47º CBQ - AVALIAÇÃO DA CINÉTICA DA BIODEGRADAÇÃO DE DERIVADOS DE LIGNINA DE EFLUENTES DE CELULOSE KRAFT UTILIZANDO A RESPIROMETRIA

ÁREA: Iniciação Científica

TÍTULO: AVALIAÇÃO DA CINÉTICA DA BIODEGRADAÇÃO DE DERIVADOS DE LIGNINA DE EFLUENTES DE CELULOSE KRAFT UTILIZANDO A RESPIROMETRIA

AUTORES: SIMPLÍCIO,A. (UTFPR) ; AZEVEDO,J.C.R. (UTFPR) ; XAVIER,C. (UTFPR)

RESUMO: Na produção de celulose, as fibras são separadas da lignina que passa a compor o efluente destes processos. Compostos lignínicos e seus derivados são recalcitrantes ao tratamento biológico. Nesse trabalho, empregou-se a respirometria para avaliar comparativamente as cinéticas de degradação do eugenol e do guaiacol (derivados da lignina). Os parâmetros cinéticos foram calculados utilizando-se o modelo de Michaelis-Menten. A atividade da biomassa apresentou maiores valores de velocidade máxima de consumo de oxigênio (VO2max) e substrato (Vmax), de consumo de DQO de curto tempo e de velocidade máxima específica (Ks) para o eugenol do que para o guaiacol. Os valores obtidos indicaram uma maior afinidade da biomassa pelo eugenol e melhor tratabilidade biológica deste em comparação ao guaiacol.

PALAVRAS CHAVES: respirometria, lodos ativados, degradação de compostos fenólicos

INTRODUÇÃO: Durante o processo de polpação da madeira as fibras de celulose e a lignina são separadas. A lignina e seus derivados conferem a cor aos efluentes e são de difícil biodegradação (WU et al., 2005; KREETACHAT et al., 2007). A remoção biológica da matéria orgânica e da cor destes efluentes indica que a lignina é preferencialmente biotransformada em unidades de peso molecular inferiores. Diferentes derivados e compostos modelos de degradação da lignina têm sido estudados, dentre eles estão o eugenol e o guaiacol (TUOMELA et al., 2000; SANTOS, 2001; AMAT et al., 2005; OKUDA et al., 2007; KREETACHAT et al., 2007). A biodegradação de compostos específicos pode ser verificada através da atividade da biomassa bacteriana, medida pela respirometria. A partir do uso desta técnica, importantes parâmetros cinéticos para o tratamento biológico podem ser calculados, como: a velocidade máxima específica de utilização do substrato (k), a constante de afinidade (Ks) e as velocidades máximas de consumo de substrato (Vmax) e de oxigênio (VO2max) (ORUPÕLD et al., 2001 ). Nesse trabalho, foi avaliada a cinética de degradação de derivados da lignina de efluentes de celulose kraft, usando a respirometria.

MATERIAL E MÉTODOS: Os ensaios de respirometria foram realizados em sistemas descontínuos, utilizando-se um respirômetro de vidro com volume de 250 mL com entrada para ar, acoplado a um potenciômetro (Digimed DM2) e a um oxímetro (Digimed DM4). A concentração da biomassa, proveniente de um sistema de pré-tratamento biológico de uma indústria de celulose kraft, utilizada foi de 5 gSSV/L. A biomassa foi aerada até a saturação de oxigênio, e após a detenção da aeração e adição de substrato, o decaimento do oxigênio dissolvido (OD) foi registrado a cada trinta segundos durante quinze minutos. Os volumes dos substratos eugenol e guaiacol (Vetec), adicionados separadamente, variaram entre 1 e 90 uL. Assim as concentrações destes compostos no respirômetro foram de: 11, 44, 100 e 1000 mg/L. As medidas se efetuaram em triplicata, sendo estes experimentos precedidos de análises do consumo de oxigênio em presença de água aerada até saturação, assim como da biomassa em ausência de substrato (consumo endógeno). A partir dos resultados obtidos foram construídas curvas da concentração de oxigênio dissolvido (OD) em função do tempo, cuja inclinação VUO representa a taxa de consumo de oxigênio. Empregando o modelo cinético de Michaelis-Menten, foram determinados: a velocidade máxima específica de utilização do eugenol e do guaiacol (k), as constantes de afinidade (Ks) e as velocidades máximas de consumo dos substratos (Vmax) e de oxigênio (VO2max).

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A velocidade máxima de utilização do substrato foi comparável às observadas para outros compostos fenólicos, não sendo verificada inibição da biomassa em concentrações de até 1000 mg/L dos derivados de lignina empregados. A atividade da biomassa apresentou maiores valores de velocidade máxima específica de utilização do substrato (k) e velocidade máxima de consumo de oxigênio (VO2max) e substrato (Vmax) para o eugenol (Tabela 1). O valor da constante de afinidade para o eugenol foi cerca de 5 vezes maior do que para o guaiacol, o que significa que a biomassa apresentou maior afinidade pelo primeiro substrato (menor valor de Ks). Com relação à biodegradação, pode-se prever, segundo o consumo de DQO de curto tempo, que 34% da DQOteórica do eugenol é removida, enquanto que para o guaiacol este valor é de 21%. Estes resultados também corroboram para uma melhor tratabilidade do eugenol frente ao guaiacol.

CONCLUSÕES: Mediante o uso de uma técnica relativamente simples, como a de respirometria, foi possível determinar os parâmetros cinéticos, que indicaram uma maior afinidade da biomassa pelo eugenol e melhor tratabilidade biológica deste em comparação ao guaiacol.

AGRADECIMENTOS: CNPq – Brasil, à Universidade Tecnológica Federal do Paraná e aos demais colaboradores.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: AMAT, A. M.; ARQUES, A.; MIRANDA, M. A.; LÓPEZ, F. 2005. Use of ozone and/or UV in the treatment of effluents from board paper industry. Chemosphere, 60 (8): 1111–1117.
KREETACHAT, T.; DAMRONGSRI, M.; PUNSUWON, V.; VAITHANOMSAT, P.; CHIEMCHAISRI, C.; CHOMSURIN, C. 2007. Effects of ozonation process on lignin-derived compounds in pulp and paper mill effluents. Journal of Hazardous Materials, 142: 250–257.
OKUDA, K.; OHARA, S.; UMETSU, M.; TAKAMI, S.; ADSCHIRI, T. 2007. Disassembly of lignin and chemical recovery in supercritical water and p-cresol mixture. Studies on lignin model compounds. Bioresource Technology, doi:10.1016/j.biortech.2007.03.062.
ORUPÕLD, K; MASIRIN, A; TENNO, T. 2000. Estimation of biodegradation parameters of phenolic compounds on activated sludge by respirometry. Chemosphere 4,4 (5): 1273–1280.
SANTOS, H. F. 2001. Análise conformacional de modelos de lignina. Química Nova, 24 (4): 480–490.
TUOMELA, M.; VIKMAN, M.; HATAKKA, A.; ITÄVAARA, M. 2000. Biodegradation of lignin in a compost environment: a rewiew. Bioresource Technology, 72: 169–183.
WU, J.; XIAO, Y. Z.; YU, H. Q. 2005. Degradation of lignin in pulp mill wastewaters by white-rot fungi on biofilm. Bioresource Technology, 96: 1357–1363.