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INFLUÊNCIA DO AMBIENTE QUÍMICO NA MICROBIOTA INFLUÊNCIA DO AMBIENTE QUÍMICO NA MICROBIOTA DOS PROCESSOS DE TRATAMENTOS BIOLÓGICOSDOS PROCESSOS DE TRATAMENTOS BIOLÓGICOS

Samuel Chaves Melchior e Ronaldo Teixeira Pelegrini

Esta apresentação trata-se de um estudo dos efeitos bacteriostático e bactericida provocado pela presença de poluentes químicos em uma cepa de microrganismos.

Geralmente, uma substância química pode afetar os microrganismos de três diferentes maneiras:

. Pode servir como nutriente e assim favorecer o crescimento.

. Pode impedir o crescimento num meio que, sem ela, seria favorável; este é o conhecido efeito bacteriostático.

. Pode produzir a morte do organismo; este é denominado efeito bactericida (germicida).

Em termos de influência sobre o crescimento, as substâncias químicas podem funcionar como nutrientes, como agentes bacteriostáticos e como agentes bactericidas.

Influência das Substâncias Químicas:Influência das Substâncias Químicas:

As substâncias químicas NÃO enquadram, necessariamente, nas classes: nutrientes, agentes bacteriostáticos ou agentes bactericidas.

Os microrganismos diferem em seus comportamentos fisiológicos, e, uma substância que é um poderoso agente bactericida ou bacteriostático para alguns pode, na mesma concentração, ser um nutriente essencial para outros.

Assim, H2S e CO são altamente tóxicos para a maioria dos organismos

aeróbios porque inibem o metabolismo respiratório; entretanto, certos grupos especiais de bactérias utilizam H2S ou CO como fontes de energia.

Portanto, não se pode generalizar a influência de uma substância química, sobre o desenvolvimento de todos os microrganismos; ao se descrever seu efeito é necessário especificar o microrganismo particularmente envolvido.

O efeito de uma substância química sobre um organismo é avaliado quantitativamente em termos de sua influência sobre a taxa de crescimento ou de morte, sendo que a maneira mais geral de se avaliarem tais efeitos é pela medida de contagens viáveis.

Os Efeitos InibitóriosOs Efeitos Inibitórios

Em alguns casos, o efeito inibitório de um composto químico pode não ser causado pela ação química direta sobre o organismo.

Por exemplo, compostos como o açúcar, que não tem efeito químico nocivo direto para a maioria dos microrganismos são inibitórios quando empregados em concentrações muito altas.

Em tais casos, a bacteriostase é produzida por uma interferência com o equilíbrio osmótico entre as células vivas e seu meio ambiente.

Na maioria dos casos, porém, a ação deletéria de uma substância química é o resultado direto de um efeito químico específico sobre alguns componentes da célula viva.

Algumas substâncias químicas podem impedir o crescimento de um organismo ou produzir sua morte em uma de duas maneiras principais: pela interferência em alguma estrutura física integrante da célula, ou interferindo com um ou mais processos metabólicos essenciais.

Os Efeitos TóxicosOs Efeitos Tóxicos

Os efeitos tóxicos de numerosos agentes bactericidas são atribuídos à sua ação química sobre as estruturas celulares, especialmente a membrana celular.

A membrana celular não só preserva a integridade da célula impedindo o escoamento de constituintes citoplasmáticos para o meio externo, mas atua também no transporte ativo de nutrientes para o interior da célula.

Assim, qualquer agente químico que danifique a membrana celular semipermeável, por alteração de sua estrutura físico-química, tende a produzir uma desorganização geral da fisiologia celular.

Quando as propriedades seletivas da membrana se perdem, alguns dos componentes da célula, como aminoácidos, nucleotídeos, coenzimas e íons inorgânicos, escoam para fora da célula e o organismo morre.

A membrana celular é largamente composta de proteínas e lipídios, portanto, uma variedade de substâncias capazes de reagir com estes constituintes pode afetar suas propriedades. Entre estas, encontram-se os compostos fenolados, sabões e detergentes sintéticos.

Estes agentes ou dissolvem os constituintes da membrana celular ou com eles se combinam quimicamente, alterando assim a superfície celular de modo a prejudicar suas funções essenciais

Microrganismos Presentes nos Processos de Microrganismos Presentes nos Processos de Tratamento BiológicoTratamento Biológico

Os processos de tratamento biológico possuem uma população de microrganismos característicos e compostos freqüentemente por bactérias, fungos, algas, protozoários bactérias, fungos, algas, protozoários e micrometazoários. micrometazoários.

A microbiologia tem sido cada vez mais utilizada como um importante instrumento para o conhecimento e Controle da Poluição.

METABOLISMO MICROBIANOMETABOLISMO MICROBIANO

O metabolismo consiste em milhares de reações químicas separadas, que são estreitamente associadas pelas enzimas que as catalisam.

As enzimas são os catalisadores orgânicos responsáveis pela execução das reações químicas realizadas pela célula.

Todas as células contêm muitas enzimas, cada uma delas capaz de catalisar uma ou diversas reações específicas.

A soma total das reações catalisadas pelas enzimas de determinada célula ou organismo constitui o metabolismo dessa célula ou organismo.

O metabolismo de todos os organismos é dirigido fundamentalmente para assegurar seu crescimento e sua reprodução

Oxidações BiológicasOxidações Biológicas

As oxidações-reduções estão, como uma classe, entre as reações mais característica do metabolismo.

Muitas das alterações na estrutura molecular necessária à produção de materiais celulares é resultado direto da oxidação ou redução enzimáticas dos nutrientes da célula ou de seus produtos de metabolismo intermediário.

Além disso, muitas reações de oxidação-redução proporcionam um meio para a geração de ATP e para efetuar transformações químicas que são indiretamente associadas a estas reações através da transferência da energia armazenada em ligações químicas

Atuação das Enzimas no Metabolismo OxidativoAtuação das Enzimas no Metabolismo Oxidativo

Consideremos o processo fisiológico da respiração, no qual nutrientes orgânicos são oxidados principalmente a CO2, enquanto o oxigênio molecular é reduzido à

água.

Embora a respiração seja às vezes equacionada com a combustão, ela difere da combustão em vários aspectos fundamentais.

Diversamente da combustão, a respiração se dá a temperaturas comuns sem liberação de grandes quantidades de calor. Além disso, conduz não somente à produção de CO2, mas também à síntese de materiais celulares.

A quantidade total de energia disponível para a oxidação completa de um dado composto orgânico a CO2 é a mesma, independentemente de estar a combustão

ou a respiração envolvida no processo.

A diferença entre os dois processos reside no fato da respiração ser um processo ordenado, catalisado por enzimas e constituído em muitas reações parciais e integradas, enquanto a combustão representa uma série de reações descontroladas e desordenadas, que se dão à alta temperatura.

Atuação das Enzimas no Metabolismo OxidativoAtuação das Enzimas no Metabolismo Oxidativo(continuação)(continuação)

Uma das funções das enzimas na respiração é eliminar a necessidade de temperaturas elevadas, substituindo por uma alta energia de ativação.

Além do seu papel básico como catalisadores, as enzimas envolvidas na respiração têm duas funções essenciais:

-Uma é promover a decomposição ordenada e gradual dos nutrientes orgânicos, na qual uma variedade de compostos que podem ser usados como materiais iniciais para as reações biossintéticas,

-Outra é tornar parte da energia fornecida pela respiração, útil para a biossíntese.

COMPOSTOS FENOLADOSCOMPOSTOS FENOLADOS

As substâncias fenólicas podem ser bactericidas ou bacteriostáticas, dependendo da concentração utilizada.

Diversas espécies químicas impactantes aos microrganismos podem ser encontradas em águas residuárias industriais podendo atuar como agente bactericida e bacteriostático para a microbiota presente nos sistemas de tratamento.

OH

PROTOZOÁRIOSPROTOZOÁRIOS

▪ Ciliados

MICROMETAZOÁRIOSMICROMETAZOÁRIOS

▪ Rotíferos - RTF

▪ Anelídeos - ALD

▪ Nematóides – NTD

▪ Tardígrados - TDG

Grandes Ciliados livre – natantes - GCLN

Pequenos Ciliados livre – natantes - PCLN

Ciliados predadores de flocos - CPF

Ciliados fixos ou pedunculados - CF

▪ Flagelados - FLG

▪ Rizópodes (Amebas) - AMB

MICROBIOTA DOS LODOS ATIVADOSMICROBIOTA DOS LODOS ATIVADOS

REATOR DE LODOS ATIVADOSREATOR DE LODOS ATIVADOS

Volume TotalVolume Total

4,5 Litros4,5 Litros


ReatorReator


Parte Superior do ReatorParte Superior do Reator


Saída de lodos ativados do reator para o fundo do decantador secundárioSaída de lodos ativados do reator para o fundo do decantador secundário

Metodologia para Análise Quantitativa de Metodologia para Análise Quantitativa de MicrorganismosMicrorganismos

A análise quantitativa é feita através de contagens de protozoários e micrometazoários em câmara de Sedgwick-Rafter

Câmara de Sedgwick-Rafter.

Contagem de microrganismos através do Retículo de Whipple.

A contagem por campos é recomendada para amostras ricas em microrganismos. Recomenda-se a contagem de no mínimo 30 campos distribuídos aleatoriamente pela câmara. Cada campo corresponde à área do retículo de Whipple.

APLICAÇÃO DA SOLUÇÃO DE FENÓIS DA BS COM VALOR TEÓRICO 50 mg/L

CPF

GCLN

AMB

RTF

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

10:15 11:45 13:15 14:45 16:15

Mic

rorg

anis

mos

/mL

Resultados da Aplicação da Solução de Fenóis 50 mg/L Sobre a Biota de Lodo Ativado.

Variação da microbiota ao longo do ensaio.

O valor < 0,1 mg/L de fenóis na saída do reator demonstra que os microrganismos conseguiram adaptar-se ao meio, sendo que a eficiência de biodegradação do poluente foi maior que 99,76%.

▪ CPF/AMB: a predominância de CPF e a presença de AMB indicam que está ocorrendo uma boa depuração (CETESB, 2003), sendo que os fenóis serviram como nutrientes, favorecendo o crescimento desses protozoários.

▪ GCLN: a estabilidade do número de microrganismos ao longo do ensaio, pode ser relacionada com o efeito bacteriostático, ou com a presença de predadores, pois, não ocorreu um desequilíbrio na microbiota do reator.

▪ RTF: o efeito bactericida poderá ser relacionado, porém, como o deslocamento dos RTF é lento, isto é, por rastejamento (CETESB, 2003), talvez seria esse o motivo de sua não contagem.





Resultados e Discussão da Aplicação da Solução de Fenóis com Valor Teórico 100 mg/L

APLICAÇÃO DA SOLUÇÃO DE FENÓIS DA BS COM VALOR TEÓRICO 100 mg/L

CPF

CF

PCLN AMB

RTF0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

10:35 12:05 13:35 15:05 16:35

Mic

rorg

anis

mos

/mL

Variação da microbiota ao longo do ensaio

O “Choque” no sistema pôde ser observado através do desequilíbrio dos microrganismos e a presença de 9,8 mg/L de fenóis na saída do reator

▪ CPF/CF: a diminuição do número desses protozoários ao longo do ensaio está relacionada com o efeito bactericida dos fenóis. Muitos dos CF estavam sem o pedúnculo, indicando a presença de alguma substância tóxica no meio (CETESB, 2003).

▪ AMB: a estabilidade do número de microrganismos pode ser relacionada com o efeito bacteriostático, já que ocorreu um desequilíbrio significativo na microbiota.

▪ RTF: conforme já discutido anteriormente, o deslocamento desse micrometazoário interfere na sua contagem, dificultando a interpretação dos resultados.

▪ PCLN: a predominância indica deficiência de aeração no reator e baixo tempo de detenção hidráulica (CETESB, 2003). Como a variação do O.D. foi mínima, o baixo tempo de detenção hidráulica seria a interpretação mais plausível. O aumento do número de PCLN foi ocasionado pelo efeito tóxico dos fenóis, o que ocasionou a agitação excessiva desses microrganismos.





ConclusõesConclusões

Foi possível verificar neste estudo que o valor de 100,0 mg L-1 de fenóis ocasiona o efeito bactericida e o desequilíbrio dos microrganismos no Lodo Ativado.

Para resguardar a microbiota seria ideal que a concentração de fenóis não ultrapassasse 50 mg L-1, tendo como garantia a biodegradação total do poluente.

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