A caracterização física das amostras de solo (Tabela 2) foi feita no Laboratório de Física do Solo, do Centro de Ciências Agrárias (CCA), da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), que emprega métodos descritos pela EMBRAPA (1997).
Para cada uma das quatro camadas de solo (0-20 cm, 20-50 cm, 50-80 cm e 80-110 cm), foram coletadas amostras indeformadas em anéis volumétricos de Kopecky, com volume interno de 50 cm3, utilizando o amostrador de Uhland (Figura 3). A curva de retenção de água foi elaborada após a avaliação de amostras saturadas em câmara de pressão de Richards, submetidas às tensões de 10 kPa (limite superior da água disponível ou capacidade de campo), de 30 kPa e de 1500 kPa (limite inferior da água disponível ou ponto de murcha permanente) (WARD; TRIMBLE, 2004). Foram coletadas 12 amostras com estrutura preservada, sendo três de cada camada do solo para cada tensão. Ao final da aplicação de todas as tensões predefinidas, as amostras foram levadas para estufa a 105 ºC, por cerca de 48 horas, para a determinação da densidade aparente (Da).
Tabela 5. Resultados da análise física de caracterização inicial do LATOSSOLO VERMELHO Eutrófico (LVe) utilizado no experimento.
Camada (cm)
Potencial matricial (kPa) Densidade aparente (Da) Análise Granulométrica 10 30 1500 Argila (%) Areia (%) Silte (%) Umidade do solo
(% do peso seco) (g cm-3) Grossa Fina Total
0 - 20 31,2 28,5 20,2 1,29 58,7 6,7 8,0 14,7 26,7
20 -50 31,2 28,6 21,4 1,30 63,0 6,0 8,0 14,0 23,0
50 - 80 33,7 30,4 22,4 1,02 57,7 5,7 9,0 14,7 27,7
80 - 110 34,7 31 22,3 0,99 56,6 6,0 8,7 14,7 29,0
Doze amostras compostas, semelhantes às coletadas para a caracterização química, foram usadas para a análise granulométrica, pelo método do densímetro, com posterior classificação textural do solo.
2.1.3. A vinhaça e seus tratamentos
Foram utilizadas vinhaças in natura e concentrada, coletadas de um mesmo lote, em uma usina sucroenergética do Estado de São Paulo. A vinhaça in natura foi submetida aos tratamentos químico e biológico. Segue abaixo a descrição das vinhaças empregadas neste trabalho:
a) Natural ou in natura: coletada diretamente das colunas de destilação, à 95 °C; b) Concentrada: obtida por evaporador de múltiplos efeitos do tipo névoa turbulenta, com elevado coeficiente de troca térmica. O evaporador fica acoplado à destilaria e utiliza o vapor alcoólico do topo da coluna “B” de retificação. Pode reduzir o volume de vinhaça em até seis vezes;
c) Vinhaça in natura submetida ao tratamento químico: o tratamento químico consistiu no ajuste do pH da vinhaça in natura. Foram utilizadas algumas soluções de hidróxido de sódio (NaOH) em várias concentrações (0,1 mol L-1, 1 mol L-1 e 10 mol L-1) (Figura 4), até que o pH atingisse valores entre 7,4 e 7,6.
d) Vinhaça in natura submetida ao tratamento biológico: o tratamento microbiológico da vinhaça foi feito com a cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli, segundo metodologia desenvolvida por PAIVA et al. (2009) e por BASTOS et al. (2010). O inóculo da cianobactéria foi propagado no Laboratório de Microbiologia Aplicada e Controle (LABMAC), em meio BGN (Braun-Grunow Medium) (Tabela 6) (RIPKA et al., 1979) previamente corrigido para pH 7,4-7,6 com solução de NaOH. Esta técnica consiste em aclimatar as cianobactérias em meio de cultura BGN (Figura 5) e, posteriormente, adicioná- las à vinhaça. Aphanothece microscopica Nägeli é uma cianobactéria de grande ocorrência no sul do Brasil, sendo amplamente estudada nesta região para valoração de resíduos agroindustriais, tendo demonstrado grande potencial de remoção de DQO e de N (MATOS et al., 2010).
Figura 4. Soluções de NaOH, em diversas concentrações, utilizadas no ajuste de pH do meio BGN e da vinhaça in natura utilizada no experimento.
Figura 5. Ajuste e medição do potencial hidrogeniônico (pH) da vinhaça com eletrodo combinado Digimed®.
Após a preparação, o meio de cultura foi submetido à esterilização em autoclave, a 121°C por 20 minutos. Em balão volumétrico de 6,0 L, foram adicionados 15 mL de cultivo de Aphanothece microscopica Nägeli, com concentração aproximada de 300 mg L-1 a fim de se iniciar a propagação da cianobactéria em 5,0 L de meio BGN autoclavados. O meio foi submetido à agitação constante de 1 VVM (volume volume -1 minuto -1). Posteriormente, o aumento da concentração de cianobactérias foi averiguado semanalmente através da retirada de alíquotas para determinação da biomassa por gravimetria, determinando o teor de massa seca a 105°C por 24 h, conforme metodologia proposta pelo Standard Methods (APHA, 2005).
A biomassa foi novamente propagada ao atingir aproximadamente 500 g L-1. Cerca de 1,0 L do meio propagado foi redistribuído em três balões de 12,0 L, onde foram adicionados mais 5,0 L de meio BGN esterilizados em cada frasco. Novamente, estes balões foram submetidos à aeração de 1 VVM, até que atingissem a concentração média de biomassa de 550 mg L-1.
A concentração de biomassa inicial de 300 mg L-1 foi adicionada à vinhaça a ser tratada nos balões de 6,0 L. Estes balões foram previamente autoclavados juntamente com a vinhaça a pH entre 7,4 a 7,6, a fim de esterilizá-la, já que as leveduras e outros micro- organismos podem competir com as cianobactérias pelos nutrientes disponíveis na vinhaça e comprometer seu desenvolvimento. A biomassa cultivada foi centrifugada a 3800 rpm por 10 minutos (Figura 6). Foram centrifugados aproximadamente 12,0 L de meio de cultivo, a fim de concentrar 6 g de biomassa em um volume de meio reduzido a 500 mL (Figura 7).
Tabela 6. Composição do meio de cultura Braun-Grunow Medium (BGN).
Constituinte Solução do solo estoque solução do solo Volume da estoque
K2HPO4 3,0 g 100 mL-1 1 mL
MgSO4.7H2O 7,5 g 100 mL-1 1 mL
CaCl2.2H2O 3,6 g 100 mL-1 1 mL
Citrato de Amônio Férrico 0,6 g 100 mL-1 1 mL
Na2EDTA 0,1 g 100 mL-1 1 mL Ácido Cítrico 0,6 g 100 mL-1 1 mL Na2CO3 2,0 g 100 mL-1 1 mL NaNO3 15 g 100 mL-1 1 mL NaCl 7,2 g 100 mL-1 1 mL Elementos Traço 1 mL H3BO3 2,860 g 100 mL-1 MnCl2.4H20 1,810 g 100 mL-1 ZnSO4.7H2O 0,222 g 100 mL-1 Na2MoO4.2H2O 0,390 g 100 mL-1 CuSO4.5H2O 0,079 g 100 mL-1 CaCl2.6H2O 0,040 g 100 mL-1 Água Destilada 981 mL pH 7,4 a 7,6
Figura 6. (A) Amostras centrifugadas e (B) centrífuga de bancada FANEM®, modelo Excelsa II, utilizada na separação da biomassa do meio de cultura.
Figura 7. Volume reduzido do meio BGN, concentrado em biomassa de Aphanothece microscopica Nägeli.
O volume total centrifugado foi dividido igualmente entre os quatro balões de 6,0 L que continham 5,0 L de vinhaça cada um, totalizando 20,0 L de vinhaça a serem tratados. O ensaio foi autotrófico, já que foi conduzido sob a presença de luz. Utilizou-se um compressor com aeração aproximada de 1 VVM por 24 horas (Figura 8). Amostras de vinhaça tratada, com e sem centrifugação, foram separadas para análise de DQO, pH, CE, nitrato e potássio.
Figura 8. Balões volumétricos contendo vinhaça in natura em tratamento por cianobactéria Aphanothece microscopica Nägeli.