TDH), levando em conta a COV prevista (0,2kg DQO [m.sup.-3]/dia) e a concentracao de materia organica do efluente. Utilizou-se biomassa proveniente do fundo da LAF da industria para inoculacao das lagoas (controle e com enzimas), para uma concentracao de 2g SSV/l em cada uma delas. Durante o funcionamento do sistema aplicou-se, diariamente, 50ppm de solucao concentrada de enzimas lacase em uma das lagoas. Considerando a vazao diaria de entrada de efluente igual a 250ml, a LAF com enzimas trabalhou com ~1,75 U de lacase enquanto a outra lagoa foi usada como sistema de controle. Os valores de oxigenio dissolvido, temperatura e pH foram medidos diariamente para auxilia no controle do processo.

Para calcular a eficiencia das lagoas, foram realizadas analises duas vezes por semana de DQO, [DBO.sub.5,20], cor, compostos ligninicos (CL), compostos fenolicos totais (CFT), area espectral (AE) e turbidez, seguindo a mesma metodologia de caracterizacao do efluente. Tambem foram realizadas analises de solidos suspensos totais (SST), solidos suspensos volateis (SSV) e solidos sedimentaveis (SSed), para quantificacao da biomassa produzida durante o funcionamento das LAFs, e obtencao do indice volumetrico de lodo (IVL).

Resultados e Discussao

A Tabela II mostra os valores obtidos para os parametros de caracterizacao das amostras do efluente industrial usado no experimento. O resultado mostrado e a media de tres coletas, acompanhado do desvio padrao associado. Como pode ser visto na tabela, o efluente usado no estudo e predominantemente alcalino, (vestigio da polpacao com sulfeto e hidroxido) e tambem apresenta uma relacao DBO/DQO >0,25, o que viabiliza o tratamento biologico, entretanto possui altos niveis de compostos ligninicos e fenolicos, alem da cor. De acordo com Whiteley e Lee (2006), processos biologicos convencionais apresentam baixa eficiencia quando aplicados para a remediacao de compostos fenolicos em concentracoes acima de 100mgl-1, devido a elevada toxicidade conferida por esses compostos; por esse motivo ha necessidade de testar alternativas. Durante os experimento, utilizou-se do efluente com suas caracteristicas naturais, com o intuito de simular uma situacao real de tratamento desse efluente no ambiente industrial.

A Tabela III mostra as respostas obtidas para cada uma das nove condicoes experimentais do planejamento fatorial. O resultado mostrado e a media das triplicatas do experimento e das analises, acompanhada do desvio padrao associado. Como pode ser visto nessa tabela, o maior valor de remocao da DQO e compostos fenolicos totais, foi obtido no Exp. 8, com 37[degrees]C, pH 4 e sem adicao de enzima. Os compostos ligninicos (CL) e a area espectral tambem sofreram remocao significativa nessa condicao, entretanto a melhor remocao dos CL se deu no Exp. 3, com 15[degrees]C, pH 4 e aplicacao de 100ppm de enzima. Ja a cor, foi o unico parametro que sofreu a melhor remocao durante o experimento 4 (15[degrees]C, pH 4 e sem enzima) em contrapartida, nesta mesma condicao houve um aumento de mais de 100% na turbidez do efluente. Para melhor compreensao dos resultados aplicou-se uma analise estatistica para avaliar a correlacao das variaveis e indicar um modelo de projecao para condicoes intermediarias as estudadas.

A Figura 2 mostra os graficos de contorno desenhados pelo modelo estatistico que melhor se ajustou ao conjunto de dados obtidos do planejamento experimental. No grafico de contornos pode se observar os valores de remocao obtidos da correlacao de dois fatores simultaneamente, fixando o terceiro no ponto medio.

Como mostra a Figura 2a, de acordo com o modelo sugerido os valores de remocao da DQO aumentam a medida que temperatura aumenta e o pH diminui. Nesta figura, encontra-se o melhor valor de remocao obtido com a aplicacao de 50ppm de lacase, em temperatura de 37[degrees]C e pH 4, atingindo ~68% de remocao. Apesar do efeito das enzimas nao ser significativo, o modelo sugere que a aplicacao de enzima em quantidade superior a 50ppm proporciona menores remocoes de DQO (Figura 2b), o que se deve ao fato da enzima ser uma molecula organica que, ao mesmo tempo que facilita oxidacao do efluente, tambem aumenta inicialmente a sua DQO (Villela, 2006).

Quanto ao parametro de cor (Figura 2c), o modelo mostra que melhor valor de remocao de cor que pode ser obtido com uso da enzima e ~64%, com aplicacao de 50ppm de lacase, pH 4 e temperatura menor que 21[degrees]C, Isso corrobora com estudos realizados por Garcia (2006), e Pacheco e Soares (2014), ao trabalharem com lacase, ambos constataram que a atividade dessa enzima e maior em pH entre 4 e 5.

Grotzner (2014), ao estudar o tratamento fisico quimico de efluente de CTMP de industria papeleira, tambem constatou que este efluente mostra alteracao na cor com a reducao do pH, chegando a uma remocao de mais de 30% da cor, apenas corrigindo o pH de 6 para 4. Isto porque, em condicoes mais acidas, os ions OH- deixam de dominar a reacao da mistura, dessa forma a oxidacao dos poluentes e facilitada devido a presenca de radicais livres ativos, em condicoes pH maiores, os ions OH- atuam fazendo uma especie de varredura dos radicais livres e inibindo algumas reacoes (Garg et al., 2010).

De acordo com o modelo, os valores de remocao dos CFTs aumentam a medida que temperatura aumenta e o pH diminui. O melhor valor obtido pelo modelo foi com a aplicacao de 50ppm de lacase, em temperatura de 37[degrees]C e pH 4, atingindo 72% de reducao (Figura 2d). Durante o estudo se observou que a aplicacao de enzima em quantidade superior a 50ppm proporciona menores remocoes de CFTs, assim como acontece com o parametro de DQO.

Na Figura 2e tambem se observa que ha um aumento na remocao dos CL a medida que o pH diminui e a quantidade de enzima aumenta. O ponto otimo de remocao foi obtido a 25[degrees]C, com aplicacao de 50ppm de lacase e pH 4 (Figura 2e-f), atingindo mais 60% de remocao, sendo este o parametro em que melhor se verificou a acao da enzima lacase empregada nesse trabalho.

De acordo com Hatakka (1994), a lacase pode atuar tanto despolimerizando quanto polimerizando a lignina. Estudos conduzidos por esse autor mostram que a primeira etapa de degradacao da lignina catalisada por enzimas e uma reacao oxidativa com perda de um eletron de um grupo fenolico de lignina para produzir fenoxirradicais, os quais podem reagir atraves de mecanismos nao enzimaticos. Concorrentemente, devido a atividade polimerizante da enzima, os produtos de baixa massa molar (MM) podem formar compostos maiores. Essas acoes contrastantes sugerem que a biodegradacao da lignina por lacases, envolve condicoes de pH e temperatura do substrato, alem da presenca de compostos nao enzimaticos, que interagem para estabelecer um equilibrio entre polimerizacao e despolimerizacao enzimatica da lignina (Villela, 2006).

De acordo com o modelo obtido, os valores de diminuicao da area espectral (AE) aumentam a medida que o pH diminui e a temperatura aumenta. O melhor valor de remocao obtido pelo modelo foi com a aplicacao de 50ppm de lacase, a 37[degrees]C e pH 4 (Figura 2g), atingindo valores >64%. Este efeito na AE se mostra como resposta a atividade da enzima na biotransformacao dos CFTs e CLs observados nestas mesmas condicoes de pH, temperatura e quantidade de enzima, chegando a remocao de 64% para CLs e 72% para CFTs (Figura 2d-g).

Quanto ao parametro de turbidez, segundo o modelo se observou que os valores de remocao deste parametro aumentam a medida que o pH e a temperatura aumentam. O ponto otimo de remocao foi obtido em temperatura de 37[degrees]C, com aplicacao de 50ppm de lacase e pH 8 (Figura 2h), atingindo mais 96% de remocao. Esta remocao acontece porque o meio alcalino favorece a formacao de hidroxidos, e os compostos hidrolisados, ao interagir com as particulas do meio, formam precipitados, caracterizando o mecanismo de varredura (Di Bernardo e Dantas, 2005).

Vale ressaltar que, apesar dos valores de remocao de alguns dos parametros estudados serem melhores em condicoes de pH acido, deve-se levar em conta que, na intencao de integrar os processos enzimaticos com tratamento biologico composto por LAFs, a acidificacao e incompativel com estes sistemas. Assim, na segunda fase do experimento foi estudada a eficiencia de uma LAF com aplicacao diaria de 50ppm de enzimas lacase, comparado a um sistema controle, sem adicao de enzimas.

As lagoas operaram em fluxo continuo, temperatura ambiente, e pH 7. Nessas condicoes, em acordo com o observado pelo Exp. 9 do desenho experimental realizado (Tabela III), se esperava remocoes de DQO, CFT, CL, AE e turbidez da ordem de 39, 18, 19, 18 e 80%, respectivamente. Na Figura 3 sao apresentados os paramentros de controle das duas LAFs, controle e com enzima lacase. Como se pode observar na figura, a temperatura varia de 15 a 26[degrees]C, o pH ficou ~7 e a COV se manteve em 0,2kg DQO [m.sup.-3]/dia. A media das medicoes de oxigenio dissolvido (OD) foi de 6,33 [+ or -]0,40mg [O.sub.2]/l, entretanto, os valores de OD mostrados representam os valores mais altos, medidos proximo ao difusor de ar dentro das lagoas, sendo que a quantidade de [O.sub.2] diminuia nas extremidades mais distantes do ponto de aplicacao, propiciando o surgimento de zonas de sedimentacao nessas regioes, onde obteve-se medicoes de ate 0,04mg [O.sub.2]/l.

A Figura 4, apresenta os valores de eficiencia das LAFs, controle e com aplicacao de enzimas lacase. A variacao obtida nos resultados, se deve a dificuldade em manter a COV totalmente estavel, frente a um efluente real, com variabilidade na concentracao inicial de DQO e na relacao DBO/ DQO. Como pode ser visto na figura, os valores obtidos na lagoa com aplicacao de enzima foram muito proximos dos valores obtidos com o controle, nao apresentando diferenca significativa no teste ANOVA, para nenhum dos parametros analisados. Isso mostra que no sistema de fluxo continuo em condicoes ambientais, a enzima ligninolitica lacase nao teve contribuicao significativa para a reducao nos parametros analisados.

Um fator que pode ter prejudicado seu desempenho foi o pH acima do ideal, mostrado pelo delineamento experimental. Pacheco e Soares (2014) fizeram um estudo com enzimas lacases imobilizadas em quitosana, para o tratamento de efluente de celulose Kraft, e observaram que a estabilidade da enzima aumenta apos imobilizacao, conseguindo manter sua atividade durante mais tempo em condicoes de pH mais alcalino.

Mesmo assim, a remocao de DQO, cor e CL foi melhor que a obtida na condicao do ponto medio, do desenho experimental (Tabela III, Exp. 9) onde obteve-se remocao de ~39% da DQO, 19% dos CL e aumento da cor em 2%. Em contrapartida, no experimento com as lagoas houve aumento dos CFCs.

Os valores de remocao de cor e CF tambem se aproximaram dos valores obtidos por Xavier et al. (2011), que ao trabalhar com COV de 0,2kg DQO [m.sup.-3]/dia em lagoas aeradas facultativas, obteve ~20 e 30%, de remocao dos respectivos parametros. Em relacao a producao de CFTs, trata-se de um comportamento tipico de sistemas biologicos bastante aerados, resultante da fragmentacao de CF de alta MM gerando compostos de menor MM que ainda continham o grupamento OH em ligacoes aromaticas (Vellela, 2006; Xavier et al., 2011).

Os valores de remocao de DBO e DQO obtidos das lagoas controle e com enzima foram 87 e 51, e 86 e 52%, respectivamente. Corroborando com os valores apresentados por Xavier et al. (2011), que obteve entre 50 e 60% de remocao de DQO, e mais de 85% de remocao de DBO trabalhando com a mesma carga organica.

Por conta da presenca de microorganismos nas lagoas, inoculadas com lodo proveniente da industria, tambem foi analisado o desenvolvimento desta biomassa. A Tabela IV mostra os valores de solidos suspensos totais (SST) e solidos suspensos volateis (SSV) presentes nas lagoas na etapa inicial do sistema (mediante inoculacao com lodo) e ao final de 60 dias, quando tambem foram medidos os solidos sedimentaveis

(SS) e calculado o indice volumetrico do lodo (IVL) para a lagoa controle e com enzima lacase.

Como pode ser visto na Tabela IV, os valores medios dos solidos das lagoas, mostram que na lagoa controle houve um aumento de 19,27 [+ or -]12,74% e 60,51 [+ or -]7,7% na proporcao de SST e SSV, respectivamente. Ja na lagoa com enzima lacase, houve um aumento de 24,62 [+ or -]13,38% e 47,13 [+ or -]6,3% nos SST e SSV, respectivamente. No inicio do experimento (dia 0) as lagoas foram inoculadas com um lodo antigo, com alto grau de mineralizacao (SSV/SST= 0,48) e, ao final de dois meses em operacao (dia 60), constatou-se um aumento da fracao organica do lodo, evidenciado pela relacao de SSV/SST que chegou a 0,65 para a lagoa controle e 0,56 para a lagoa com enzima. Estes resultados da relacao SSV/ SST mostram uma biomassa ativa e em crescimento, o que justifica o bom desempenho do sistema na eficiencia de remocao da DBO e DQO (Metcalf e Eddy, 2003).

Considerando o desvio padrao das medidas, pode-se dizer que nao houve diferenca significativa quanto a dinamica de formacao de biomassa nas lagoas controle e com enzima, o que indica que a enzima adicionada nao fica retida na biomassa, sendo biodegradada durante o processo. Quanto ao IVL, foram obtidos valores de 75,40 [+ or -]3,97 para a LAF controle e 86,58 [+ or -]5,62 para LAF com enzima lacase, ambas com IVL <120m * [g.sup.-1], caracteristico de lodo com boa sedimentabilidade (Metcalf e Eddy, 2003), o que proporcionou uma remocao media de ~80% da turbidez durante o tratamento (Figura 4).

Conclusao

Com base nos resultados obtidos com o delineamento fatorial, pode-se concluir que a enzima lacase, na forma como foi utilizada neste estudo, mostrou resultados satisfatorios de remocao de compostos ligninicos, cor e area espectral, em condicoes controladas pelo desenho experimental, sendo mais eficiente em pH 4 e temperatura de 37[degrees]C. Como nao foi observado remocao significativa de compostos fenolicos, os resultados obtidos foram atipicos, se comparados com resultados de outros autores, o que reforca a complexidade dos processos enzimaticos, envolvendo condicoes de pH, temperatura e caracteristicas do substrato.

Apesar do potencial de aplicacao das enzimas lacase no tratamento de efluente de papel e celulose Kraft ser tao evidenciado na literatura, este estudo mostrou que a integracao com tratamento biologico em lagoas aeradas facultativas apresentou resultados de eficiencia muito proximos aos valores obtidos somente considerando o sistema biologico facultativo, inviabilizando o uso da enzima nessas condicoes. Ainda ha muito a se pesquisar para se chegar a otimizacao dos processos de biotransformacao destes efluentes para aumentar a mineralizacao dos compostos recalcitrantes que eles apresentam apos o tratamento biologico convencional, confirmado tambem aqui pela baixa remocao de cor e compostos ligninicos.

O sistema de lagoa aerada facultativa na presenca de enzimas lacase removeu 86, 52, 20 e 30% de DBO, DQO, cor e compostos ligninicos, respectivamente. Mas estes valores nao foram estatisticamente diferentes daqueles obtidos na ausencia das enzimas.

O aprimoramento de tecnicas para isolamento e producao de extratos enzimaticos a partir de especies de fungos que apresentem naturalmente alto desempenho na producao de enzimas ligninoliticas, para posterior aplicacao deste consorcio biologico no tratamento em lagoas, e uma nova possibilidade a ser estudada.

Recebido: 25/09/2016. Modificado: 19/07/2018. Aceito: 23/07/2018.

REFERENCIAS

ABNT (1987) NBR 9898. Preservacao E Tecnicas De Amostragem De Efluentes Liquidos E Corpos Receptores. Associacao Brasileira de Normas Tecnicas. Rio de Janeiro, Brasil.

APHA (2005) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21a ed. American Public Health Association Washington, DC, EUA.

Bom EPS, Ferrara MA (2008) Enzimas em Biotecnologia: Producao, Aplicacoes e Mercado. Interciencia. Rio de Janeiro, Brasil. 506 pp.

Borges MT, Silva CM, Colodette JL, Alves LB, Rodrigues GR, Laana LC, Tesser F (2010) Effect of eucalyptus kraft pulp enzyme bleaching on effluent quality and bio-treatability, Pulp & Paper Canada. Paper presented at the PAPTAC Annual Meeting in Montreal, 187: 2-3.

Cecen F (2003) The use of UV-VIS measurements in the determination of biological treatability of pulp bleaching effluents. Proc. 7th International Water Association Symp. on Forest Industry Wastewaters. 01-04/06/2003, Seattle, WA, EUA. pp. 135-142.

CNI (2013) Agua, Industria e Sustentabilidade. Gerencia Executiva de Meio Ambiente e Sustenta bilidade. Confederacao Nacional da Industria. Brasilia, Brasil. 232 pp.

Chamorro SP, Jarpa M, Hernandez V, Becerra J e Vidal G (2010) Monitoring endocrine activity in kraft mill effluents treated by an Aerobic moving bed bioreactor system. Water Sci. Technol. 62: 157-161.

Costigan SL, Werner J, Oullet JD, Hill LG, Law RD (2012) Expression profiling and gene ontology analysis in fathead minnow (Pimephales prometas) liver following exposure to pulp and paper mill effluents. Aquat. Toxicol. 123: 44-55.

Di Bernardo L, Dantas ADB (2005). Metodos e Tecnicas de Tratamento de Agua. Rima, 1: 2: 792.

Diez, MC, Castillo G, Aguilar L, Vidal G, Mora ML (2002). Operational factors and nutrient effects on activated sludge treatment of Pinus radiata Kraft mill wastewater. Bioresource Technol. 83: 131-138.

Galliker P, Hommes G, Schlosser D, Corvini PFX, Shahgaldian P (2010) Laccase-modified silicanano particles efficiently catalyze the transformation of phenolic compounds. J. Coll. Interf. Sci. 349: 98-105.

Garcia TA (2006) Purificacao e Caracterizacao das Lacases Pycnoporus sangneus. Tese. Universidade de Brasilia. Brasil. 110 pp.

Garg A, Mishra IM e Chand S. (2010) Effectiveness of coagulation e acid precipitation processes for the pre-treatment of diluted black liquor. J. Hazard. Mat. 1: 158-164.

Grotzner MB (2014) Tratamentos de Efluente de Processo de Polpa Quimiotermomecanica CTMP. Tese. Universidade Tecnologica Federal do Parana. Brasil. 82 pp.

Hatakka A (1994) Lignin-modifying enzymes from selected white-rot fungi: production and role in lignin degradation. FEMS Microbiol. Rev. 13: 125-135.

Hewitt LM, Kovacs TG, Dube MG, McLatchy DL, Martel PH, McMaster ME, Paice MG, Parrott JL, Van Den Heuvel MR, Van Der Kraak GJ (2008) Altered reproduction in fish exposed to pulp and paper mill effluents: Roles of individual compounds and mill operating conditions. Environ. Toxicol. Chem. 27: 682-697.

Hou HM, Zhou JT, Wang J, Du C, Yan B (2004) Enhancement of laccase production by Pleurotus ostreatus and its use for the decolorization of anthraquinone dye. Proc. Biochem. 39: 1415-1419.

Husain Q, Qayyum S (2013) Biological and enzymatic treatment of bisphenol and other endocrine disrupting compounds. Crit. Rev. Biotechnol. 33: 260-292.

Ibrahim MS, Ali HI, Taylor KE, Biswas N, Bewtra JK (2001) Enzyme-catalyzed removal of phenol from refinery wastewater: feasibility studies. J. Water Environ. Res. 73: 165-172.

IPPC (2013) Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Production of Pulp, Paper and Board. Integrated Pollution Prevention and Control. JRC Institute for Prospective Technological Studies, Sustainable Production and Consumption. European Commission. Bruxelas, Belgica.

Janusz G, Kucharzyk KH, Pawlika A, Staszczaka M, Paszczynski AJ (2013) Fungal laccase, manganese peroxidase and lignin peroxidase: Gene expression and regulation. Enz. Microb. Technol. 52: 1-12.

Kamali M, Khodaparast Z (2015) Review on recent developments on pulp and paper mill wastewater treatment. Ecotoxicol. Environ. Saf. 114: 326-342.

Klibanov AM, Morris ED (1981) Horseradish peroxidases for the removal of carcinogenic aromatic amines from water. Enz. Microb. Technol. 3: 119-122.

Kues U (2015) Fungal enzymes for environmental management. Curr. Opin. Biotechnol. 33: 268-278.

Kumaran S, Sastry CA, Vikineswary S (1997) Laccase, cellulose and xylanase activities during growth of Pleurotus sajor-caju on sago "hampas". World J. Microbiol. Biotechnol. 13: 43-49.

Kunamneni A, Ballesteros A, Plou FJ, Alcalde M (2007) Fungal laccase - a versatile enzyme for biotechnological applications. Em Communicating Current Research and Educational Topics and Trends in Applied Microbiology. Badajoz, Spain. pp. 233-245.

Lagos C, Urrutia R, Decap J, Martinez M, Vidal G (2009) Eichhornia crassipes used as tertiary color removal treatment for Kraft mill effluent. Desalination 246: 45-54

Madhavi V, Lele SS (2009) Laccase: Properties and applications. Bioresources. 4: 1694-1717.

Metcalf e Eddy (2003) Wastewater Engineering Treatment, Disposal and Reuse. Metcalf e Eddy, Inc. Vol. 4. 1815 pp.

Mohapatra DP, Brar SK, Tyagi RD, Surampalli RY (2010) Degradation of endocrine disrupting bisphenol A during pre-treatment and biotransformation of wastewaters ludge. Chem. Eng. J. 163: 273-283.

Orrego R, Guchardi J, Krause R, Holdway D (2010) Estrogenic and antiestrogenic effects of wood extractives present in pulp and paper mill effluents on rainbow trout. Aquat. Toxicol. 99: 160-167.

Pacheco SMV, Soares CHL (2014) Imobilizacao e caracterizacao de lacase e seu uso na biodegradacao de efluentes de industrias papeleiras. Quim. Nova. 37: 209-214.

Salvador T, Marcolinon LH, Peralta-Zamora P (2012) Degradacao de corantes texteis e remediacao de residuos de tingimento por processos fenton, foto-fenton e eletro-fenton. Quim. Nova. 35: 932-938.

Skoronski E, Fernandes M, Furigo Junior A, Soares CHL, Juarez JJ (2014) Imobilizacao de lacase de Aspergillus sp em quitosana e sua aplicacao na bioconversao de fenois em reatores de leito fixo. Quim. Nova. 37: 215-220.

Strong PJ, Claus H (2011) Laccase: A review of its pastand its future in bioremediation, Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 41: 373-434.

Villamar CA, Jarpa M, Decap J, Vidal G (2009) Aerobic moving bed bioreactor performance: a comparative study of removal efficiencies of kraft mill effluents from Pinus radiata and Eucalyptus globulus as raw material. Water Sci. Technol. 59: 507-514.

Villela SM (2006) Imobilizacao de Lacase e seu Usso na Biotransformacao de Efluentes de Industrias Papeleiras. Tese. Universidade Federal de Santa Catarina. Brasil. 131 pp.

Whiteley CG, Lee DJ (2006) Enzyme technology and biological remediation. Enz. Microb. Technol. 38: 291-316.

Xavier CR, Onate E, Mondaca MA, Campos JL, Vidal (2011) Gladys Genotoxic effects of kraft pulp mill effluents treated by biological aerobic systems. Interciencia 36: 412-416.

Zeng GM, Zhao MH, Huang DL, Lai C, Huang GC, Wei Z, Xu P, Li NJ, Zang C, Li FL, Cheng M (2013) Purification and biochemical characterization of two extracellular peroxidases from Phanerochaete chrysosporium responsible for lignin biodegradation. Int. Biodeterior. Biodegrad. 85: 166-172.

Eliane Pereira Machado. Engenheira Ambiental e Mestre em Ciencia e Tecnologia Ambiental, Universidade Tecnologica Federal do Parana (UTFPR), Brasil. e-mail: elianepmachadov@gmail.com

Claudia Regina Xavier. Mestre em Quimica, Universidade Federal do Parana, Brasil. Doutora em Ciencias Ambientais, Universidad de Concepcion, Chile. Professora, UTDPR, Brasil. Endereco: Universidade Tecnologica Federal do Parana, Rua Deputado Heitor Alencar Furtado, 5000, Ecoville. CEP 81280-340. Curitiba, PR, Brasil. email: cxavier@utfpr. edu.br

Gustavo Henrique Couto. Mestre e Doutor em Ciencias (Bioqupimica), UTFPR, Brasil. Professor, UTFPR, Brasil.

Caption: Figura 1. Esquema das lagoas aeradas facultativas (LAF) usadas no estudo.

Caption: Figura 2. Grafico de contorno da eficiencia de reducao dos parametros de DQO (a e b), cor (c), compostos fenolicos totais (d), compostos ligninicos (e e f), area espectral (g) e turbidez (h).

Caption: Figura 3. Parametros de controle medidos nas lagoa aerobica facultativa controle (a e c) e com aplicacao de lacase (b e d).

Caption: Figura 4. Parametros de monitoramento da eficiencia da lagoa aerobica facultativa) usada como controle (*) e LAF na presenca de lacase (*).
TABELA I

FATORES E RESPECTIVOS NIVEIS AVALIADOS NO
DELINEAMENTO EXPERIMENTAL

Fatores                      Nivel         Ponto        Nivel
                           minimo (-)   central (0)   maximo (+)

Temperatura ([degrees]C)       15           25            37
PH                             4             7            8
Enzima (ppm)                   0            50           100

TABELA II

CARACTERIZACAO DO EFLUENTE KRAFT

Parametros                     Efluente usado        Literatura*
                                 no estudo

DQO (mg * [l.sup.-1])      655,57 [+ or -] 215,80   770,9 - 2367,9
DBO520 (mg * [l.sup.-1])   214,93 [+ or -] 41,43    155,9 - 564,5
DBO/DQO                      0,34 [+ or -] 0,05      0,20 - 0,34
CFC (UV215)                255,14 [+ or -] 69,88    234,5 - 831,3
  (mg * [l.sup.-1])
Cor (VIS440) (1x1 cm)        0,52 [+ or -] 0,12      0,40 - 0,89
CL UV280 (1x1 cm)            4,26 [+ or -] 1,59      0,67 - 5,45
pH                           8,64 [+ or -] 0,28       3,2 - 11,3

* Faixa que engloba valores de caracterizacao encontrados nos trabalhos
de Villamar et al. (2009), Lagos et al. (2009), Chamorro et al. (2010) e
Xavier et al. (2011).

TABELA III

EFICIENCIA DE REMOCAO DO TRATAMENTO BIOLOGICO

Exp.                 Condicoes experimnentais *

       Temperatura     pH         Enzima
       ([degrees]C)                (ppm)

1           -           +           +
2           -           +           -
3           -           -           +
4           -           -           -
5           +           +           +
6           +           +           -
7           +           -           +
8           +           -           -
9           0           0           0

Exp.         DQO (%)               Cor (%)

1      31,54 [+ or -] 5,25   -6,21 [+ or -] 2,74
2      39,22 [+ or -] 3,13   8,92 [+ or -] 4,07
3      49,46 [+ or -] 5,15   59,48 [+ or -] 0,78
4      49,4 [+ or -] 8,66    80,02 [+ or -] 0,34
5      44,66 [+ or -] 0,60   7,45 [+ or -] 7,28
6      41,46 [+ or -] 0,18   -6,55 [+ or -] 0,52
7      65,00 [+ or -] 0,32   46,28 [+ or -] 1,03
8      72,91 [+ or -] 0,80   60,72 [+ or -] 0,68
9      38,82 [+ or -] 1,65   -2,03 [+ or -] 3,92

Exp.         CFT (%)         Comp. ligninicos (%)

1      7,93 [+ or -] 5,27    15,56 [+ or -] 1,62
2      20,23 [+ or -] 3,84   19,57 [+ or -] 0,67
3      65,94 [+ or -] 5,17   70,36 [+ or -] 0,10
4      60,93 [+ or -] 9,58   55,88 [+ or -] 0,21
5      24,89 [+ or -] 2,33   21,58 [+ or -] 0,12
6      16,85 [+ or -] 1,03   14,99 [+ or -] 0,19
7      70,09 [+ or -] 1,07   56,40 [+ or -] 0,07
8      75,56 [+ or -] 1,02   67,42 [+ or -] 0,35
9      18,20 [+ or -] 4,38   19,18 [+ or -] 0,84

Exp.   Area espectral (%)        Turbidez (%)

1      16,97 [+ or -] 0,13   87,28 [+ or -] 0,12
2      22,45 [+ or -] 0,11   76,60 [+ or -] 0,43
3      71,46 [+ or -] 0,02   -111,1 [+ or -] 0,30
4      58,72 [+ or -] 0,05   -123,2 [+ or -] 1,75
5      25,70 [+ or -] 0,16    97,2 [+ or -] 0,12
6      17,73 [+ or -] 0,13   96,16 [+ or -] 0,16
7      72,33 [+ or -] 0,41   64,57 [+ or -] 0,17
8      60,65 [+ or -] 0,32   87,45 [+ or -] 1,10
9      17,57 [+ or -] 1,43   79,97 [+ or -] 5,06

* Temperatura -: 15 [degrees]C, 0: 25 [degrees]C, e +: 37
[degrees]C; pH -: 4, 0: 7, e +: 8; Enzima -: 0, 0: 50ppm,
e +: 100ppm.

TABELA IV

SERIE DE SOLIDOS MEDIDOS NAS LAGOAS AERADAS FACULTATIVAS

Etapa do                               Dia 0
experimento

Parametros         SST (g * [l.sup.-1])   SSV (g * [l.sup.-1])
Lagoa controle      3,27 [+ or -] 0,27     1,57 [+ or -] 0,20
Lagoa com enzima    3,29 [+ or -] 0,19     1,57 [+ or -] 0,21

Etapa do                  Dia 0                  Dia 60
experimento

Parametros         SST (g * [l.sup.-1])   SSV (g * [l.sup.-1])
Lagoa controle      3,90 [+ or -] 0,35     2,52 [+ or -] 0,12
Lagoa com enzima    4,10 [+ or -] 0,32     2,31 [+ or -] 0,15

Etapa do                               Dia 60
experimento

Parametros         SS (ml * [l.sup.-1])   IVL (ml * [l.sup.g1])
Lagoa controle       190 [+ or -] 10       75,40 [+ or -] 3,97
Lagoa com enzima     200 [+ or -] 10       86,58 [+ or -] 5,62
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Author:Machado, Eliane Pereira; Xavier, Claudia Regina; Couto, Gustavo Henrique
Publication:Interciencia
Date:Aug 1, 2018
Words:5871
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