Valoração do efluente da indústria processadora de pescado por incorporação de nutrientes em aphanothece microscopica nägeli

Nesta tese procurou-se demonstrar a valoração do efluente do processamento de pescado por incorporação dos nutrientes em Aphanothece microscopica Nägeli a diferentes temperaturas. Para tanto o trabalho é composto de cinco artigos que objetivaram avaliar sob o ponto de vista do tratamento do efluente pela cianobactéria Aphanothece e a separação e avaliação da biomassa gerada. O primeiro artigo intitula-se “Influência da temperatura na remoção de nutrientes do efluente da indústria de pescado por Aphanothece microscopica Nägeli”, e teve por objetivo avaliar a influência da temperatura (10, 20 e 30ºC) em um sistema de tratamento pela cianobactéria Aphanothece na remoção de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo do efluente oriundo do processamento de pescado. A análise dos resultados mostrou que a temperatura influenciou significativamente na remoção de DQO, NTK, N-NH4 + e P-PO4 -3 . Para os experimentos a 20 e 30ºC todos os limites estabelecidos para os parâmetros avaliados foram atingidos. O segundo artigo intitulado “Efeito de coagulantes no efluente da indústria da pesca visando à separação de biomassa quando tratado por cianobactéria” avaliou o efeito da concentração e pH de dois tipos de coagulantes, cloreto férrico (FeCl3) e sulfato de alumínio (Al2(SO4)3), na separação da biomassa da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli cultivada em efluente da indústria da pesca, assim como a remoção de matéria orgânica e nutrientes do efluente. Os resultados indicaram que o coagulante FeCl3 foi mais eficaz na remoção de todos os parâmetros testados. No que concerne à separação da biomassa, com um número de seis lavagens foi removido cerca de 97,6% da concentração de FeCl3 adicionado inicialmente. O terceiro artigo com o título “Caracterização da biomassa de Aphanothece microscopica Nägeli gerada no efluente da indústria da pesca em diferentes temperaturas de cultivo” avaliou a composição química da biomassa da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli quando desenvolvida em meio de cultivo padrão BG11 e no efluente do processamento de pescado. O quarto artigo teve como título “Influência do meio de cultivo e temperatura em compostos nitrogenados na cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli” objetivou avaliar o teor de compostos nitrogenados presentes na biomassa da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli quando cultivada em meio padrão e no efluente da indústria da pesca nas diferentes fases de crescimento. Para o estudo da composição química e nitrogenados no efluente foram realizados experimentos nas temperaturas de 10, 20 e 30ºC. As concentrações de proteína, cinzas e pigmentos aumentaram com o aumento da temperatura. Por outro lado, foi observada uma redução do teor de lipídios e carboidratos com o aumento da temperatura. O íon amônio juntamente com os ácidos nucléicos representa uma importante fração do nitrogênio não protéico presente na biomassa da cianobactéria Aphanothece. Ficou demonstrada a influência do meio de cultivo na concentração de nitrogênio, bem como a determinação de proteína pelo método de Kjeldahl superestima a concentração protéica em cianobactérias. O quinto artigo intitulado “Produção de proteína unicelular a partir do efluente do processamento do pescado: modelagem preditiva e simulação” avaliou a produção de proteína unicelular através do cultivo da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli no efluente da indústria da pesca. Os dados cinéticos de crescimento celular foram ajustados a quatro modelos matemáticos (Logístico, Gompertz, Gompertz Modificado e Baranyi). Os resultados demonstraram que o modelo Logístico foi considerado o mais adequado para descrever a formação de biomassa. A análise preditiva mostrou a possibilidade da obtenção de 1,66, 18,96 e 57,36 kg.m-3.d-1 de biomassa por volume do reator em 1000 h de processo contínuo, para as temperaturas de 10, 20 e 30ºC, respectivamente.

Reator de leito estruturado com recirculação submetido à aeração intermitente no tratamento de esgoto sanitário

The release of nitrogen compounds in water bodies can result in many environmental problems, so treat wastewater, such as sewage in order to remove not only organic matter but also nitrogen has been studied a few decades. From the above, the objective of this study was to evaluate the performance of a structured bed reactor, continuous flow, with recirculation, in removing organic matter and nitrogen present in wastewater under different cycles of intermittent aeration (AI) and to evaluate the influence of these cycles in the development of nitrifying bacteria (Oxidizing Bacteria Ammonia - BOA and Bacteria Oxidizing Nitrite - BON) and denitrifying (DESN) adhered (Support Material - MS) and suspension (Effluent - EF and sludge - LD). The reactor used has usable volume of 9.4 L. As support materials (MS) polyurethane foam was used, cut and fixed in PVC rods. 3 were worked aeration phases (AE) and non-aeration (AN) at different stage: Stage 1 (4 h EA / AN 2H); Stage 2 (2H EA / AN 1 h) and Phase 3 (2H EA / AN 2 h). During all hydraulic detention time phases was kept at 16 h and the effluent recirculated at a rate of 3 times the inflow. Were analyzed: pH, total alkalinity, temperature, chemical oxygen demand (COD), Biochemical Oxygen Demand (BOD), nitrogen Kjeldhl Total (NKT), ammonia-N-N-NH4+, nitrito-N-NO2+andnitrato-NO3-. The concentration of BOA, BON and DESN was determined using the number More Provável.gSSV-1 (NMP.gSSV-1). In phase 1 the percentage removal NTK N-NH4+ and NT was 76±10%, 70±21% and 67±10% respectively. In Phase 2 80±15% of removel NKT, 86±15% of N-NH4+ e 68±9% of removel NT e na Fase 3 de 58±20%, 72±28% and 41±6% of NKT, N-NH4+ of NT, respectively. The denitrification efficiency in stage 3 was over 70%, indicating that occurred in the reactor the process of simultaneous nitrification and denitrification (NDS). DQOT the removal percentages were 88 ± 4% in Phase 1, 94 ± 7 in Phase 2 and 90± 11% in Phase 3. The multivariate ANOVA applied to NMP.gSSV-1, it indicated that there was significant (F: 20,2, p <0,01) between the analyzed concentration of organisms AI in different cycles, but the differences between NMP.gSSV-1 depends not only isolated factors but of which means, and phase groups being analysis. From the results it is concluded that the working system is efficient in terms of nitrogen removal and organic matter, and that the stage with the highest availability of Dissolved Oxygen (DO) and C/N ratio (Step 2), was the one obtained the lower concentrations of organic matter effluents and N-NH4+. Hinted that there was a significant difference between the concentration (NMP.100mL-1) of the analyzed organizations (BOA, BON and DESN), but this difference does not depend on factors alone but of which means (MS, EF or LD), stages (1, 2 or 3) and groups (BOA, BON and DESN) is being considered.

Nitrogênio mineral em um latossolo em função de sistemas de manejo do solo e de culturas de cobertura de inverno

The increasing advancement of agriculture makes providing adequate conditions for the growth and development of plants is the primary purpose of soil management systems. Much of the success of PD is attributed to cultural remains left by cover crops that do not require high nitrogen inputs and can thus be used to reduce nitrogen input in the agro- ecosystem. The nitrogen is one of the elements applied in agriculture, it is absorbed in higher quantities and limiting the yield of grain crops such as corn. Thus, there has been the influence of the no-till and conventional tillage combined with different crops of winter cover and bare soil when in succession to corn, on mineral nitrogen content. The experimental work was made at the experimental station of the Agronomic Institute of Paraná - Iapar. The implemented design was blocks at random split plot with three replications in factorial 6 x 2 x 3 x 5. The main plots were as treatment, beyond the bare soil, 5 winter species (ryegrass, vetch, vetch + oat, oat and radish), while in the subplots were used two tillage systems (No-till and conventional tillage). Three collections made were (before management, the urea before and after the urea), these being held in 5 depths (0-5, 5-10, 10-20, 20-40 and 40-60 cm). So a layer 0-5 cm and a que presents increased amount to NH4 + ion. The use of associated PD system in the presence of winter cover crops decreased as NO3 - losses in soil profile.

Estudo comparativo de dois tipos de cultivo: monocultivo (camarões) versus cultivo integrado (algas/camarões)

The integrated culture of seaweed and aquatic animals is an ancient practice in Asian countries. The expansion of this practice to western countries is consequence of the recognition of this system as a sustainable alternative that allows economical diversification and mitigation of environmental impacts generated by effluents of aquaculture. This study evaluated the growth of the seaweed Gracilaria caudata and of the shrimp Litopenaeus vannamei in monoculture (shrimps) and integrated culture (shrimps and algae) systems, and accessed the effect of the seaweed in the water quality. There were two treatments in the experiment: monoculture (shrimps) and integrated culture (shrimps/ algae). The organisms were cultured in 6 aquaria (10L) filled with seawater (35.0±0.0 PSU and 28.1±0.4°C) for 28 days. The nutrients of water (PO43-, NH4+, NO2-, NO3- and DIN), the biomass and the relative growth rate (RGR, % day-1) of seaweed and shrimps were measured weekly. The parameters pH, temperature, salinity and dissolved oxygen were measured daily. The concentration of NH4+ in integrated culture (62.8±25.2µM) was lower (Mann-Whitney p<0.001) than in monoculture (85.6±24.3µM). The mean of PO4- in monoculture (10.4±4.6µM) was markedly higher (Mann-Whitney; p=0.024) than that in integrated culture (8.7±4.1µM). The level of dissolved oxygen in integrated culture (6.0±0.6mg/L) was higher (t-Student; P=0.014) than that in shrimp monoculture (5.8±0.6mg/L). The mean values of the parameters pH, NO2-, NO3- and DIN were 7.5±0.2, 10.1±12.2µM, 24.5±3.2µM and 120.17±30.76µM in monoculture, and 7.5±0.2, 10.5±13.2µM, 27.4±3.5µM and 100.76±49.59µM in integrated culture. There were not differences in these parameters between treatments. The biomass and RGR of seaweed reached 15.0±1.9g and 7.4±2.8% day-1 at the end of the experiment. The performance of shrimp was favorable in monoculture (1.5±0.8g; 5.7±1.6% dia-1) and in integrated culture (1.5±0.7g; 5.2±1.2% dia-1), and the rate of survival was 100% in both treatments. The tolerance and favorable performance of Gracilaria caudata suggest that this seaweed might be integrated into shrimp (Litopenaeus vannamei) culture systems

Dinâmica de nitrogênio em cultivo heterotrófico a partir de cianobactéria sob o escopo de biorrefinarias agroindustriais

O trabalho teve por objetivo avaliar a dinâmica de nitrogênio, em cultivo heterotrófico, a partir da cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli, sob o escopo de uma biorrefinaria. Neste sentido, foi avaliada a contribuição dos compostos nitrogenados não proteicos, na dinâmica de distribuição do nitrogênio, na biomassa gerada pelo micro-organismo em estudo, quando cultivado em sistema autotrófico e heterotrófico. Para o cultivo em condições autotróficas, foi utilizado o meio padrão BG-11, enquanto que, para o cultivo em condições heterotróficas, foi empregado o efluente da indústria de laticínios. Inicialmente, foi avaliada a contribuição dos pigmentos na fração nitrogenada não proteica tendo como base dois experimentos. No primeiro experimento foi selecionada a melhor condição para a produção de pigmentos, expressos pela clorofila-a em sistema heterotrófico, tendo como base os parâmetros C/N (20, 40 e 60), N/P (5, 10 e 15) e concentração de inóculo (100, 200 e 300 mg.L-1), mediante um planejamento fatorial 23 . Os experimentos foram conduzidos em biorreator heterotrófico a 20°C, pH 7,6 e aeração contínua de 1VVM. A melhor condição de produção de pigmento foi indicada como sendo a 200 mg.L-1 de concentração celular, razões C/N 20 e N/P 10. Com base nestes resultados, um segundo experimento foi delineado, visando avaliar a contribuição de pigmentos na fração de nitrogênio não proteico, bem como avaliar a produção de clorofila-a e ficobiliproteínas (ficocianina, aloficocianina e ficoeritrina), sob influência da luz e do meio de cultivo. Foi possível destacar teores superiores de ficobiliproteínas na biomassa gerada no cultivo heterotrófico. No entanto, com notada diferença (p≤0,05) nos teores de clorofila-a, quando são comparadas as concentrações na biomassa de meios autotróficos (10,7 mg.g-1) e heterotróficos (1,0 mg.g-1). Fato este compensado pelo menor tempo de cultivo registrado para atingir o final do experimento, quando o micro-organismo é cultivado em condições heterotróficas. Fica demonstrado assim, ainda, a importante contribuição dos pigmentos na fração de nitrogênio não proteico. Na sequência, um terceiro e quarto experimentos foram delineados, visando avaliar a influência do nitrogênio inorgânico intracelular na fração não proteica e na produção de proteína, assim como a caracterização da fração proteica quanto ao seu perfil aminoacídico. O estudo da dinâmica do nitrogênio intracelular demonstrou que o N-NH4 + foi a forma nitrogenada predominante, perfazendo importante fração de N-NP, sendo, portanto, os teores de N-NP significativamente dependente dos teores de pigmentos e nitrogênio intracelular. Os aminogramas das biomassas geradas pelos cultivos autotróficos e heterotróficos indicaram como aminoácidos majoritários o ácido glutâmico e aspártico, seguidos por valina, leucina e isoleucina, e como minoritários, lisina, glicina e metionina. O perfil aminoacídico caracterizou-se por apresentar aminoácidos essenciais como isoleucina, metionina + cisteína, fenilalanina + tirosina, valina e treonina em concentrações superiores ao preconizado pela FAO/WHO. A caracterização da fração proteica quanto ao perfil aminoacídico qualificou esta biomassa como fonte potencial de proteína. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram a influência e dinâmica de distribuição dos compostos nitrogenados em Aphanothece microscopica Nägeli. Fica demonstrado, ainda, que a implementação do conceito de biorrefino, no tipo de agroindústria estudado, poderá representar importantes possibilidades de aproveitamento sustentável do efluente gerado.

Efeito dos nutrientes (nitrogênio e fósforo) sobre o desenvolvimento da Gracilaria birdiae: crescimento e possível uso como biofiltro

Marine shrimp farming has grown exponentially during the last years in Brazil. In spite of the promising economical situation, this activity is facing an increasing criticism due to its environmental impact. Thus, the necessity of alternatives to mitigate environmental degradation caused by this activity. An alternative that is being studied is the policulture that is the integrated culture of two or more organisms, normally one of them a filtering organism. Among filtering organisms, macroalgae are very practicable because they are efficient in the removal of the exceeding nutrients of the water and do not leave residues in the water. Besides, the integrated culture with macroalgae allows the economical exploration of the seaweed (for the manufacture of jelly and jam, for the dairy industry, pharmaceuticals, etc.) along with possibility of a sustainable aquaculture. In the present experiment, the development of the seaweed Gracilaria birdiae, the influence and tolerance of this species to the environmental parameters, and its absorption efficiency in relation with the three kinds of macronutrients (NH4+, NO3- and PO4-3) found in the effluents of marine shrimp farming was studied. The experiment was divided in two parts: a laboratorial part and one part carried under natural conditions. The water used in the laboratory trial was collected in the shrimp ponds of Tecnarão farm and distributed in aquaria containing 20 g of G. birdiae. In the field trial, 0.5 kg of G. birdiae was inserted in PVC cages cultivated in the farm. The results of the study showed a modest growth of G. birdiae, probably due to its low tolerance to highly eutrophicated environments. However, the removal of nutrients was very expressive. Ammonia was reduced in approximately 34 %. Ortho-phosphate showed a reduction of 93.5 %. The capacity of biofiltration of the NO3- by the macro algae was of 100 %, showing that G. birdiae is a seaweed-filtered with a high level of removal for this nutrient under laboratorial conditions. In spite of the low growth of the macro algae in the experiment, the results in relation to the removal of nutrients of the water was encouraging, suggesting that this species can be an efficient biofilter and thus, a strong candidate to be used in a sustainable aquaculture

Estudo do crescimento, eficiência de biofiltração e cinética de absorção de nutrientes (N-NH, N-NO e P-PO4³) da macroalga Gracilaria cervicornis (Turner) J. Agardh

The objective of this study was to examine the growth of Gracilaria cervicornis cultured in a shrimp (Litopenaeus vannamei) pond and to determine the absorption efficiency and the kinetics parameters (Vmax, Ks e Vmax:Ks) of this macroalgae for the nutrients N-NO3-, N-NH4+ and P-PO4-3, aiming at its use as bioremediatory of eutrophicated environments. For this study, two experiments (field and laboratory) were developed. In the field study, the seaweed was examined in relation to the growth and the biomass. In the laboratory experiment, the absorption efficiency of G. cervicornis was measured through the monitoring of the concentration of the three nutrients (N-NO3-, N-NH4+ e P-PO4-3) during 5 hours and the kinetic parameters were determined through the formula of Michaelis-Menten. The results obtained in this study demonstrated that G. cervicornis benefited from the available nutrients in the pond, increasing 52.4% of its biomass value after 30 days of culture. It was evidenced that the variability of the biomass could be explained through the salinity, availability of light (transparency and solid particle in suspension) and concentration of N-NO3- in the environment. In the laboratory experiment, the highest absorption efficiency was found in the treatments with low concentration (5 µmol.L-1), being evidenced a reduction of up to 85,3%, 97,5% and 81,2% of N-NH4+, N-NO3- and P-PO43-, respectively. Regarding the kinetic parameters, G. cervicornis presented better ability in absorbing N-NH4+ in high concentrations (Vmax = 158,5 µmol g-1 dry wt h-1) and P-PO43- in low concentrations (Ks = 5 µmol.L-1 e Vmax:Ks = 10,3). The results of this study show that G. cervicornis could be cultivated in shrimp ponds, presents a good capacity of absorption for the tested nutrients and is a promising candidate for biorremediation in shrimp pond effluent

ABUNDÂNCIA NATURAL DE 15N E FORMAS DE NITROGÊNIO EM ARGISSOLO CULTIVADO COM EUCALIPTO E ACÁCIA

O nitrogênio e um dos nutrientes mais demandados pelas espécies vegetais, sua presença no solo, sob formas orgânicas ou minerais disponíveis para as plantas, está vinculada à qualidade e quantidade dos resíduos vegetais aportados ao solo. O estudo teve o objetivo de avaliar a influência do cultivo do eucalipto e da acácia na composição das formas orgânicas e inorgânicas de N e, na abundância natural de 15N em um Argissolo Amarelo. Para isso, foram coletadas amostras de solo e serapilheira em monocultivos do Eucalyptus urograndis (clone do Eucalyptus urophylla S. T. Blake x Eucalyptus grandis W. Hill ex Spreng) de ciclo curto (sete anos), sistemas de cultivo de rotação com acácia ( Acacia mangium Willd.) após monocultivo de eucalipto, monocultivo de eucalipto de ciclo longo (24 anos) e mata nativa (Mata Atlântica) como condição original de solo do litoral Norte do Espírito do Santo. Foram avaliados os teores de C orgânico total, N total, N-NH4+, N-NO3-, relação C/N, fracionamento do N orgânico e abundância natural de 15N no solo e serapilheira. Das formas de N-orgânico hidrolisado, o N-amino foi a fração que apresentou maior contribuição (39%), seguida pela fração de N-não identificado (27%), da fração N-amida (18%) e N-hexosamina (15%). O povoamento de acácia promoveu menor abundância natural de 15N e maiores teores de N total e C orgânico no solo e aumentou as formas orgânicas de N-hidrolisado, quando comparado àqueles de eucalipto de ciclo curto. Isso indica o aumento de formas lábeis de N orgânico no solo para as plantas e redução da humificação da matéria orgânica do solo (MOS) de acácia. Nesse sentido, a rotação de cultivos florestais com acácia após eucalipto de ciclo curto contribuiu para o aumento de formas orgânicas no solo, importantes para a nutrição de plantas, por serem potenciais fontes de nutrientes às plantas em curto período de tempo.