Avaliação do crescimento de micro-organismos fotossintetizantes em fotobiorreator tubular empregando nutrientes provenientes da vinhaça tratada / Evaluation of the growth of photosynthetic microorganisms in tubular photobioreactor using nutrients from treated vinasse

vinhaça é resultante da produção de álcool, após a fermentação do mosto e destilação do vinho. É um resíduo rico em nutrientes, principalmente matéria orgânica, nitrogênio, fósforo e potássio. Para ser despejado em rios e lagos, esse efluente deve passar por tratamentos para remoção desses nutrientes, pois o excesso desses elementos nos corpos hídricos poderia levar a grandes problemas ambientais, de modo que tem sido utilizado em fertirrigação. Microorganismos fotossintetizantes absorvem nutrientes inorgânicos, podendo absorver nutrientes de águas residuais. Se for removida a parte orgânica da vinhaça, a fração inorgânica ou com baixa carga orgânica pode ser a base ou o próprio meio de cultivo destes micro-organismos, que absorvem gás carbônico e sua biomassa é de interesse industrial. Neste contexto, foi estudado o cultivo de Monoraphidium contortum e Synechocystis salina, oriundos de água de mangue, em frascos de Erlenmeyer e em fotobiorreatores tubulares por processo descontínuo, empregando a vinhaça proveniente do tratamento aeróbio (biológico), acoplada a processos físico-químicos, com diferentes diluições. As características físico-químicas das vinhaças tratadas foram avaliadas. Além disso, foram comparados os crescimentos celulares nas diferentes condições experimentais adotadas para o crescimento da microalga M. contortum e da cianobactéria S. salina na vinhaça tratada com e sem diluição. Em cultivos em frascos de Erlenmeyer, em meio proveniente de tratamento biológico, o crescimento celular não diferiu do cultivo em meio padrão, com diluições de 5 e 2 vezes da vinhaça tratada para M. contortum e S. salina, respectivamente. Em fotobiorreator tubular, independente do tratamento ser apenas biológico ou também com carvão ativado, as concentrações celulares máximas (Xm) de M. contortum e S. salina foram da ordem de 1,86x107 células mL-1 e 7,90x106 células mL-1, respectivamente, valores esses menores que os obtidos em meio padrão, com valores de Xm de 2,69x107 células mL-1 e 1,27x106 células mL-1 para M. contortum e S. salina, respectivamente. Em fotobiorreatores tubulares, os teores de mínimos de lipídios de M. contortum e S. salina foram de 33,4 % e 11,0 %, respectivamente. Adicionalmente, os teores mínimos de proteínas da microalga foram de 15,1 % e da cianobactéria foi de 23,2 %

The vinasse is the result of the production of alcohol after the fermentation of the mash and the distillation of the wine. It is a waste rich in nutrients, mainly organic matter, nitrogen, phosphorus and potassium. To be discharged into rivers and lakes, this effluent must be treated in order to remove nutrients, because the excess of these elements in water bodies can lead to major environmental problems, so that it has been used in fertigation. Photosynthetic microorganisms absorb inorganic nutrients and they can absorb nutrients from wastewater. If the organic fraction of vinasse is removed, the inorganic or low organic fraction may be the basis or a medium of cultivation of these microorganisms, which absorb carbon dioxide and its biomass is of industrial interest. In this context, Monoraphidium contortum and Synechocystis salina from mangrove water were cultivated in Erlenmeyer flasks and in tubular photobioreactors by batch process using vinasse from aerobic biological treatment, coupled to physicochemical treatments with different dilutions. The physicochemical characteristics of the treated vinasse were evaluated. In addition, cell growth was compared under different experimental conditions adopted for growth of microalgae M. contortum and cyanobacteria S. salina in vinasse treated with and without dilution. In Erlenmeyer flask cultivations, in medium from the biological treatment, the cell growth was not different of that one in standard medium cultivation, with dilutions of 5 and 2 times the vinasse treated for M. contortum and S. salina, respectively. In the tubular photobioreactor, irrespective if the treatment is only biological or also is carried out treatment with activated charcoal, they were obtained maximum cell concentrations (Xm) of M. contortum and S. salina of 1.86x107 cells mL-1 and 7.90x106 cells. mL-1 , respectively, lower than the standard, whose Xm values were 2.69x107 cells mL-1 and 1.27x106 cells mL-1 for M. contortum and S. salina, respectively. In tubular photobioreactors, the minimum lipid contents of M. contortum and S. salina were 33.4 % and 11.0 %, respectively. In addition, the minimum protein content of microalgae was 15.1 % and cyanobacterium was 23.2 %

Desempeño de un reactor biológico secuencial (RBS) en el tratamiento de aguas residuales domésticas / Performance of a Sequencing Batch Reactor (SBR) in the treatment of domestic sewage

Se estudió la remoción biológica de materia orgánica y nutrientes de un agua residual doméstica empleando un Reactor Biológico Secuencial (RBS) a escala piloto. El estudio fue dividido en cuatro fases en las que se modifico la carga orgánica y la duración de las etapas anaerobia, aerobia y anoxica que conforman cada ciclo de tratamiento, considerando edades de lodo de 10 y 7,5 días. Durante las Fases I y II se operó el sistema con bajos valores de carga másica: 0,364 y 0,220 kg.DQO/Kg.SSV.dia, mientras que durante las Fases III y IV se emplearon cargas mayores: 0,665 y 0,737 kg.DQO/Kg.SSV.dia respectivamente. Los resultados obtenidos muestran que las mayores eficiencias de remoción de materia orgánica en términos de DBO se alcanzaron durante la Fases III (91%) y IV (82%), con remoción de fósforo superior a 40%. En cuanto al proceso de nitrificación durante las Fases I y II se registraron tasas de 0,032 y 0,024 kg.N-NH3/kg.SSV.dia, esto debido al menor contenido de materia orgánica y a la baja relación DBO/NKT, mientras que durante las Fases III y IV estas fueron menores: 0,015 kg.N-NH3/kg.SSV.dia durante la Fase III y 0,020 kg.N-NH3/kg.SSV.dia en la Fase IV, sin embargo, fue en estas fases donde se alcanzaron los mayores niveles de desnitrificación durante la etapa anóxica, favorecido por una relación C/N adecuada, próxima de 4 kg.DBO/kg.N-NO3- y la presencia de un substrato de fácil biodegradación. Los resultados obtenidos muestran los RBS como una alternativa eficiente y viable en el tratamiento de aguas residuales domésticas.

It was studied the biological removal of organic matter and nutrients from domestic wastewater using a Sequential Biological Reactor (SBR) at pilot scale. The study was divided into four phases in which the organic load and the duration of anaerobic, aerobic and anoxic cycle were modified, considering sludge ages of 10 and 7.5 days. During Phases I and II the system was operated with low mass load values: 0.364 and 0.220 kg.COD/kg.VSS.day, while during Phases III and IV were used heavier loads: 0.665 and 0.737 kg.COD/Kg.VSS.day respectively. The results obtained show that the removal efficiencies of organic matter in terms of BOD were achieved during Phase III (91%) and IV (82%) with phosphorus removal exceeding 40%. As for the nitrification process during Phases I and II showed rates of 0.032 and 0.024 kg.N-NH3/kg.VSS.day, this due to lower organic matter content and low BOD/TKN, while during phases III and IV these were lower: 0.015 kg.N-NH3/kg.VSS.day during Phase III and 0.020 kg.N-NH3/kg.VSS.day in Phase IV, however, was in these phases which reached the highest levels of denitrification during the anoxic phase, favored by a C/N appropriate next of 4 kg.BOD/kg.N-NO3- and the presence of an easily biodegradable substrate. The results show the RBS as an efficient and viable process in the treatment of domestic wastewater.

Avaliação de substratos orgânicos na produção de mudas de hortelã (Mentha gracilis R. Br. e Mentha x villosa Huds.) / Evaluation of organic substrates on mint (Mentha gracilis R. Br. and Mentha x villosa Huds.) seedling production

A determinação de substratos alternativos viáveis para a produção de mudas de plantas medicinais é de grande relevância, pois o aproveitamento de resíduos de atividades agrícolas representa alternativa para problemas ambientais e sociais. Os experimentos foram realizados em ambiente protegido e a campo, na Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Dois Vizinhos, com o objetivo de avaliar substratos orgânicos para produção de mudas de hortelã para cultivo a campo. O delineamento experimental foi blocos casualizados, com três repetições, em esquema fatorial, sendo avaliados quatro substratos [esterco bovino + vermiculita + areia (1:1:1), esterco bovino + areia + solo (1:1:1), solo + vermiculita + cama-de-aviário (1:1:1) e substrato organo-mineral Plantmax® HA] e duas espécies de menta (Mentha gracilis e Mentha x villosa). Foram analisadas a altura da plantas e o número de folhas aos 07, 14 e 21 dias após o transplantio, índice de mortalidade, massa fresca e seca da parte aérea e das raízes. Não houve interação entre as espécies de menta e substratos para as variáveis analisadas. O substrato organo-mineral Plantmax® apresentou os melhores resultados para o número de folhas (8,44), altura (8,46 cm), produção de massa fresca (1,56 g planta-1), seca (0,23 g planta-1) e 100 por cento de pegamento de mudas a campo o que para o produtor de menta é de grande interesse. Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que para a produção de mudas de Mentha gracilis e Mentha villosa o substrato Plantmax® HA é o mais recomendado.

The determination of viable alternative substrates is of great importance for the production of medicinal seedlings since the use of residues from agricultural activities represents an alternative to solve environmental and social problems. The experiments were carried out in protected environment and in the field, located in the Federal Technological University of Paraná, Dois Vizinhos Campus, Paraná State, Brazil. The aim of this work was to evaluate organic substrates for the production of mint seedlings in the field. Experimental design was in randomized blocks, with three replicates, in a factorial arrangement evaluating four substrates [bovine manure + vermiculite + sand (1:1:1); bovine manure + sand + soil (1:1:1); soil + vermiculite + poultry manure (1:1:1); and the organomineral substrate Plantmax® HA] and two mint species (Mentha gracilis and Mentha x villosa). Plant height and leaf number were evaluated at 07, 14 and 21 days after transplanting, besides death rate and fresh and dry matter of shoots and roots. There was no interaction between mint species and substrates for the evaluated variables. The organomineral substrate Plantmax® HA presented the best results for leaf number (8.44), height (8.46 cm), fresh matter (1.56 g plant-1), dry matter (0.23 g plant-1) and set (100 percent seedlings in the field), which is of great interest for the mint producer. Based on these results, we concluded that the substrate Plantmaxâ HA is the most recommended for the production of Mentha x villosa and Mentha gracilis seedlings.

Análise de crescimento e anatomia foliar da planta medicinal Ageratum conyzoides L. (Asteraceae) cultivada em diferentes substratos / Growth analysis and leaf anatomy of the medicinal plant Ageratum conyzoides L. (Asteraceae) grown on different substrates

Ageratum conyzoides L. (Asteraceae) é uma espécie herbácea que ocorre em áreas de cerrado e, por se tratar de planta medicinal, é cultivada em escala familiar. O objetivo deste trabalho foi estudar possíveis alterações no desenvolvimento das plantas quando cultivadas em solos com texturas diferentes (solo de cerrado, franco arenoso ou solo de terra roxa, muito argiloso). Foram analisados aos 40, 70 e 90 dias, o comprimento do caule e da raiz, massa seca da parte aérea (caule e folhas) e das raízes, número de folhas e área foliar; além de parâmetros anatômicos foliares, como a densidade de tricomas. Os resultados mostraram que os comprimentos do caule e da raiz aumentaram no decorrer do experimento, independentemente do substrato (com exceção do comprimento da raiz de plantas cultivadas em solo de terra roxa). Porém, o comprimento do caule foi sempre maior nas plantas cultivadas em solo de cerrado, enquanto o comprimento da raiz foi significativamente maior somente aos 90 dias de cultivo neste solo. As biomassas secas da raiz e do caule também foram maiores nas plantas cultivadas em solo de cerrado por 70 e 90 dias, respectivamente. A massa seca foliar foi maior nas plantas cultivadas em solo de cerrado a partir dos 70 dias de experimento. Esse aumento foi devido ao maior número de folhas produzidas e a maior área foliar dessas plantas. No geral, a anatomia foliar não diferiu, porém o número de tricomas glandulares foi maior nas plantas cultivadas em solo de cerrado. Os resultados indicaram que esta espécie tem melhor desenvolvimento quando cultivada em solo mais arenoso.

Ageratum conyzoides L. (Asteraceae) is a herbaceous species found in cerrado areas and grown in family scale since it is a medicinal plant. The aim of this work was to study possible alterations in the plant development when grown in soils presenting different textures (a sandy-loam cerrado soil, or a very clayish red earth soil). At 40, 70 and 90 days, stem and root length, shoot (stem and leaves) and root dry matter, number of leaves and leaf area were evaluated, in addition to leaf anatomical parameters, such as trichome density. Stem and root length increased over the experiment under any substrate (except root length of plants grown on red earth soil). However, stem length was always higher in plants grown on cerrado soil, whereas root length was significantly higher only at 90 days of cultivation on this same soil. Root and stem dry biomass were also higher in plants grown on cerrado soil at 70 and 90 days, respectively. Leaf dry matter was higher in plants grown on cerrado soil from 70 days of experiment. This increase was due to the larger number of produced leaves and the higher leaf area of those plants. In general, leaf anatomy does not differ; however, the number of glandular trichomes was larger in plants grown on cerrado soil. Such results indicated that this species had a better development when grown on sandier soils.

Balanço de nutrientes e avaliação de parâmetros biogeoquímicos em áreas alagadas construídas para o tratamento de esgoto / Budgets of nutrients and evaluation of biogeochemical parameters in a constructed wetland used for sewage treatment

Um sistema de áreas alagadas construídas para o tratamento de esgoto, situado na cidade de Piracicaba e pertencente ao SEMAE (Serviço Municipal de Água e Esgoto), foi investigado. Esse sistema, composto por três estágios de tratamento: fossa séptica; canteiros plantados com arroz (substrato solo e fluxo de efluente sub-superficial vertical) e canal com aguapés (fluxo de efluente horizontal superficial), operou com uma taxa de aplicação de 414 L.m-2.dia-1 de esgoto doméstico. Este trabalho teve por finalidade avaliar parâmetros biogeoquímicos, verificar a eficiência do sistema quanto à remoção de poluentes e apresentar o seu balanço de massa de nutrientes. A fossa séptica reteve 16 por cento e o substrato dos canteiros e canal retiveram 48 por cento desse total. A diferença de 18 por cento encontrada no balanço de massa pode ser atribuída principalmente às perdas gasosas e ao acúmulo de C no substrato, abaixo dos 20 cm amostrados. No balanço de massa de N, a eficiência do sistema em remover cargas de N foi de 75 por cento. A fossa séptica reteve 4 por cento, o substrato dos canteiros e canal retiveram 25 por cento e as plantas (arroz e aguapé) exportaram ou imobilizaram 11 por cento desse total. A diferença de 35 por cento encontrada no balanço de massa pode ser atribuída às perdas gasosas, ao acúmulos de N em sub superfície e acréscimos de NOD no sistema. No balanço de massa de P, a eficiência do sistema em remover cargas de P foi de 86 por cento. A fossa séptica reteve 5 por cento, o substrato dos canteiros e canal retiveram 54 por cento e as plantas exportaram ou imobilizaram 7 por cento desse total. A diferença de 20 por cento encontrada no balanço de massa, pode ser atribuída ao acúmulo de P em forma de compostos orgânicos refratários ou adsorvido ao substrato. Contudo, mesmo diante dos resultados de despoluição favoráveis, concluiu-se que a capacidade do sistema em tratar o esgoto a longo prazo passará a ser limitada pela deficiência na oxigenação do efluente e do substrato e pela colmatação do substrato.