alga spirulina

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UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA Curso de Engenharia Ambiental Cristiane Tedesco REMOÇÃO DE CROMO VI PELA MICROALGA Spirulina platensis Passo Fundo, 2010.

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O poder da alga

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  • UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO

    FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA

    Curso de Engenharia Ambiental

    Cristiane Tedesco

    REMOO DE CROMO VI PELA MICROALGA Spirulina platensis

    Passo Fundo, 2010.

  • 1

    Cristiane Tedesco

    REMOO DE CROMO VI PELA MICROALGA Spirulina platensis

    Orientadora: Dra. Luciane Maria Colla

    Trabalho de Concluso de Curso apresentado

    ao Curso de Engenharia Ambiental da

    Faculdade de Engenharia e Arquitetura da

    Universidade de Passo Fundo, como requisito

    para a obteno do ttulo de Engenheira

    Ambiental, sob orientao da Dra Luciane

    Maria Colla.

    Passo Fundo

    2010

  • 2

    AGRADECIMENTO

    Primeiramente agradeo a Deus

    pela oportunidade de estar aqui hoje

    A minha famlia, que sempre me apoiou em toda

    a minha graduao, nunca permitindo que eu

    desanimasse perante as dificuldades.

    Professora Dra. Luciane Maria Colla, pela

    orientao, pelos ensinamentos, pela amizade,

    pela dedicao com o trabalho e principalmente

    pela compreenso quando no consegui

    desenvolver todas as atividades.

    Ao professor Dr. Marcelo Hemkemeier, pela

    dedicao, amizade e pela co-orientao deste trabalho.

    Aos colegas formandos que estiveram sempre

    junto comigo nessa longa caminhada,

    compartilhando momentos felizes e tristes, e a todos

    os amigos e amigas que conquistei na

    Engenharia Ambiental.

    Meu sincero agradecimento...

  • 3

    RESUMO

    A biossoro uma tcnica que se fundamenta na ligao dos metais com materiais

    biolgicos, tais como biomassas microbianas, para proporcionar a reteno, remoo ou

    recuperao de metais pesados de um ambiente lquido. A microalga Spirulina tem sido

    estudada pela possibilidade de serem utilizadas no tratamento de efluentes e na remoo

    de metais pesados em solues aquosas, atravs do acmulo destes metais por

    precipitao ou pela ligao dos componentes presentes na parede celular. Objetivou-se

    avaliar a influncia da concentrao inicial de cromo VI em meio de cultivo padro

    (Zarrouk) sobre os parmetros de crescimento e sobre a remoo do metal pela microalga

    S. platensis. Os experimentos foram realizados atravs de um Planejamento Fatorial

    Misto 21.4

    1, sendo as variveis de estudo a cepa da microalga S. platensis (paracas ou

    Leb) e a concentrao inicial de Cr VI no meio de cultivo (0, 10, 20 e 30 mg.L-1

    ). A

    microalga foi cultivada no meio Zarrouk, a 30C, fotoperodo de 12 h e agitao, durante

    30 d. Amostras dos cultivos foram retiradas diariamente para avaliao do crescimento da

    microalga e quinzenalmente para avaliao do potencial de remoo, num perodo de 30

    d. A microalga Spirulina platensis foi capaz de realizar a biossoro de cromo VI nos

    meios contaminados com 10 mg/L, 20 mg/L e 30mg/L de cromo VI, com remoes de

    78%, 88% e 92%, respectivamente.

    Palavras Chaves: Remoo de metais, microalga, bioacumulao, Spirulina platensis.

  • 4

    ABSTRACT

    Biosorption is a technique that is based on the binding of metals with biological

    materials, such as microbial biomass, to provide the retention, removal or recovery of

    heavy metals in a liquid environment. The Spirulina has been studied for possible use in

    the treatment of wastewater and remove heavy metals from aqueous solutions through the

    accumulation of these metals by precipitation or by binding of the components present in

    the cell wall. The objective was to evaluate the influence of initial concentration of

    chromium VI in standard culture medium (Zarrouk) on growth parameters and on the

    metal removal by microalgae S. platensis. The experiments were carried out through a

    21:41 Joint Planning Factor, and the study variables were the strain of microalgae S.

    platensis (Paracas or Leb) and initial concentration of Cr VI in the culture medium (0, 10,

    20 and 30 mg.L-1). The microalgae were cultivated in the middle Zarrouk, 30 C,

    photoperiod of 12 h, stirring, for 30 d. Samples of cultures were taken daily to assess

    growth of microalgae and biweekly for assessing the potential for removal, a period of 30

    d. The microalga Spirulina platensis was able to accomplish the biosorption of chromium

    VI in contaminated media at 10 mg / L, 20 mg / L and 30mg / L of chromium VI, with

    removals of 78%, 88% and 92% respectively.

    Keywords: Metals removal, microalgae, bioaccumulation, Spirulina platensis.

  • 5

    Lista de Figuras

    Figura 1: Spirulina platensis.......................................................................................... 17

    Figura 2: Ciclo de vida da Spirulina platensis. ............................................................... 18

    Figura 3: Assimilao de amonnio atravs das enzimas glutamina desidrogenase (GDS)

    e glutamina Sintetase (GS). ........................................................................................... 22

    Figura 4: Fluxograma das atividades do projeto do trabalho de concluso de curso

    realizadas no Laboratrio de Fermentaes da Faculdade de Engenharia e Arquitetura.. 32

    Figura 5: Esquema simplificado dos cultivos aerados da cianobactria Spirulina platensis.

    ..................................................................................................................................... 34

    Figura 6: Tcnica de separao de clulas por filtrao.................................................. 36

    Figura 7: Curva padro da microalga Spirulina platensis Paracas. ................................. 37

    Figura 8: Curva padro da microalga Spirulina platensis Leb. ....................................... 38

    Figura 9: Concentrao Celular (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o experimento 1

    (controle). ..................................................................................................................... 38

    Figura 10: Concentrao Celular (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o experimento 5

    (controle). ..................................................................................................................... 38

    Figura 11: Concentrao Celular (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o experimento 2

    (contaminao de 10 mg/L de Cr VI). ........................................................................... 39

    Figura 12: Concentrao Celular (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o experimento 6

    (contaminao de 10 mg/L de Cr VI). ........................................................................... 39

    Figura 13: Concentrao Celular (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o experimento 3

    (contaminao de 20 mg/L de Cr VI). ........................................................................... 39

    Figura 14: Concentrao Celular (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o experimento 7

    (contaminao de 20 mg/L de Cr VI). ........................................................................... 39

    Figura 15: Concentrao Celular (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o experimento 4

    (contaminao de 30 mg/L de Cr VI). ........................................................................... 39

    Figura 16: Concentrao Celular (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o experimento 8

    (contaminao de 30 mg/L de Cr VI). ........................................................................... 39

    Figura 17: Regresso exponencial da concentrao de biomassa versus tempo para o

    clculo da umax do experimento 1 (concentrao inicial de 0 mg/L de Cromo VI)........... 40

    Figura 18: Regresso exponencial da concentrao de biomassa versus tempo para o

  • 6

    clculo da umax do experimento 2 (concentrao inicial de 10 mg/L de Cromo VI). ........ 40

    Figura 19: Regresso exponencial da concentrao de biomassa versus tempo para o

    clculo da umax do experimento 3 (concentrao inicial de 20 mg/L de Cromo VI). ........ 40

    Figura 20: Regresso exponencial da concentrao de biomassa versus tempo para o

    clculo da umax do experimento 4 (concentrao inicial de 30 mg/L de Cromo VI). ........ 40

    Figura 21: Regresso exponencial da concentrao de biomassa versus tempo para o

    clculo da umax do experimento 5 (concentrao inicial de 0 mg/L de Cromo VI)........... 41

    Figura 22: Regresso exponencial da concentrao de biomassa versus tempo para o

    clculo da umax do experimento 6 (concentrao inicial de 10 mg/L de Cromo VI). ........ 41

    Figura 23: Regresso exponencial da concentrao de biomassa versus tempo para o

    clculo da umax do experimento 7 (concentrao inicial de 20 mg/L de Cromo VI). ........ 41

    Figura 24: Regresso exponencial da concentrao de biomassa versus tempo para o

    clculo da umax do experimento 8 (concentrao inicial de 30 mg/L de Cromo VI). ........ 41

    Figura 25: Remoo de cromo VI (%) em funo da concentrao inicial de cromo nos

    cultivos, da cepa e do tempo de cultivo (d). ................................................................... 44

  • 7

    Lista de Tabelas

    Tabela 1: Padres de potabilidade de gua para metais pesados ..................................... 31

    Tabela 2: Valores mximos admissveis de alguns metais, para o descarte de efluentes. 31

    Tabela 3: Composio qumica do meio Zarrouk ........................................................... 33

    Tabela 4: Matriz do Planejamento Fatorial Multinveis 21.4

    1. ........................................ 35

    Tabela 5: Concentrao celular mxima, tempo de gerao (Tg), velocidade especfica

    mxima de crescimento (max) e intervalo da fase logartimica de crescimento para os

    experimentos do planejamento experimental. ................................................................ 42

    Tabela 6: Remoo de Cromo VI nos experimentos do Planejamento Experimental aos 15

    d e 30 d de cultivo da microalga Spirulina ..................................................................... 43

  • 8

    Sumrio

    1 INTRODUO ................................................................................................... 10

    2 DESENVOLVIMENTO ...................................................................................... 12

    2.1 REVISO BIBLIOGRFICA ................................................................................ 12

    2.1.1 BIOPROCESSOS ....................................................................................... 12

    2.1.2 PROCESSOS FOTOSSINTTICOS ...................................................... 12

    2.1.3 Spirulina platensis ...................................................................................... 13

    2.1.3.1 Histrico e Uso.............................................................................. 13

    2.1.3.2 Vantagens e Desvantagens do Cultivo de Microalgas .................... 15

    2.1.3.3 Caractersticas da Spirulina platensis............................................. 16

    2.1.3.4 Condies de Cultivo .................................................................... 18

    2.1.3.4.1 Luminosidade ........................................................................... 19

    2.1.3.4.2 Fontes de Carbono .................................................................... 20

    2.1.3.4.3 Fontes de Nitrognio ................................................................. 21

    2.1.3.4.4 Concentrao de Oxignio ........................................................ 23

    2.1.3.4.5 Temperatura.............................................................................. 24

    2.1.3.4.6 Aerao e Agitao ................................................................... 24

    2.1.3.4.7 Salinidade ................................................................................. 24

    2.1.4 CONTAMINAO DAS GUAS POR METAIS................................. 25

    2.1.5 PROBLEMAS DE SADE CAUSADOS POR CONTAMINAES

    COM CROMO..................................................................................................... 26

    2.1.6 BIOSSORO ...................................................................................... 27

    2.1.6.1 Biossoro de Cromo VI ............................................................... 28

    2.1.7 LEGISLAO AMBIENTAL ............................................................... 30

    2.2 MATERIAL E MTODOS ............................................................................. 32

    2.2.1 CULTIVO DA MICROALGA Spirulina platensis ................................. 33

    2.2.1.1 Meio de cultivo ............................................................................. 33

    2.2.1.2 Condies de Cultivo e Biorreatores .............................................. 34

    2.2.2 PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL .................................................. 35

  • 9

    2.2.3 DETERMINAES ANALTICAS ...................................................... 35

    2.2.3.1 Determinao do pH ...................................................................... 35

    2.2.3.2 Determinao da Concentrao Celular ......................................... 35

    2.2.3.3 Determinao de Metais ................................................................ 36

    2.3 RESULTADOS E DISCUSSO ..................................................................... 37

    2.3.1 DETERMINAO DO pH .................................................................... 37

    2.3.2 CRESCIMENTO DA BIOMASSA ........................................................ 37

    2.3.3 REMOO DO METAL ....................................................................... 43

    3 CONCLUSO ..................................................................................................... 45

    REFERNCIAS ............................................................................................................ 46

    APNDICES ................................................................................................................ 50

  • 10

    1 INTRODUO

    A necessidade de tratamento eficiente e econmico para remoo de metais

    txicos tem resultado no desenvolvimento de tecnologias como biossoro, baseada na

    utilizao de materiais de origem natural ou biomassas microbianas como as algas

    (BAIRD, 2002).

    A biossoro uma tcnica que se fundamenta na ligao dos metais a materiais

    biolgicos, tais como biomassas microbianas, para proporcionar a reteno, remoo ou

    recuperao de metais pesados de um ambiente lquido (MURALEEDHARAN et al.,

    1991). Um aspecto importante da biossoro que ela pode ocorrer mesmo com clulas

    metabolicamente inativas. Isto pode ser considerado uma grande vantagem, pois facilita a

    recuperao do metal e possibilita a reutilizao do material biossorvente (TOBIN et al.,

    1994).

    Atualmente, um dos problemas mais srios que afetam o meio ambiente a

    poluio qumica de natureza orgnica ou inorgnica. Alguns metais pesados so

    substncias altamente txicas. As formas em que os metais se encontram em soluo

    determinam o tratamento especfico a ser escolhido (BAIRD, 2002).

    A ocorrncia natural de sais de metais pesados muito rara, sendo a indstria a

    principal responsvel por sua emisso nos cursos dgua. Este fato representa um perigo

    de primeiro grau, pois o comportamento dos metais no pode ser controlado na prtica,

    sabe-se que as intoxicaes que eles provocam desenvolvem-se lentamente, sendo muitas

    vezes identificadas somente depois de anos (BAIRD, 2002).

    A produo de microrganismos fotossintticos, como microalgas e cianobactrias,

    tem sido amplamente estudada na biotecnologia, pois esses microrganismos apresentam

    um sistema biolgico muito eficiente para a utilizao da energia solar e para a produo

    de compostos orgnicos (VONSHAK, 1997).

    A Spirulina tem sido estudada devido a sua composio qumica, rica em

    protenas e outros nutrientes (minerais e cidos graxos poli-insaturados) e pelo seu

    crescimento rpido em ambientes aquticos ricos em sais. Alm disso, a capacidade

    destes microrganismos concentrarem metais txicos bem conhecida (RICHMOND,

    1990). Nos anos 80, comearam a surgir problemas de contaminao ambiental e de

    reciclagem de resduos, e, neste caso, as microalgas tornaram-se importantes pela

    capacidade de utilizao de resduos orgnicos e inorgnicos de guas (DERNER, et al.,

  • 11

    2006).

    Enquanto grandes empresas de alguns pases se dedicaram produo de

    Spirulina sp. visando atender o mercado consumidor, centros de pesquisa em todo o

    mundo comeam a estud-la, sob os diversos aspectos, tais como perfil bromatolgico em

    clulas cultivadas sob diferentes condies fsico-qumicas, diversificao das fontes de

    nutrientes visando o cultivo e utilizao da biomassa na biopurificao de efluentes. As

    algas so bioindicadores de ambientes contaminados, j que so bioacumuladores. Alm

    de acumularem substncias minerais, acumulam tambm metais txicos. As algas do

    gnero Spirulina e Chororella possuem lipdeos, que esto relacionados com a qualidade

    ambiental, j que em se tratando de poluio, acumulam lipides, alm de acumularem

    tambm metais txicos (NUNES et al., 2003).

    Objetivou-se verificar a remoo de cromo VI a partir da microalga Spirulina

    platensis crescendo em meio Zarrouk padro, bem como avaliar o efeito das

    concentraes de Cromo VI sobre os parmetros de crescimento da microalga.

  • 12

    2 DESENVOLVIMENTO

    2.1 REVISO BIBLIOGRFICA

    2.1.1 BIOPROCESSOS

    A definio de bioprocessos no contexto da biotecnologia ambiental refere-se

    aplicao de microrganismos (bactrias, fungos, algas), ou organismos mais

    desenvolvidos como os protozorios e rotferos, capazes de eliminar total ou parcialmente

    substncias txicas ao meio ambiente e seres vivos a este integrados, inclusive o homem

    (MALAJOVICH, 2004).

    O primeiro processo fermentativo industrial (bioprocesso) foi produo de

    vinhos e cerveja. Ao longo do sculo XX, a expanso da microbiologia industrial e o

    desenvolvimento de bioprocessos baseados no metabolismo microbiano possibilitaram a

    produo de diversas substncias (antibiticos). Por motivos histricos, ainda hoje o

    termo processos fermentativos se aplica em biotecnologia a qualquer processo

    microbiano operando em grande escala, independentemente se este seja ou no uma

    fermentao. E o termo fermentador se usa como sinnimo de biorreator, designando o

    recipiente onde ocorre o processo, sendo este o elemento principal (MALAJOVICH,

    2004).

    De uma forma geral, um bioprocesso comea com a escolha do agente biolgico

    adequado, segue com a transformao da matria prima, em condies que podem exigir

    esterilizao, aerao e controle do processo (pH, temperatura e etc), e finaliza com a

    separao e purificao do produto final (MALAJOVICH, 2004).

    2.1.2 PROCESSOS FOTOSSINTTICOS

    O termo fotossntese significa construo ou sntese pela luz. A fotossntese o

    processo atravs do qual as plantas sintetizam compostos orgnicos a partir de matria

  • 13

    prima inorgnica na presena de luz solar. As algas e as plantas e certas bactrias captam

    essa energia diretamente da radiao solar e a utilizam para a sntese de alimentos

    essenciais. Portanto, no nosso planeta a fonte primaria de toda energia metablica o sol

    e a fotossntese e so essencial para a manuteno de todas as formas de vida aqui

    existente (HALL, 1980).

    A fotossntese pode ser definida como o processo mediante o qual a energia

    luminosa utilizada na sntese de compostos orgnicos. Assim, pode-se classificas os

    organismos vivos em dois grandes grupos: autotrficos e heterotrficos. Os autotrficos

    so capazes de sintetizar suas prprias substancias complexas a partir de substancias

    simples como CO2 e H2O, utilizando a energia proveniente de diversas fontes. De acordo

    com o tipo da fonte energtica, tm-se autotrficos fotossintetizantes e os autotrficos

    quimiosintetizantes os quais utilizam a luz solar e a energia resultante da reao de xido-

    reduo, respectivamente (FERRAZ,1986).

    J os seres heterotrficos obtm a energia necessria para a sua sobrevivncia

    mediante reaes degradativas de molculas complexas que retiram do meio ambiente e

    convertendo-as em CO2 e H2O (FERRAZ,1986).

    O processo fotossinttico pode ser dividido em aerbio ou anaerbio. Portanto,

    quando usa oxignio , no caso das Spirulinas, trata-se de fotossntese aerbia, isso a

    cianobactria utiliza a gua como doadora de eltrons e lber oxignio molecular

    (CEZARE,1998).

    2.1.3 Spirulina platensis

    2.1.3.1 Histrico e Uso

    As microalgas representam os nicos seres vivos por mais de 3 milhes de anos,

    mas o estudo cientfico dos mesmos comeou somente em 1980 (VONSHAK, 1997). A

    Spirulina contm bilhes de anos de sabedoria evolutiva no seu DNA e o fruto da

    primeira forma de vida fotossinttica da Terra (ABALDE et al., 1995).

    A Spirulina foi redescoberta nos anos 60. Jean Lonard, botnico presente em

    uma expedio franco-belga frica, descreveu um bolo azul-esverdeado, encontrado no

  • 14

    mercado de Fort Lamy, em Chad. Estudos posteriores revelaram que este bolo, chamado

    localmente de dih, continha uma alga azul-esverdeada identificada como Spirulina. Essa

    alga era consumida pela tribo Kanembu, que vivia as margens dos lagos Chad e Niger.

    Os integrantes desta tribo apresentavam constituio fsica diferenciada, pois cerca de

    70% dos alimentos consumidos eram algas (DERNER et al, 2006).

    Ao mesmo tempo em que Lonard descobria a Spirulina na frica, o Instituto

    Francs do Petrleo recebia um pedido da Companhia Sosa Texcoco, localizada prxima

    cidade do Mxico: o estudo de uma alga que vivia nos lagos de produo de carbonato

    de sdio e aparecia com a evaporao da gua. Como resultado, o primeiro estudo

    detalhado dos requerimentos nutricionais e da fisiologia da Spirulina foi realizado. Neste

    estudo, parte da tese de ps-doutorado de Zarrouk, foi o desenvolvimento da base para o

    estabelecimento da produo de Spirulina em larga escala (DERNER et al, 2006).

    A Spirulina apareceu, como forma de alimento humano, em perodos diferentes

    da histria humana. Foi o alimento dos Astecas do Mxico e tem sido a alimentao do

    povo Kanembu, da frica Central durante sculos. Foi usada em partes do Sudeste da

    sia, h mais de mil anos atrs, em sopas (DERNER et al, 2006).

    Uma anlise da literatura histrica revela que 25 amostras separadas de alga de

    gua fresca foram recolhidas e ingeridas em 15 pases diferentes, portanto est bem

    testada e confiada por vrias culturas diferentes (DERNER et al, 2006).

    A Spirulina a microalga mais conhecida e usada no Brasil. Quando manipulada

    e transformada em biomassa, uma riqussima fonte de vitaminas e sais minerais, alm

    de conter protenas de tima qualidade. Entre plantas e animais o organismo que mais

    tem vitamina B12, cuja principal funo no ser humano aumentar a absoro de

    protenas. O uso da Spirulina uma das alternativas mais claras para a soluo dos

    problemas de nutrio da sociedade do futuro (COLLA, 1999).

    A microalga Spirulina Platensis tem muitas aplicaes biotecnolgicas, uma

    destas aplicaes tem sido na aqicultura, para a alimentao direta ou indireta de

    algumas espcies de peixes, moluscos, crustceos e de diversos organismos forrageiros

    de interesse econmico (DERNER et al., 2006).

    Muitos estudos vm sendo realizados nos mais diversos campos, tais como, no

    tratamento de guas residuais de inmeros processos industriais, para a detoxificao

    biolgica e remoo de metais txicos; como bioindicadores, na deteco de nutrientes

    (para as microalgas) e substncias txicas (detergentes, efluentes industriais, herbicidas

    etc.). Na agricultura, a biomassa pode ser empregada como biofertilizante do solo

  • 15

    (DERNER et al., 2006).

    As microalgas podem produzir uma gama de molculas bioativas com

    propriedades antibiticas, anticncer, antiflamatrias, antivirais, redutoras de colesterol,

    enzimticas e com outras atividades farmacolgicas (DERNER et al., 2006).

    Alm disso, podem ser usadas na mitigao do efeito estufa, pela assimilao do

    CO2, resultado do processo de queima dos combustveis fsseis e de prticas agrcolas

    imprprias (as queimadas, por exemplo). Ainda, possibilitam produo de bicombustveis

    (biodiesel, por exemplo) (DERNER et al., 2006).

    A cultura da Spirulina parte da nova era da agricultura ecolgica. A componente

    chave da produo de Spirulina a luz do Sol e dada ateno medio da temperatura

    e aos nveis de oxignio. Porque os pesticidas e herbicidas matariam muitas formas de

    vida num lago, os cientistas de algas aprenderam a equilibrar a ecologia do lago sem usar

    essas substncias prejudiciais. Esta forma de aqicultura representa uma das solues

    necessrias produo de alimentos enquanto se restaura o planeta.

    2.1.3.2 Vantagens e Desvantagens do Cultivo de Microalgas

    As Spirulinas sp. apresentam muitas vantagens em relao produo de

    protenas a partir da agricultura ou pecuria, pois um microrganismo aqutico, no

    requer solo frtil e no causa eroso nem contaminao de terras e guas (MAIER et al.,

    2000).

    O conceito de produo muito semelhante ao da agricultura convencional, em

    que ocorre o uso da energia solar, pelo aparelho fotossinttico, na produo de biomassa

    (VONSHAK, 1997).

    Sob condies naturais, muitas algas crescem em comunidades mistas, incluindo

    vrias espcies e gneros. Quando o objetivo estudar ou cultivar espcies individuais,

    um meio que possibilite condies seletivas indispensvel para o cultivo. Os principais

    requerimentos incluem carbono, fsforo, nitrognio, enxofre, potssio e magnsio. ons

    ferro e mangans so requeridos em pequenas quantidades. Outros como cobalto, zinco,

    boro, cobre e molibdnio so essenciais (BECKER, 2004).

    Em condies normais, a Spirulina pode ser uma das muitas espcies presentes

    em guas naturais, mas quando a salinidade e a alcalinidade aumentam, o habitat se torna

  • 16

    inadequado para outras formas de vida e a Spirulina se converte na nica espcie.

    Um aspecto interessante ligado a Spirulina o seu meio de cultura; que pode ser

    composto por efluentes rurais e urbanos ricos em nitrognio e fsforo. Desta forma, a

    partir do cultivo recupera-se quase que a totalidade desses elementos, evitando a

    proliferao de algas indesejveis e produzindo biomassa para consumo humano e animal

    (LIMA et al., 1999).

    Diversos so os fatores que podem influenciar o crescimento da Spirulina

    platensis, tais como: pH, salinidade, luminosidade, presena de contaminantes,

    temperatura, acmulo de oxignio e presena de ons bicarbonato, fonte de nitrognio,

    tipo de biorreator, densidade da populao (REINEHR,2001).

    Ainda que a Spirulina tenha uma boa adaptao gua salgada, so poucas cepas

    que crescem no mar, porque o baixo contedo em carbonatos e as elevadas concentraes

    de magnsio e clcio da gua marinha inibem o seu desenvolvimento (HENRIKSON,

    1994).

    2.1.3.3 Caractersticas da Spirulina platensis

    As Spirulinas so classificadas como seres procariotos (parede celular,

    ribossomos e cidos nuclicos), imveis, no esporulados e esto includas no grupo das

    bactrias. Sua natureza procariota, seus pigmentos do tipo ficobiliprotico e produo de

    oxignio via fotossinttica as diferencia das algas eucariotas e bactrias fotossintticas

    (LIMA et al., 1999).

    As cianobactrias, ainda que se trate de seres procariontes, so muito mais

    complexas que as bactrias, pois possuem uma molcula de DNA, membrana tilacide e

    vrias incluses ou estruturas citoplasmticas e parede celular caracterstica (DERNER et

    al., 2006). Hoek et al., (1995) apontam que uma das principais caractersticas das

    cianobactrias possurem pigmentos fotossintetizantes livres no citoplasma.

    As Spirulinas vivem em meios lquidos ricos em sais minerais compostos

    principalmente por bicarbonato e carbonato de sdio, com pH 8 a 11. As regies

    propcias para cultivo so as tropicais e subtropicais, quentes e ensolaradas. So

    utilizadas como fonte de alimento na dieta humana e rao animal, possuindo elevados

    teores proticos e contendo todos os aminocidos essenciais em propores que

  • 17

    satisfazem as recomendaes da FAO (Food and Agriculture Organization). As

    Spirulinas so capazes de acumular germnio, que importante devido sua atividade

    hemoltica e indutora de interferon. Alm disso, possuem efeito hipocolesterolmico, ou

    seja, seu consumo pode abaixar os nveis de colesterol no sangue, conforme foi descrito

    em literatura (LIMA et al., 1999).

    ALONSO (1998), descreve a Spirulina como sendo uma alga de cor azul

    esverdeada, que se apresenta na forma espiral, conforme mostra a Figura 1, da seu nome.

    Seu reconhecimento fcil j que forma uma espuma verde sobre a superfcie da gua.

    Geralmente encontrada em lugares com muita luz solar e guas doces alcalinas.

    Figura 1: Spirulina platensis

    O gnero Spirulina pertence ao reino Monera, classe Cyanophyceae e famlia

    Oscillatoriaceae e compreende o grupo das cianobactrias filamentosas (microalgas

    verde-azuladas). caracterizado por cadeias de clulas, constituindo um filamento na

    forma de espiral, denominado tricoma. Os tricomas so constitudos por clulas

    cilndricas, curtas e largas, revestida por uma fina membrana. Seu dimetro pode variar

    de 6 a 12 m, e as estruturas helicoidais formadas por este filamento podem apresentar

    dimetro que variam de 30 a 70 m. As dimenses celulares, o grau de ondulao e o

    comprimento dos filamentos variam de espcie para espcie. Esta ltima caracterstica

    tambm pode variar conforme as condies ambientais de crescimento

    (HENRIKSON,1994).

    Ainda, a Spirulina uma microalga filamentosa que habita meios como solos,

    pntanos, lagos alcalino e guas salobras, marinhas e doces. Por meio da fotossntese,

    converte os nutrientes em matria celular e libera oxignio. Os nutrientes de que necessita

    so gua e fonte de carbono, nitrognio, fsforo, potssio, ferro e outros oligoelementos.

    Em lagos natural o aporte limitado de nutrientes pode regular os ciclos de crescimento,

    sendo que a densidade celular cresce rapidamente, alcana uma concentrao mxima e

  • 18

    retrocede quando os nutrientes se esgotam. A liberao de nutrientes por parte das clulas

    mortas ou o aporte de nutrientes de fora do lago iniciam um novo ciclo (HENRIKSON,

    1994).

    O ciclo de vida da Spirulina inicia quando um tricoma maduro se quebra em

    vrios pedaos atravs de formao de clulas especializadas denominadas necrdios, que

    aps a lise, proporcionam a formao de discos de separao bicncavos. A separao

    dos necrdios leva formao dos hormognios, os quais formam um novo tricoma. As

    clulas dos hormognios perdem a poro final dos necrdios, apresentando uma parede

    celular final muito pequena ou ausente nas pores finais. Durante esse processo, o

    citoplasma aparece menos granulado e as clulas assumem uma colorao verde-azulada

    plida. O nmero de clulas no hormognio aumenta pela fisso celular enquanto o

    citoplasma comea a apresentar-se granulado, as clulas assumindo uma colorao verde-

    azulada brilhante. Por este processo, os tricomas aumentam em comprimento e assumem

    a forma helicoidal tpica (RICHMOND, 1990). Na Figura 2 apresentado um esquema

    representativo do ciclo de vida da Spirulina.

    Figura 2: Ciclo de vida da Spirulina platensis.

    2.1.3.4 Condies de Cultivo

    Cada microrganismo possui condies timas de crescimento, tais como

    temperatura, pH, e nveis de oxignio dissolvido. O meio de cultivo tem grande

    influncia nesse processo e deve conter os nutrientes requeridos para o crescimento

    celular (PIRT, 1975).

  • 19

    O cultivo de microalgas como parte da biotecnologia moderna tem recebido a

    ateno de pesquisadores em todas as partes do mundo. As condies de crescimento e os

    biorretores para o cultivo tm sido exaustivamente estudados (COLLA, 2004).

    As fontes de energia classificadas nos seguintes grupos:

    a) Fontes de elementos principais (carbono, hidrognio, oxignio e nitrognio);

    b) Fontes dos elementos secundrios (fsforo, enxofre, potssio e magnsio);

    c) Vitaminas e hormnios;

    d) Fontes de elementos traos, requerimento em quantidades mnimas para o

    crescimento microbiano (clcio, ferro, zinco e cobre). Usado em concentraes da

    ordem de 10-4

    para concentraes de 30 gramas de clulas seca por litro.

    Alguns autores sugerem que a formao do meio de cultivo leve em conta a

    composio celular, requerimento energtico e a necessidade de substncias especficas

    (WANG et al., 1979).

    O meio para crescimento microbiano deve conter os elementos presentes na

    clula, em propores corretas. As fontes de nitrognio podem ser orgnicas ou

    inorgnicas e no podem faltar na composio do meio, pois sua falta prejudica o

    crescimento celular.

    2.1.3.4.1 Luminosidade

    As algas utilizadas para a produo de biomassa pertencem ma maioria das

    vezes aos gneros Chlorella, Scenedesmus ou Spirulina. Podem crescer

    fotossisteticamente e autotroficamente, luz e fonte de carbono inorgnico ou

    heterotroficamente, com compostos orgnicos como fonte de carbono e de energia. O

    mtodo mais racional para a obteno de biomassa de algas deve ser autotroficamente e o

    fator limitante a iluminao (BULOCK e KRISTIANSEM, 1991).

    Segundo VONSHASK, (1997), a disponibilidade de luz um dos principais

    problemas observados no cultivo fotoautotrfico de microalgas. A luz precisa ser

    continuamente fornecida ao sistema porque no pode ser acumulada. A limitao do

    crescimento em culturas densas pode ocorrer devido ao sombreamento provocado pelas

    prprias clulas medida que h o crescimento, impedindo que parte da cultura receba a

    incidncia da luz. Para o caso especfico da Spirulina, o fenmeno do sombreamento

    ocorre em concentraes superiores a 0.5 g.L-1

    . A agitao da cultura pode ser um fator

  • 20

    decisivo na velocidade de crescimento, possibilitando uma absorso homognea da luz

    pelas clulas.

    A Spirulina considerada fotoautotrfica e no cresce no escuro, mesmo que o

    meio contenha fonte de carbono orgnica. Na presena de luz a alga pode utilizar

    carboidratos, como por exemplo, glicose a 0,1% no meio aumentando a velocidade de

    crescimento e produo de clulas (FERRAZ et al., 1985).

    Para o crescimento da Spirulina prefervel ter uma fonte de iluminao

    artificial em vez da luz solar, uma vez que a ultima possui ondas ultravioletas, os quais

    so prejudiciais as clulas da microalga. Mil lux de iluminao artificial suficiente para

    o crescimento da maioria das microalgas (MICHEL et al., 1986).

    2.1.3.4.2 Fontes de Carbono

    O crescimento de algas quimiotrficamente ou fotoautrficamente ocorre pela

    utilizao de CO2 ou uma de suas formas hidratadas para a sntese de compostos

    orgnicos. Na gua, o CO2 pode apresentar-se como H2CO3, HCO3-

    ou CO3-2

    ,

    dependendo do pH (RICHMOND, 1990).

    O Dixido de Carbono a fonte de carbono para o crescimento das algas. O ar

    contm somente 0.03% de CO2, sendo necessria a adio de CO2 a cultura

    (RICHMOND, 1990).

    Cianobactrias so capazes de utilizar tanto o CO2 livre ou CO3-2

    como fonte de

    carbono inorgnico na fotossntese. Os ons hidrogenocarbonatos podem ser

    transportados (na presena de luz) atravs da membrana plasmtica sendo acumulados na

    clula para servir como carbono inorgnico na fotossntese. O hidrogenocarbonato

    convertido a CO2 pela ao da enzima anidrase carbnica atravs da reao, como

    mostrado na Equao 1:

    HCO3- + H

    + CO2 + H2O Equao (1)

    A atividade da anidrase carbnica aumenta quando as concentraes de CO2

    externo diminuem (FAY, 1983).

  • 21

    2.1.3.4.3 Fontes de Nitrognio

    Depois do carbono, o nitrognio quantitativamente o elemento mais importante

    contribuindo com a massa seca das clulas. A proporo de nitrognio pode variar de 1-

    10% em peso seco.

    Algumas cianobactrias so capazes de fixar nitrognio atmosfrico pela

    reduo do N2 a NH4+

    catalisada pela enzima nitrogenase (RICHMOND, 1990). A

    nitrogenase extremamente sensitiva ao O2 livre e atua somente em condies

    anaerbicas. A sensibilidade da nitrogenase ao O2 e o fato de estar presente somente em

    organismos procariticos sugere que a habilidade para fixar nitrognio foi desenvolvida

    durante o perodo anoxignico da histria da terra. A passagem para o perodo oxignico

    e o aumento das presses parciais de O2 tornou necessrio que as formas fixadoras de N2

    se adaptassem, fazendo surgir compartimentos na clula que impedissem a inativao da

    nitrogenase pelo O2 atmosfrico e tambm da atividade fotossinttica, que so os

    heterocistos (FAY, 1983).

    A Spirulina no fixa nitrognio atmosfrico por no apresentar heterocistos,

    podendo utilizar fontes de nitrognio variadas como os ons nitrato, nitrito, amnio e

    uria. Quando o nitrognio fornecido em uma forma oxidada, como o nitrato (NO3-) ou

    nitrito (NO2-), este reduzido at amnia antes de ser incorporado em molculas

    orgnicas (YANG et al., 2000), O estado de oxidao do tomo de N no nitrato de +5 e

    na amnia 3, portanto sero necessrios 8 eltrons na reduo, como mostrado na

    Equao 2.

    NO3- NO2

    - NH4

    + Equao (2)

    So necessrios 2 eltrons na primeira etapa e 6 eltrons na segunda etapa. Na

    primeira etapa as enzimas necessrias so a nitrato redutase e a nitrato oxidorredutase, e

    na segunda etapa as enzimas necessrias so a nitrito redutase e a nitrito oxidorredutase

    (RICHMOND, 1990; VONSHAK, 1997).

  • 22

    Quando os ons nitrato e amnio so fornecidos como fonte de nitrognio,

    primeiramente consumido o amnio e somente depois o nitrato, sendo o amnio

    utilizado na sntese de aminocidos. A incorporao do nitrognio amoniacal pode

    ocorrer por duas vias: a catalisada pela enzima glutamina desidrogenase (GHD), que

    incorpora o nitrognio amoniacal ao glutamato atravs da glutamina sintetase (GS), onde

    o nitrognio amoniacal incorporado formando glutamina (RICHMOND, 1990), como

    mostrado na Figura 3. Se somente nitratos e nitritos estiverem disponveis, ambos sero

    assimilados simultaneamente (KINNE, 1978).

    Figura 3: Assimilao de amonnio atravs das enzimas glutamina desidrogenase (GDS)

    e glutamina Sintetase (GS).

    Quando hidrxido de amnio usado como nica fonte de nitrognio, o pH pode

    cair rapidamente, causando efeitos indesejveis. Algumas algas so sensveis a altas

    concentraes de amnio e seu crescimento pode ser inibido por 1 mol.L-1

    de amnio.

    Esta inibio pode ser correlacionada com um acrscimo no pH interno devido

    penetrao de molculas de hidrxido de amnio no dissociadas. Manabe et al. 1992,

    estudaram o efeito da concentrao de cloreto de amnio no crescimento da Spirulina

    platensis, verificando que o crescimento da microalga inibido na presena de cloreto de

    amnio, no havendo crescimento em concentraes superiores a 25 mol.L-1

    . Entretanto,

    em 24 e 40 horas de crescimento aps a adio observou-se novamente o crescimento em

    concentraes de 15 e 25 mol.L-1

    de cloreto de amnio respectivamente.

  • 23

    A uria pode ser considerada como fonte de nitrognio para o crescimento de

    microalgas, sendo hidrolisada antes de o nitrognio ser incorporado pelas algas, o que

    pode ocorrer atravs de duas reaes enzimticas, ou catalisada pela urase ou pela

    amidoliase, levando a formao de amnia (RICHMOND,1990). Comparada as fontes

    como o nitrato de potssio ou nitrato de sdio, tem um custo relativamente baixo, alm

    do que cada molcula de uria fornece dois tomos de nitrognio, enquanto cada sal de

    nitrato de potssio ou sdio, apenas um (FAINTUCH et al., 1992).

    Em geral, microrganismos respondem falta de nitrognio pela degradao

    preferencial de uma ou mais macromolculas que contm nitrognio, resultando na

    diminuio destes compostos e acmulo de compostos de reserva de carbono, como

    polissacardeos e cidos graxos. O contedo de pigmentos fotossintticos diminui e a taxa

    de fotossntese reduzida. Nestas condies, a habilidade de assimilar compostos

    combinados de nitrognio aumenta (RICHMOND, 1990).

    Nas cianobactrias duas fontes de estocagem de nitrognio endgeno que podem

    ser utilizadas na deficincia de nitrognio nas clulas so cianofcias e ficocianina.

    Grnulos de cianofcina so copolmeros de cido asprtico e arginina. Mudanas na

    atividade enzimtica foram observadas na depleo de nitrognio. A atividade de nitrato-

    redutase foi observada em clulas crescendo em amnio aps um curto perodo de falta

    de nitrognio, sendo que o aumento da atividade de enzimas de assimilao

    acompanhado por um decrscimo na taxa fotossinttica (RICHMOND, 1990).

    2.1.3.4.4 Concentrao de Oxignio

    A concentrao de O2 no tanque de cultura representa um bom parmetro para o

    controle da atividade fotossinttica das microalgas. medida que aumenta a atividade

    fotossinttica, a concentrao de O2 no tanque pode aumentar rapidamente a valores

    acima do ponto de saturao, inibindo o processo de fotossntese e favorecendo o

    processo de fotooxidao (Richmond, 1990), o qual ocasiona deteriorao celular e perda

    completa da cultura (FAINTUCH, 1989).

  • 24

    2.1.3.4.5 Temperatura

    A temperatura afeta a concentrao de biomassa, a natureza do metabolismo, as

    necessidades nutricionais e a composio de biomassa (FAINTUCH, 1989), com efeitos

    diretos sobre a fotossntese e a respirao. Por outro lado, a fixao de CO2, e evoluo

    do O2, dependem tambm da luz.

    A temperatura usual utilizada laboratorialmente para o cultivo da Spirulina varia

    de 35C a 38C. timos de temperatura podem variar entre diferentes espcies e desvios

    desta faixa podem inibir a capacidade fotossinttica. Estudos demonstraram que culturas

    crescendo a temperaturas menores que a tima so mais sensveis a fotoinibio

    (VONSHAK, 1997).

    No inverno, a temperatura o fator limitante afetando o crescimento da

    microalga em tanques abertos, enquanto no vero, o fator limitante a luminosidade.

    Baixas temperaturas nos perodos escuros podem ser vantajosas visto que diminui a taxa

    respiratria e, portanto, o consumo de biomassa (VONSHAK, 1997).

    2.1.3.4.6 Aerao e Agitao

    A injeo de ar aos cultivos em massa proporciona uma difuso efetiva dos

    nutrientes, um aponte parcial de CO2, inorgnico, uma estabilizao do pH, o mantimento

    das algas em suspenso e o cultivo uniformemente distribudo. Cultivos em volumes de

    um litro ou menos no necessitam aerao, basta que se realize uma agitao manual

    diariamente.

    Nos cultivos em grande escala, a aerao deve ser leve durante a fase de

    induo, que corresponde ao perodo de at 2 dias depois da inoculao, devendo ser

    incrementada com o aumento da densidade da cultura (MICHEL et al., 1986).

    2.1.3.4.7 Salinidade

    A exposio de culturas de Spirulina a altas concentraes de cloreto de sdio

    resulta numa imediata interrupo do crescimento. Aps a fase lag, um novo estado

  • 25

    estabelecido.

    Foi analisado o crescimento de Spirulina em concentraes de NaCl de 0,5 e

    0,75 M, observando-se um decrscimo na concentrao de biomassa, em comparao

    com cultivos da microalga em meio padro. O perodo de adaptao a elevadas

    concentraes salinas depende tambm da espcie estudada, estando em muitos casos

    associado com o declnio de clorofila das clulas. Duas espcies da microalga

    apresentaram velocidades especficas mximas de crescimento de 0,063 e 0,059 h-1

    , 0,044

    e 0,026 h-1

    , e 0,034 e 0,018 h-1

    , crescendo no meio de cultivo padro, com 0,5 e 0,75 M

    de cloreto de sdio, respectivamente (VONSHAK, 1997).

    Supe-se que a exposio a altas salinidades acompanhada de um aumento na

    demanda de energia devido ao stress das clulas. A imediata inibio do sistema

    fotossinttico e respiratrio aps a exposio a um stress salino foi explicada por

    Ehrenfeld; Cousin (1984) e Reed et al. (1985), citados por Vonshak (1997). Eles

    mostraram um acrscimo da concentrao celular de sdio ocasiona um aumento da

    permeabilidade da membrana plasmtica durante os primeiros instantes de exposio a

    altas concentraes salinas. Supe-se que a inibio da fotossntese provm da rpida

    entrada do sdio que pode resultar na separao dos ficobilissomas da membrana

    tilacide.

    2.1.4 CONTAMINAO DAS GUAS POR METAIS

    Os metais txicos surgem nas guas naturais devido aos lanamentos de efluentes

    industriais tais como os gerados em indstrias extrativistas de metais, indstrias de tintas

    e pigmentos e, especialmente, as galvanoplastias, que se espalham em grande nmero nas

    periferias das grandes cidades. Alm destas, os metais podem ainda estar presentes em

    efluentes de indstrias qumicas, como as de formulao de compostos orgnicos e de

    elementos e compostos inorgnicos, indstrias de couros, peles e produtos similares,

    indstrias do ferro e do ao, lavanderias e indstria de petrleo.

    Os metais txicos constituem contaminantes qumicos nas guas, pois em

    pequenas concentraes trazem efeitos adversos sade. Desta forma, podem inviabilizar

    os sistemas pblicos de gua, uma vez que as estaes de tratamento convencionais no

    os removem eficientemente e os tratamentos especiais necessrios so muito caros. Os

    metais txicos constituem-se em padres de potabilidade estabelecidos pela Portaria

  • 26

    1.469 do Ministrio da Sade. Devido aos prejuzos que, na qualidade de txicos, podem

    causar aos ecossistemas aquticos naturais ou de sistemas de tratamento biolgico de

    esgotos, so tambm padres de classificao das guas naturais e de emisso de esgotos,

    na legislao federal.

    Para a remoo de metais txicos o processo mais eficiente o que se baseia no

    fenmeno de troca inica, empregando-se resinas catinicas em sua forma primitiva de

    hidrognio ou na forma sdica. Este processo permite uma remoo percentual bastante

    significativa dos metais presentes na gua, viabilizando seu uso para finalidades

    industriais especficas e permitindo tambm o reuso de efluentes industriais.

    No campo do tratamento de efluentes, o processo mais utilizado o da

    precipitao qumica na forma de hidrxidos metlicos. Cada on metlico tem o seu

    valor de pH timo de precipitao como hidrxido, de forma que, quando se tm misturas

    de diversos metais, pode ser necessrio que se trabalhe em mais de uma faixa de pH.

    Como normalmente as vazes de efluentes so baixas, os tratamentos so desenvolvidos

    de forma esttica, em regime de batelada, o que facilita o uso de mais de uma faixa de

    pH. Nos processos contnuos, ter-se-ia que utilizar uma srie de sistemas de mistura e

    decantao.

    Um problema importante dos processos base de precipitao qumica que deve

    ser levado em considerao a produo de quantidades relativamente grandes de lodos

    contaminados com metais. Estes devem ser encaminhados a sistemas adequados de

    tratamento ou disposio final, que nem sempre encontram-se disponveis (WEBBER,

    1983).

    2.1.5 PROBLEMAS DE SADE CAUSADOS POR CONTAMINAES COM

    CROMO

    O cromo obtido do minrio cromita, metal de cor cinza que reage com os cidos

    clordrico e sulfrico. Alm dos compostos bivalentes, trivalentes e hexavalentes, o

    cromo metlico e ligas tambm so encontrados no ambiente de trabalho. Entre as

    inmeras atividades industriais, destacam-se: galvanoplastia, soldagens, produo de

    ligas ferro-cromo, curtume, produo de cromatos, dicromatos, pigmentos e vernizes

    (SALGADO, 1996).

    A absoro de cromo por via cutnea depende do tipo de composto, de sua

  • 27

    concentrao e do tempo de contato. O cromo absorvido permanece por longo tempo

    retido na juno dermo-epidrmica e no estrato superior da mesoderme. A maior parte do

    cromo eliminada atravs da urina, sendo excretada aps as primeiras horas de

    exposio. Os compostos de cromo produzem efeitos cutneos, nasais, bronco-

    pulmonares, renais, gastrointestinais e carcinognicos. Os cutneos so caracterizados por

    irritao no dorso das mos e dos dedos, podendo transformar-se em lceras. As leses

    nasais iniciam-se com um quadro irritativo inflamatrio, supurao e formao crostosa.

    Em nveis bronco-pulmonares e gastrointestinais produzem irritao bronquial, alterao

    da funo respiratria e lceras gastroduodenais (SALGADO, 1996).

    2.1.6 BIOSSORO

    A capacidade de certos microrganismos de concentrar metais pesados bem

    conhecida. Entretanto, somente durante as duas ltimas dcadas que os microrganismos

    esto sendo usados como uma alternativa para a remoo e recuperao de metais. O

    termo biossoro definido como um processo no qual slidos de origem natural ou

    seus derivados so usados na reteno de metais pesados de um ambiente aquoso

    (MURALEEDHARAN et al., 1991).

    A biossoro compreende a ligao de metais biomassa por um processo que

    no envolva energia metablica ou transporte, embora tais processos possam ocorrer

    simultaneamente quando biomassa viva for usada, pois a biossoro pode ocorrer com

    biomassa viva ou morta (TOBIN et al., 1994).

    Embora altamente promissor, o mecanismo da biossoro no est ainda bem

    entendido. O termo biossoro no especfico com respeito ao mecanismo de

    reteno.

    A biossoro de metais no baseada num nico mecanismo. Ela consiste de

    vrios mecanismos que quantitativa e qualitativamente diferem de acordo com as

    espcies usadas, a origem da biomassa e seu processamento. A biossoro de metais

    segue mecanismos complexos, principalmente troca inica, quelao, adsoro por foras

    fsicas e o aprisionamento de ons, como resultado do gradiente de concentrao e difuso

    atravs da parede celular e membranas (VOLESKY & HOLAN, 1995).

  • 28

    Embora clulas vivas e mortas sejam capazes de acumular metais, pode haver

    diferenas nos mecanismos envolvidos em cada caso, dependendo da extenso da

    dependncia metablica (GADD, 1990).

    O entendimento dos mecanismos pelos quais microrganismos acumulam metais

    importante para o desenvolvimento de processos de concentrao, remoo e recuperao

    de metais de solues aquosas. Por exemplo, o conhecimento das reaes qumicas ou

    fisiolgicas durante a biossoro metlica poderia possibilitar a especificao e controle

    dos parmetros do processo para aumentar a velocidade, quantidade e especificidade da

    acumulao metlica.

    As paredes de bactrias, algas e fungos so eficientes biossorventes metlicos, e

    em muitos casos a ligao inicial pode ser seguida pela deposio inorgnica de

    quantidades crescentes de metal. Ligaes covalentes e inicas podem estar envolvidas

    na biossoro, com constituintes tais como protenas e polissacardeos. Em vrias

    espcies, a biossoro pode ser a maior proporo da reteno total. Isto especialmente

    verdadeiro para metais pesados como chumbo e alumnio, e radioativos como urnio e

    trio. As variaes na composio das paredes celulares das clulas microbianas, que

    podem ser influenciadas pelas condies de cultura, podem resultar em variaes

    considerveis na capacidade biossortiva e permitir algum grau de acumulao seletiva

    (GADD, 1990).

    2.1.6.1 Biossoro de Cromo VI

    Na maioria dos estudos sobre biossoro de ons metlicos, os mesmos so

    removidos de uma soluo na forma de ctions, uma vez que a maioria dos metais existe

    numa soluo na forma catinica. Entretanto, alguns metais podem existir em soluo

    tanto como ction ou nion, dependendo do estado de valncia do metal. O cromo um

    exemplo deste tipo de metal, sendo que o nion CrO4

    2-

    (Cr(VI)) altamente txico.

    A remoo de cromo(VI), tem sido avaliada por vrios pesquisadores com

    diferentes tipos de adsorventes, biolgicos e no biolgicos (SAG & KUTSAL, 1989;

    PANDAY et al., 1984; SHARMA & FORSTER, 1993; NOURBAKHSH et al. 1994). Em

    todos os casos o pH da soluo teve uma influncia muito grande na capacidade de

    remoo do cromo(VI), sendo que as maiores remoes de cromo foram obtidas a pH 2,0.

  • 29

    A temperatura exerceu uma menor influncia, mas o aumento da temperatura (numa faixa

    de 25 a 45o

    C) provocou uma reduo na capacidade de reteno nos vrios adsorventes

    utilizados.

    SHARMA & FORSTER (1993) avaliaram o comportamento da turfa do musgo

    esfagno, substncia que tem demonstrado capacidade de troca inica e complexao com

    metais pesados, na biossoro de cromo(VI). A dessoro do metal com soluo de

    NaOH 1M removeu somente 50% do metal sorvido, sugerindo que a interao metal-

    musgo envolvia fortes foras de quimiossoro.

    GUAN et al. (1993) estudaram a capacidade de adsoro de um consrcio de

    bactrias desnitrificantes para CrO4

    2-

    . Para determinar quais fatores afetavam a

    quantidade de metal captada pela biomassa, um conjunto de experimentos foi realizado.

    Os fatores observados foram: pH, temperatura, concentrao de CCl4, estado da biomassa

    (viva ou morta) e concentrao de Fe3+

    . Os resultados tambm foram usados para

    determinar quais dos parmetros experimentais tinham efeito significativo sobre os

    parmetros da isoterma de Langmuir, mxima concentrao do ons na fase slida (limite

    prtico da capacidade de adsoro de um material), e constante de equilbrio. Todos os

    parmetros, diretamente ou por interao, tiveram um efeito significativo sobre os dois

    parmetros da isoterma de Langmuir. Entretanto, os efeitos do pH da soluo e estado da

    biomassa (ativa ou inativa) foram maiores.

    A biossoro de Cr(VI) ou sua reduo para Cr(III), relativamente muito menos

    txico, por microrganismos so processos teis na remediao de slidos e guas

    contaminadas. Um grande nmero de bactrias, tanto aerbias como anaerbias,

    removem Cr(VI) de solues reduzindo-o a Cr(III). Uma frao do Cr(VI) reduzido pode

    tambm ser retido pelas clulas.

    As cianobactrias Anabaena variabilis e Synechococcus PCC 6301 foram

    avaliadas quanto s suas capacidades em biossorver e reduzir o on cromato (WILHELMI

    & DUNCAN, 1995; GARNHAM & GREEN, 1995). Dois tipos de ensaios de biossoro

    de cromato foram realizados (curto e longo). No ensaio curto, culturas em fase

    exponencial de crescimento foram colocadas em contato com as solues contendo

    cromato por 4 horas. No ensaio longo, as culturas cresciam na presena do ons

    cromato por um perodo de 18 dias.

  • 30

    Os estudos de acumulao de cromato de curta durao revelaram nveis de

    biossoro rpidos e relativamente baixos, quando comparados biossoro de ctions.

    Para os autores, a composio da parede celular das cianobactrias, similar das bactrias

    Nos estudos de exposio ao on cromato por perodos mais longos Anabaena

    variabilis foi capaz de reduzir cromo(VI) a cromo(III) e acumular cromo(III). A espcie

    Synechococcus PCC 6301 no foi capaz de reduzir cromato, interagindo com o on

    apenas por biossoro.

    2.1.7 LEGISLAO AMBIENTAL

    A legislao ambiental no Brasil comeou a ser estabelecida na dcada de 80,

    quando muitos dos representantes de grupos ambientalistas passaram a participar do

    governo e outros setores pblicos. Atualmente as leis brasileiras de proteo ambiental

    so internacionalmente aceitas. Foram criadas as reas de Proteo Ambiental, o Estatuto

    de Tombamento e, em 1998, foi sancionada a Lei de Crimes Ambientais, que estabelece

    as penas para infraes e agresses cometidas contra o meio ambiente no Brasil.

    A resoluo 357/05 do CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) define

    padres de qualidade para classificar uma gua doce como potvel para consumo humano

    em 0,05 mg/L de cromo total (CONAMA, 2007), definindo o limite mximo tolervel

    dos contaminantes na gua para garantir a potabilidade da mesma. Porm, difcil,

    devido falta de dados mais precisos em relao aos danos sade humana quando os

    metais esto presentes em concentraes muito baixas. Os limites aceitveis podem variar

    de um rgo regulador para outro. Por exemplo, o CONSEMA (Conselho Estadualdo

    Meio Ambiente) define em sua resoluo 128/2006, 0,1 mg Cr+6

    /L de cromo (VI) e

    0,5mg Cr/L de cromo total.

    O Conselho Nacional do Meio Ambiente estabeleceu a classificao das guas

    doces, salobras e salinas do Territrio Nacional, atravs da Resoluo N 20, de 18 de

    junho de 1986, atualmente substituda pela Resoluo CONAMA 357/2005. Conforme

    est resoluo os valores mximos para alguns metais, para gua destinada ao

    abastecimento domstico, aps o tratamento convencional, est apresentado no Tabela 1.

  • 31

    Tabela 1: Padres de potabilidade de gua para metais pesados

    METAL CLASSE 1

    (mg/L)

    CLASSE 2 E 3

    (mg/L)

    Alunnio 0,100 0,100

    Cdmio 0,001 0,010

    Chumbo 0,030 0,050

    Cobre 0,020 0,500

    Cromo trivalente 0,500 0,500

    Cromo hexavalente 0,1 0,1

    Ferro solvel 0,300 5,000

    Mangans 0,100 0,500

    Mercrio 0,0002 0,002

    Nquel 0,025 0,025

    Zinco 0,180 5,00

    Fonte: MOTA (1995).

    Para descarte de efluentes a resoluo N 20 do CONAMA estabelece alguns

    limites de emoses para uns metais, que mostra a Tabela 2.

    Tabela 2: Valores mximos admissveis de alguns metais, para o descarte de efluentes.

    METAL VMA(mg/L) METAL VMA(mg/L)

    Cdmio 0,20 Ferro solvel 15,0

    Chumbo 0,50 Mangans solvel 1,00

    Cobre 1,00 Mercrio 0,01

    Cromo(VI) 0,50 Nquel 2,00

    Cromo(III) 2,00 Zinco 5,00

    Fonte: MOTA (1995).

  • 32

    2.2 MATERIAL E MTODOS

    O fluxograma da Figura 4 apresenta as atividades do Trabalho de Concluso de

    Curso, as quais foram realizadas no Laboratrio de Fermentaes da Faculdade de

    Engenharia e Arquitetura.

    Figura 4: Fluxograma das atividades do projeto do trabalho de concluso de curso

    realizadas no Laboratrio de Fermentaes da Faculdade de Engenharia e Arquitetura.

  • 33

    2.2.1 CULTIVO DA MICROALGA Spirulina platensis

    Os cultivos foram realizados utilizando as cepas Spirulina platensis paracas e

    Spirulina platensis Leb disponveis no Laboratrio de Fermentaes da Faculdade de

    Engenharia e Arquitetura da UPF.

    2.2.1.1 Meio de cultivo

    O meio utilizado para o cultivo e preparo dos inculos foi o meio Zarrouk, de

    composio qumica definida, e amplamente utilizado em experimentos com microalgas,

    especialmente para a microalga Spirulina platensis. O meio Zarrouk foi preparado a partir

    das Substncias descritas na Tabela 3.

    Tabela 3: Composio qumica do meio Zarrouk

    Reagentes Quantidades

    NaHCO3 16,8(g.L-1

    )

    K2HPO4 0,5(g.L-1

    )

    NaNO3 2,5(g.L-1

    )

    K2SO4 1,0(g.L-1

    )

    NaCl 1,0(g.L-1

    )

    MgSO4.7H2O 0,2(g.L-1

    )

    CaCl2 0,04(g.L-1

    )

    FeSO4.7H2O 0,01(g.L-1

    )

    EDTA 0,08(g.L-1

    )

    Soluo A5 1 mL

    Soluo B6 1 mL

    Soluo A5 (g.L-1): H3BO3: 2,86; MnCl2.4H2O: 1,81; ZnSO4.7H2O: 0,222; CuCO4.5H2O: 0,079; MnO3:

    0,015.

    Soluo B6 (g.L-1): NH4VO3: 22,86; KCr(SO4)2. 12H2O:192; NiSO4. 6H2O: 44,8; NaWO4. 2H2O: 17,94;

  • 34

    TiOSO4. H2SO4. 8H2O: 61,1; CO(NO3)2. 6H2O: 43,98.

    Para cada uma das solues, os sais foram pesados e solubilizados

    separadamente em 100 mL de gua destilada e autoclavados. O FeSO4 foi autoclavado

    separadamente dos 100 mL de gua.

    Foram preparadas solues estoque do metal, utilizando dicromato, atravs da

    dissoluo de 10 mg.L-1

    , 20 mg.L-1

    e 30 mg.L-1

    de concentrao de cromo VI.

    2.2.1.2 Condies de Cultivo e Biorreatores

    O cultivo da microalga S. platensis foi realizado em estufa termostatizada a 30 C,

    com iluminao proveniente de lmpadas fluorescentes de 20 W posicionadas no interior

    da estufa, fornecendo um total de 1800 lux, fotoperodo de 12 horas (12 horas de claro e

    12 horas de escuro) controlado por um temporizador automtico.

    Os cultivos foram realizados em frascos de erlenmeyers de 2 L (biorretores)

    contendo 1,8 L de meio inicial. O meio de cultivo utilizado foi o Zarrouk (Zarrouk,

    1966), diludo a 50%. A aerao foi mantida com fluxo de ar constante, de 0,02 vvm

    (volume de ar/volume de meio/minuto), mantida por bombas de diafragma. A Figura 5

    mostra um esquema do aparato experimental.

    Fonte: COLLA et al. (1999)

    Figura 5: Esquema simplificado dos cultivos aerados da cianobactria Spirulina platensis.

  • 35

    2.2.2 PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL

    Os experimentos foram realizados a partir de um Planejamento Fatorial

    Multinveis 21.4

    1, conforme Tabela 4.

    Tabela 4: Matriz do Planejamento Fatorial Multinveis 21.4

    1.

    Experimentos X1 (Cepa) X2 (Cromo VI (mg/L) inicial)

    1 (-1) Paracas (-2) 0

    2 (-1) Paracas (-1) 10

    3 (-1) Paracas (+1) 20

    4 (-1) Paracas (+2) 30

    5 (+1) Leb (-2) 0

    6 (+1) Leb (-1) 10

    7 (+1) Leb (+1) 20

    8 (+1) Leb (+2) 30

    2.2.3 DETERMINAES ANALTICAS

    2.2.3.1 Determinao do pH

    Alquotas foram coletadas a cada 24 horas para o monitoramento do pH, durante

    os 30 dias de cultivo, atravs de leitura em um potencimetro com eletrodo de vidro.

    2.2.3.2 Determinao da Concentrao Celular

    Alquotas foram coletadas a cada 24 horas para a determinao da concentrao

    celular, durante 30 d, atravs de leitura da Abs a 670 nm em espectrofotmetro. As

    absorbncias foram relacionadas com uma curva-padro de biomassa, construda

    utilizando suspenses da microalga Spirulina platensis paracas e Spirulina platensis Leb.

    A curva padro consiste numa relao pr-estabelecida entre a concentrao celular e a

    absorbncia a 670 nm.

  • 36

    Para a construo da curva padro, as suspenses de clulas foram diludas a fim

    de obterem-se diferentes concentraes da microalga. As concentraes de cada

    suspenso foram determinadas atravs da filtrao em bomba de vcuo de 25 mL de cada

    diluio como mostra a Figura 6. A massa celular retida no filtro foi transferida para uma

    placa de Petri e colocada em estufa a 60C por 24 horas. Todas as diluies foram

    submetidas leitura de absorbncia em espectrofotmetro UV a 670 nm. A relao ABS

    (absorbncia) versus concentrao de biomassa (g/L) foi obtida a partir de regresso

    linear dos dados utilizando-se o programa Excel.

    Figura 6: Tcnica de separao de clulas por filtrao.

    2.2.3.3 Determinao de Metais

    A determinao de metais foi realizada atravs da espectrofotometria a 540 nm,

    atravs do mtodo da colorimetria sendo realizada a avaliao dos metais nos tempos de

    0, 15 d e 30 d.

    A anlise de colorimetria realizada atravs de uma digesto cida, com cido

    fosfrico (H3PO4) e logo aps adicionado soluo de Difenilcarbazida, o qual ir dar a

    colorao que indicar a concentrao do metal em questo. Esperar um tempo de 10

    minutos para que a soluo de Difenilcarbazida reagir com o metal, aps fazer a leitura

    no espectofotometro de absoro em um comprimento de onda de 540 nm. Estas leituras

    foram relacionadas com a curva padro do cromo VI pr estabelicida.

  • 37

    2.3 RESULTADOS E DISCUSSO

    2.3.1 DETERMINAO DO pH

    Em relao ao pH, todos os experimentos iniciaram com 10 e 10,5 e aps o

    cultivo atingiu-se pH entre 10,9 a 11,00, quais mostra o Apndice A. Este aumento de pH

    pode ser explicado pelo consumo de ons, ou pela troca inica determinada pela parede

    celular da microalga (ROMERA et al., 2007). O pH timo para o cultivo da microalga

    Spirulina platensis deve ser superior a 9 (VONSHAK, 1997) verificando-se que o pH foi

    mantido na faixa tima para todos os cultivos. Os grficos que apresentam o pH ao longo

    do tempo de cultivo esto no Apndice B

    2.3.2 CRESCIMENTO DA BIOMASSA

    A determinao da concentrao da biomassa para os cultivos das microalgas

    Spirulina platensis Paracas e Spirulina platensis Leb foi obtida atravs da correlao

    entre a absorbncia da amostra e a correspondente concentrao celular, apresentada nas

    curvas padro das Figuras 7 e 8.

    Figura 7: Curva padro da microalga Spirulina platensis Paracas.

  • 38

    Figura 8: Curva padro da microalga Spirulina platensis Leb.

    Em relao ao crescimento ao longo do tempo observou-se que o mximo

    crescimento celular ocorreu nos experimentos 1 e 5 conforme as Figuras 9 e 10, sendo

    estes experimentos os controles realizados sem a contaminao com o metal,

    apresentando concentraes mximas de biomassa de 1,45 gclula seca/L.

    Os experimentos 2 e 6 (Figura 11 e 12), com contaminao de cromo de 10 mg/L

    apresentaram concentraes de biomassa de 1,42 gclula seca/L e 1,40 gclula seca/L, similar ao

    crescimento observado nos experimentos controle.

    Os experimento 3, 4, 7 e 8 (contaminaes de cromo de 20 mg/L e 30 mg/L),

    apresentaram baixo crescimento celular (Figuras 13, 14, 15 e 16), com concentraes de

    biomassa mximas de 0,429 gclula seca/L; 0,187 gclula seca/L; 0,349 gclula seca/L e 0,129 gclula

    seca/L.

    Figura 9: Concentrao Celular

    (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o

    experimento 1 (controle).

    Figura 10: Concentrao Celular

    (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o

    experimento 5 (controle).

  • 39

    Figura 11: Concentrao Celular

    (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o

    experimento 2 (contaminao de 10 mg/L

    de Cr VI).

    Figura 12: Concentrao Celular

    (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o

    experimento 6 (contaminao de 10 mg/L

    de Cr VI).

    Figura 13: Concentrao Celular

    (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o

    experimento 3 (contaminao de 20 mg/L

    de Cr VI).

    Figura 14: Concentrao Celular

    (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o

    experimento 7 (contaminao de 20 mg/L

    de Cr VI).

    Figura 15: Concentrao Celular

    (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o

    experimento 4 (contaminao de 30 mg/L

    de Cr VI).

    Figura 16: Concentrao Celular

    (gclulaseca/L) versus tempo (d) para o

    experimento 8 (contaminao de 30 mg/L

    de Cr VI).

  • 40

    O Apndice B apresenta os resultados de concentrao celular (gclula seca/L) para

    os experimentos do planejamento experimental em funo do tempo de cultivo.

    Para a obteno das velocidades especficas mximas de crescimento (max) e dos

    tempos de gerao, foram cosntruidos os grficos apresentados nas Figuras 17, 18, 19,

    20, 21, 22, 23 e 24. As regresses obtiveram altos coeficientes de correlao, o que indica

    que os dados utilizados se aproximam do comportamento exponencial (fase Log), tpico

    da fase logartimica de crescimento de microrganismos. As velocidades especifcas

    mximas de crescimento so o coeficiente b das equaes representadas nas figuras

    (Y=a.eb.X

    ).

    Figura 17: Regresso exponencial da

    concentrao de biomassa versus tempo

    para o clculo da umax do experimento 1

    (concentrao inicial de 0 mg/L de Cromo

    VI).

    Figura 18: Regresso exponencial da

    concentrao de biomassa versus tempo

    para o clculo da umax do experimento 2

    (concentrao inicial de 10 mg/L de

    Cromo VI).

    Figura 19: Regresso exponencial da

    concentrao de biomassa versus tempo

    para o clculo da umax do experimento 3

    Figura 20: Regresso exponencial da

    concentrao de biomassa versus tempo

    para o clculo da umax do experimento 4

  • 41

    (concentrao inicial de 20 mg/L de

    Cromo VI).

    (concentrao inicial de 30 mg/L de

    Cromo VI).

    Figura 21: Regresso exponencial da

    concentrao de biomassa versus tempo

    para o clculo da umax do experimento 5

    (concentrao inicial de 0 mg/L de Cromo

    VI).

    Figura 22: Regresso exponencial da

    concentrao de biomassa versus tempo

    para o clculo da umax do experimento 6

    (concentrao inicial de 10 mg/L de

    Cromo VI).

    Figura 23: Regresso exponencial da

    concentrao de biomassa versus tempo

    para o clculo da umax do experimento 7

    (concentrao inicial de 20 mg/L de

    Cromo VI).

    Figura 24: Regresso exponencial da

    concentrao de biomassa versus tempo

    para o clculo da umax do experimento 8

    (concentrao inicial de 30 mg/L de

    Cromo VI).

  • 42

    Os resultados da concentrao celular mxima, tempo de gerao (Tg), velocidade

    especfica mxima de crescimento (max) e intervalo da fase logartimica de crescimento

    obtidos atravs do planejamento experimental esto apresentados na Tabela 5.

    Tabela 5: Concentrao celular mxima, tempo de gerao (Tg), velocidade especfica

    mxima de crescimento (max) e intervalo da fase logartimica de crescimento para os

    experimentos do planejamento experimental.

    Exp. X1 (Cepa)

    X2 (Cromo

    VI (mg/L)

    inicial)

    Conc. mx (gclula

    seca/L) Tg (d)

    max

    (gclula/gclula.d)

    Log

    (d)

    1 (-1) Paracas (-2) 0 1,446 4,0159 0,1726 15

    2 (-1) Paracas (-1) 10 1,426 3,5113 0,1974 13

    3 (-1) Paracas (+1) 20 0,478 2,7321 0,2537 7

    4 (-1) Paracas (+2) 30 0,409 3,1041 0,2233 9

    5 (+1) Leb (-2) 0 1,064 3,9094 0,1773 15

    6 (+1) Leb (-1) 10 1,405 3,9653 0,1748 15

    7 (+1) Leb (+1) 20 0,569 2,4252 0,2858 8

    8 (+1) Leb (+2) 30 0,523 3,2450 0,2136 9

    Verifica-se na Tabela 4 que maiores umax (menor tempo de gerao) foram obtidas

    nos experimentos que apresentaram menores concentraes mximas de clulas, o que

    pode ser explicado pelo fenmeno de sombreamento que causado nas clulas quando as

    concentraes de biomassa so superiores a 0,5 g/L. O sombreamento limita a absoro

    de energia luminosa da fotossntese, limitando as taxas de crescimento. Entretanto,

    verifica-se que os experimentos que apresentaram elevadas umax permaneceram pouco

    tempo na fase exponencial de crescimento (menores log), devido serem os

    experimentos com as maiores contaminaes de cromo.

    A concentrao de biomassa uma varivel importante durante a captao de

    metal (ROMERA et al., 2007). Mas devemos considerar que quanto maior o crescimento

    da biomassa, maior a quantidade de matria seca a ser disposta corretamente, pois o

    metal que retirado do meio vai estar acumulado no interior da biomassa. Portanto em

    experimentos de remoo de metais, o crescimento da biomassa no deve ser exagerado,

    para no gerar um grande custo de tratamento e disposiso final desta biomassa. Neste

    experimento o resultado foi muito bom, pois a biomassa no apresentou um crescimento

  • 43

    exagerado e o metal foi removido com uma boa eficincia.

    2.3.3 REMOO DO METAL

    A Tabela 6 apresenta os resultados de remoo de Cromo VI nos

    experimentos do Planejamento Experimental aos 15 d e 30 d de cultivo da microalga

    Spirulina. A anlise de varincia dos dados de remoo de cromo VI em funo do tempo

    de cultivo, da cepa e da concentrao inicial de cromo demonstrou que a interao entre

    as trs variveis foi significativa sobre a remoo de cromo (p < 0,00001). A comparao

    de mdias dos resultados de remoo de cromo VI est apresentada na Tabela 6, sendo

    que mdias seguidas de letras iguais no apresentam diferena significativa entre si (p >

    0,05), enquanto mdias seguidas de letras diferentes apresentam diferena significativa

    entre si (p < 0,05). A Figura 25 apresenta a remoo de cromo em funo das variveis

    cepa e concentrao inicial de cromo e do tempo de cultivo.

    Tabela 6: Remoo de Cromo VI nos experimentos do Planejamento Experimental aos 15

    d e 30 d de cultivo da microalga Spirulina

    Remoo (%)

    Exp. (cepa) Concentrao de cromo VI (mg/L) 15 d (%) 30 d (%)

    1 (Paracas) 0 00,0a 00,0

    a

    2 (Paracas) 10 77,50c 78,92

    d

    3 (Paracas) 20 88,75g 88,93

    g

    4 (Paracas) 30 89,84h 92,06

    j

    5 (Leb) 0 00,0a 00,0

    a

    6 (Leb) 10 74,10b 77,80

    c

    7 (Leb) 20 86,47e 88,04

    f

    8 (Leb) 30 90,50i 90,82

    i

    A anlise estatstica demonstrou que os melhores resultados foram obtidos nos

    experimentos 4 e 8, ou seja, os que iniciaram com contaminao de Cr VI de 30mg/L. O

    melhor resultado obtido foi no experimento 4 com a cepa Paracas em um tempo de 30 d,

    mas no tempo de 15 d tambm obteve-se remoo significativa. O experimento 8 com a

    cepa Leb, no apresentando diferenas significativas entre os tempos de cultivo, mas

    apresentou remoo do metal. A maior remoo de cromo VI foi obtida no experimento

  • 44

    4, com contaminao inicial de 30 mg/L de cromo, aos 30 d de cultivo. Entretanto, sob o

    ponto de vista econmico, o cultivo deve ser encerrado em 15 d de cultivo.

    Cepa: S. platensis Paracas

    [Cr] mg/L

    0

    10

    20

    30-10

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    110

    Rem

    o

    o d

    e cr

    om

    o (

    %)

    Cepa: S. platensis LEB

    [Cr] mg/L

    0

    10

    20

    30

    15 d

    30 d

    Figura 25: Remoo de cromo VI (%) em funo da concentrao inicial de cromo nos

    cultivos, da cepa e do tempo de cultivo (d).

    Calado et al. (2003) obtiveram remoes de Pb+2

    de 85% com as algas Sargassum

    spp e Arribadas, sendo estes valores semelhantes aos obtidos neste trabalho.

    Viacelli (2007) utilizou concentraes iniciais de chumbo e cdmio de no mximo

    0,2 mg/L obtendo remoes de 86% a 90%. Neste trabalho, a Spirulina realizou com

    eficincia a remoo de cromo VI, demonstrando o potencial desta microalga para a

    remoo de metais txicos por biossoro.

    Bueno (2007) avaliou o potencial de remoo dos metais Pb(II), Cr(III) e Cu(II)

    utilizando o microorganismo R. opacus como biossorvente. As concentraes iniciais

    foram de 20 mg/L para os trs metais, no final do cultivo foi obtido resultados de 94% de

    remoo para o Pb(II), 54% de remoo para o Cr(III) e 43% de remoo para o Cu(II).

    Neste trabalho a microalga Spirulina realizou a remoo de Cr VI com maior eficincia,

    demonstrando sua capacidade de remoo de metais txicos.

  • 45

    3 CONCLUSO

    Conclui-se que a microalga Spirulina foi capaz de realizar a biossoro de cromo

    VI nos meios contaminados com 10 mg/L, 20mg/L e 30 mg/L de cromo VI, apresentando

    remoes de 78% at 92%, podendo ser utilizada em estudos posteriores de remoo de

    cromo VI de efluentes lquidos.

  • 46

    REFERNCIAS

    ABALDE, J et al. Microalgas: Cultivo e Aplicaciones. Universidade da Corua, 1995

    ALONSO, J. R. Tratado de Fitoqumica: Bases Clnicas Y Famacologicas. Isis.

    Buenos Aires. 1998.

    BAIRD, Colin; GRASSI, Marco Tadeu (Consult.) Qumica ambiental. 2. ed. Porto

    Alegre: Bookman, 2002. 622 p.

    BECKER, W. Microalgae in human and animal nutrition, In: RICHMOND, A. (Ed.).

    Handbook of microalgal culture: biotechnology and applied phycology. London:

    Blackwell Science, 2004. p.312-351.

    BORGES,D.,G.;Fundamentos da Espectrometria de Absoro Atmica de Alta

    Resoluo com Fonte Contnua.Univesidade Federal de Santa Catarina, 2005.

    BULOCK, J; KRISTIANSEM, B. Biotecnologia Bsica. Zaragoza. Espanha. Edital

    Acribia. 1991.

    BUENO. M. Y. B.; Remoo de Pb, Cr e Cu por Processo Combinado Biossoro/

    Bioflotao utilizando a Cepa Rhodococcus Opacus.Pontifcia Universidade Catlica

    do Rio de Janeiro, 2007

    CALADO, S. C. S. et. al. Cintica e Equilbrio de Biossoro de Chumbo por

    Macroalgas. Universidade Federal de Pernambuco-UFPE. Pernambuco, 2003.

    CAMPOS, J.; Espectrofotometria de Absoro Atmica. Universidade Federal do

    Paran, 2003.

    CEZARE,E.A. Contribuio ao Estudo da Produo de Biomassa de Spirulina platensis

    Empregando Uria como Fonte de Nitrognio por meio de Processo Descontnuo

    Alimentado. Exame de Qualificao Especfica de Ps Graduao em Tecnologia

    Bioqumico Farmacutica. UPS. So Paulo. SP, 1998.

    COLLA, L. M. et al. Fatty acids of Spirulina platensis grown under different

    temperatures and nitrogen concentrations. Zeitschrift fr Naturforschung, v.59c, p.55-59,

    2004.

    DERNER, R. B.; OHSE, S.; VILLELA, M.; CARVALHO, S. M.; FETT, R. Microalgas,

    produtos e aplicaes. Cincia Rural. v.36, n.6, p.1959-1967, 2006.

    FAY, P. The blue-greens. London: Edwald Arnold, 1983. p. 30-40.

    FERRAZ, C. A. M. Produo de Spirulina mxima: Influncia de ecofatores e uso de

    um sub produto da industria alcooeira. So Paulo, 1986, 223p. Dissertao de

    Mestrado Faculdade de Cicias Farmacutica - Universidade de So Paulo

  • 47

    FERRAZ, C. A. M.; AQUARONE, E.; BALLONE, W.; TREDICI, M. Utilizacao de

    Subprodutos na Industria Alcooleira na Obtencao de Biomassa de Spirulina Maxima.

    Parte I-Emprego do Anidrido Carbonico. Revista Microbiologia, 16(3): 179-187, jul/set.

    So Paulo. SP, 1985.

    GADD, G. M. Biosorption. Chemistry & industry, v.2, p.421-426, 1990.

    GADD, G.M. (1990), "Fungi and Yeast for Metal Accumulation in Microbial Mineral

    Recovery" in Environmental Biotechnology (H.L. Lehrlich, C.L. Bierley, Eds.),

    McGraw Hill, pp. 249-275.

    GARNHAM, G. W., GREEN, M. Chromate (VI) uptake by and interactions with

    cyanobacteria. Journal of Industrial Microbiology, v.14, p.247-251, 1995.

    GORDON, D.B. 1995. Spectroscopic Techniques.pp. 324-344 in Principles and

    Techniques in Practical Biochemistry. K. Wilson & J. Walker Eds., Cambridge

    University Press, Cambridge.

    GUAN, L., PETERSEN, J. N., JOHNSTONE, D. L., YONGE, D. R., BROUNS, T. M.

    Equilibrium sorption of Cr6+

    by a consortia of denitrifying bacteria. Biotechnology

    Letters, v.15, n.7, p.727-732, 1993.

    HALL, D.O. Fotossntese. Universidade de Sa Paulo. So Paulo.SP, 1980.

    HENRIKSON, R. Microalga Spirulina Superalimento del futuro. Barcelona:

    Ediciones Urano, ISBN 84-7953-047-2. 1994.

    LIMA, E. e MASINI, J. Instituto de Qumica - Universidade de So Paulo - CP 26077 -

    05599-970 - So Paulo - SP 1999.

    MALAJOVICH, M. A. Biotecnologia. Rio de janeiro RJ, 2004.

    MICHEL, J. P. Manual de metodologias y Alternativas para el Cultivo de

    Microalgas. Ensenada, Baja California, Mexico, 1986.

    MOTA, S. Preservao e Conservao de Recursos Hdricos. Rio de Janeiro: ABES,

    1995

    MURALEEDHARAN, T. R., IYENGAR, L., VENKOBACHAR, C. Biosorption: an

    attractive alternative for metal removal and recovery. Current Science, n.61, n.6, p.379-

    385, 1991.

    NUNES, V.A.; GOMES,G.A.; SILVA,R.C.; LACAZ-RUIZ, R. Tpicos de biologia

    molecular para o estudo de cianobactria. Inn: LACAZ-RUIZ, R., coord. Espirulina

    Estudos & Trabalhos: Editora Roca. 2003, p. 235-237.

    PIRT, S. J. Principles of Microbe Cultivation. Nova York, John Wiley & Sons, Inc.,

  • 48

    1975.

    POWELL,C. K.; CHADDOCK,L. B.; DIXON, J. R.; The Motion of Algae in Turbulent

    Flow. Biotechnology and Bioengineering, Vol VII, 295-308, 1965.

    PRESCOTT,S. C., DUNN. C.G.; Industrial Microbiology. MacGraw-Hill. New York,

    USA, 1962.

    RICHMOND, A. Handbook of microalgal mass culture. Boston: CRC Press, 1990. p.

    156, 177; 304, 306, 1990.

    ROMERA, E. et al., Comparative study of biosorption of heavy metals using different

    types of algae. Bioresource Technology. v.98, p. 3344-3353, 2007.

    SAG, Y., KUTSAL, T. Application of adsorption isotherms to crhomium adsorption on

    Z. ramigera. Biotechnology Letters, v.11, n.2, p.141-144, 1989.

    SAG, Y., KUTSAL, T. Fully competitive biosorption of chromium(VI) and iron(III) ions

    from binary metal mixtures by R. arrhizus: use of the competitive Langmuir model.

    Process Biochesmistry, v.31, n.6, p.573-585, 1996a.

    SAG, Y., KUTSAL, T. The selective biosorption of chromium(VI) and copper(II) ions

    from binary metal mixtures by R. arrhizus. Process Biochesmistry, v.31, n.6, p.561-572,

    1996b.

    SALGADO, P. E. T. Toxicologia dos metais. In: OGA, S. Fundamentos de toxicologia.

    So Paulo, 1996. cap. 3.2, p. 154-172.

    SARAVIA, R. A., TAVARES, C. R. G. Utilizao de macroalgas como

    bioadsorventes no tratamento de efluentes de curtumes. In ANAIS ENCONTRO

    BRASILEIRO SOBRE ADSORO, I, 1997, Fortaleza. p.232-238.

    SHARMA, D. C., FORSTER, C. F. Removal of hexavalent chromium using sphagnum

    moss peat. Wat. Res., v.27, n.7, p.1201-1208, 1993.

    SILVA, A .J.; BIDART,A ., F.; CASELLA,R., J.; Absoro Atmica, 2000.

    TOBIN, J. M., WHITE, C., GADD, G. M. Metal accumulation by fungy: applications in

    environmental biotechnology. Journal of Industrial Microbiology, v.13, p.126-130,

    1994.

    VIACELLI, J.;Remoo de ons Cdmio e Chumbo de Efluente Sinttico por

    Microalga Spirulina platensis. Universidade de Passo Fundo, 2007.

    VOLESKY, B., HOLAN, Z. R. Biosorption of heavy metals. American Chemical

    Society and American Institute of Chemical Engineers, p.235-251, 1995.

    VONSHAK, A. Spirulina platensis (Arthrospira). Physiology, cell-biology and

    biotechnology, London: Taylor & Francis, 1997.

  • 49

    VONSHAK. A; BOUSSIBA, S; ABELIOVICH, A; RICHMOND, A . Production of

    Spirulina Biomass: Maitenance of Monoalgal Culture Outdoors. Biotechnology and

    bioengineering, vol. XXV, 341-349, 1983.

    WANG, D. I. C et al. Fermentation and Enzyme Technology. Nova York, John Wiley &

    Sons, 1979.

    WILHELMI, B. S., DUNCAN, J. R. Metal recovery from Saccharomyces cerevisiae

    biosorption columns. Biotechnology Letters, v.17, n.9, p.1007-1012, 1995.

    WISEMAN, A Prncipios da Biotecnologia. Zaragoza. Espaa. Editorial Acribia, 1986.

  • 50

    APNDICES

  • Apndice A

    Anlise de pH referente aos 8 experimentos cultivados durante 30 dias.

    pH

    Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Exp. 4 Exp. 5 Exp. 6 Exp 7 Exp. 8

    1 10,47 10,52 10,52 10,59 10,77 10,65 10,68 10,54

    2 10,81 10,95 10,65 10,56 10,65 10,9 10,64 10,46

    3 10,65 10,34 10,3 10,49 10,65 10,52 10,56 10,4

    4 10,63 10,58 10,5 10,31 10,51 10,46 10,39 10,3

    5 10,48 10,34 10,43 10,3 10,42 10,43 10,48 10,36

    6 10,85 10,78 10,59 10,55 10,82 10,67 10,54 10,53

    7 10,62 10,62 10,66 10,57 10,77 10,81 10,73 10,69

    8 10,45 10,49 10,54 10,38 10,5 10,51 10,53 10,37

    9 10,52 10,49 10,57 10,45 10,55 10,56 10,62 10,39

    11 10,52 10,47 10,5 10,33 10,5 10,48 10,55 10,27

    12 10,53 10,36 10,44 10,35 10,71 10,63 10,66 10,5

    13 10,36 10,29 10,33 10,15 10,38 10,57 10,45 10,39

    14 10,28 10,46 10,49 10,41 10,69 10,81 10,78 10,58

    15 10,32 10,44 10,45 10,36 10,8 10,6 10,68 10,52

    16 10,3 10,36 10,36 10,05 10,54 10,39 10,3 10,19

    18 10,59 10,49 10,56 10,29 10,53 10,53 10,38 10,5

    19 10,88 10,76 10,67 10,71 10,91 10,08 10,9 10,63

    20 10,93 10,97 10,87 10,76 10,87 10,9 10,97 10,68

    21 11,07 11,12 10,94 10,73 10,97 10,96 11,01 10,74

    22 11,19 11,23 11,07 10,86 11,17 11,17 10,96 10,86

    23 10,84 10,82 10,77 10,57 10,81 10,73 10,66 10,46

    25 10,79 10,83 10,64 10,45 10,81 10,88 10,84 10,53

    26 10,86 10,84 10,69 10,52 10,83 10,76 10,74 10,67

    27 10,82 10,99 10,77 10,72 10,94 10,85 10,61 10,63

    28 10,99 10,97 10,67 10,51 10,96 10,94 10,82 10,74

    30 10,91 10,96 10,64 10,73 10,88 10,91 10,69 10,56

  • 52

    Apndice B

    Os grficos apresentam o pH ao longo do tempo de cultivo para os experimentos do planejamento experimental.

    pH versus tempo de cultivo (d) do

    experimento 1 do Planejamento

    Experimental.

    pH versus tempo de cultivo (d) do

    experimento 2 do Planejamento

    Experimental.

    pH versus tempo de cultivo (d) do

    experimento 3 do Planejamento

    Experimental.

    pH versus tempo de cultivo (d) do

    experimento 4 do Planejamento

    Experimental.

  • 53

    pH versus tempo de cultivo (d) do

    experimento 5 do Planejamento

    Experimental.

    pH versus tempo de cultivo (d) do

    experimento 6 do Planejamento

    Experimental.

    pH versus tempo de cultivo (d) do

    experimento 7 do Planejamento

    Experimental.

    pH versus tempo de cultivo (d) do

    experimento 8 do Planejamento

    Experimental.

  • 54

    Apndice C

    Anlise da concentrao celular (X) da microalga Spirulina platensis, em funo do tempo de cultivo.

    Concentrao Celular (X)

    Exp. 1 Exp. 2 Exp. 3 Exp. 4 Exp. 5 Exp. 6 Exp 7 Exp. 8

    1 0,054 0,049 0,060 0,043 0,048 0,048 0,043 0,045

    2 0,093 0,106 0,077 0,076 0,051 0,081 0,089 0,083

    3 0,108 0,113 0,084 0,077 0,062 0,098 0,103 0,093

    4 0,159 0,158 0,128 0,118 0,089 0,143 0,151 0,127

    5 0,189 0,194 0,125 0,113 0,106 0,168 0,162 0,129

    6 0,288 0,301 0,242 0,187 0,178 0,261 0,272 0,191

    7 0,360 0,371 0,259 0,217 0,222 0,312 0,315 0,224

    8 0,424 0,429 0,473 0,243 0,262 0,370 0,349 0,251

    9 0,461 0,475 0,308 0,269 0,304 0,414 0,398 0,281

    11 0,506 0,538 0,328 0,302 0,347 0,453 0,432 0,295

    12 0,528 0,566 0,478 0,318 0,346 0,485 0,451 0,291

    13 0,651 0,682 0,328 0,356 0,458 0,603 0,528 0,296

    14 0,689 0,705 0,342 0,362 0,451 0,634 0,569 0,268

    15 0,764 0,777 0,167 0,289 0,498 0,689 0,565 0,018

    16 0,810 0,813 0,272 0,200 0,557 0,720 0,514 0,022

    18 0,833 0,872 0,358 0,265 0,614 0,768 0,504 0.039

    19 0,884 0,908 0,376 0,249 0,612 0,953 0,512 0,050

    20 1,061 1,007 0,477 0,312 0,719 0,946 0,536 0,057

    21 1,084 1,074 0,198 0,321 0,751 0,972 0,350 0,058

    22 1,109 1,126 0,240 0,342 0,783 1,028 0,193 0,034

    23 1,168 1,154 0,151 0,344 0,852 1,064 0,105 0,007

    25 1,220 1,248 0,051 0,357 0,877 1,139 0,083 0,005

    26 1,238 1,337 0,