The incident light is circularly polarized

As substâncias poliméricas extracelulares (EPS) representam o principal componente dos flocos de lodos ativados são compostas por uma variedade de substâncias orgânicas e de materiais insolúveis que são produzidos por secreção ativa, rompimento do material da superfície das células ou lise celular. Estas substâncias são formadas principalmente por carboidratos, proteínas e ácidos húmicos. São encontrados também os ácidos desoxirribonucleicos (DNA), porém em menor quantidade. Uma vez que a liberação de DNA ocorre através da lise celular, grandes quantidades de DNA na determinação de EPS podem indicar a ocorrência de lise celular durante o processo de extração (FROLUND et al., 1996); (LIU; FANG, 2002).

A composição química e o peso molecular das EPS podem variar de acordo com a composição do efluente bruto que alimenta o sistema de tratamento biológico. Estas substâncias possuem como funções a adesão a superfícies, a agregação de células bacterianas em flocos e biofilmes, a estabilização da estrutura do biofilme, a formação de uma barreira protetora que proporcione resistência a efeitos prejudiciais, retenção de água, sorção de compostos orgânicos exógenos para a acumulação de nutrientes do ambiente e a acumulação de atividades enzimáticas, como a digestão de macromoléculas exógenas para a aquisição de nutrientes (LASPIDOU; RITTMANN, 2002). As proteínas e os carboidratos constituintes destes polímeros contribuem significativamente para a capacidade dos flocos de ligação com a água (JIN et al., 2004).

Wilén et al. (2003) verificaram, no estudo de amostras de lodo de sete plantas de lodos ativados em escala real, sendo uma de tratamento de efluente de refinaria de petróleo, que as proteínas, os ácidos húmicos e os polissacarídeos eram os principais constituentes dos EPS. Dentre estes, para lodo de efluente doméstico, os compostos orgânicos predominantes eram as proteínas, constituindo mais que 43% do total de EPS. Entretanto, os autores verificaram que para o lodo de efluente de refinaria de petróleo as proteínas estavam presentes em maior quantidade: aproximadamente 70% do total de EPS correspondia à proteínas e cerca de 15% aos ácidos húmicos. Entretanto, Sponza (2002) observou, durante o estudo de sistemas de lodos ativados inoculados com lodo industrial, tratando quatro tipos diferentes de efluentes industriais, que os componentes dos EPS que predominaram em todos os casos foram as proteínas e os carboidratos.

A natureza dos EPS é dependente de muitas variáveis de processo, como o tipo de efluente utilizado, o nível de nutrientes, o tempo de retenção celular, a concentração de oxigênio dissolvido e a configuração do reator. Ainda, parâmetros nutricionais, como a fonte de carbono do efluente, afetam a fisiologia dos microrganismos podendo resultar na alteração na natureza e constituintes do EPS (YE et al., 2011). Sponza (2002) relatou a observação de que a composição do efluente bruto possui uma influência maior na composição dos EPS do que as condições operacionais do processo.

Produtos solúveis microbianos (SMP) são compostos orgânicos solúveis resultantes das atividades microbiológicas e que são liberados durante a lise celular e difundidas através da membrana celular. SMP representam uma grande preocupação em tratamento biológico de efluentes e sua composição é considerada complexa porque compreende materiais hidrofóbicos

(ácidos húmicos) e materiais hidrofílicos (carboidratos e proteínas) com pesos moleculares diferentes (BARKER; STUCKEY, 1999), (JANG et al., 2007), (DONG; JIANG, 2007), (LE- CLECH et al., 2006).

Existe muita divergência na literatura em relação às EPS e aos SMP. Os termos SMP e EPS solúvel evoluíram de áreas de pesquisa diferentes, uma focando na origem da matéria orgânica residual de efluentes e a outra focando na floculação de microrganismos. É importante, ainda, que se observe que as definições de EPS e SMP são diretamente dependentes da metodologia utilizada para obter e caracterizar quimicamente estas soluções. Muitos autores acreditam que apesar de EPS e SMP serem similares no desvio de substrato e carbono, e serem materiais orgânicos produzidos por microrganismos, estes diferem em sua solubilidade. Isto ocorre porque os SMP são totalmente solúveis e os EPS são principalmente associadas à fase sólida, com exceção da fração de EPS solúvel. Alguns autores acreditam que os SMP correspondem as EPS solúveis. Entretanto, Ramesh et al. (2006) avaliaram características de tamanho, carga de superfície e de composição química bem distintas para as suspensões contendo SMP e EPS solúvel extraídos (LASPIDOU; RITTMANN, 2002), (LE-CLECH et al., 2006), (MENNITI; MORGENROTH, 2010).

Muitas pesquisas foram conduzidas para promover a compreensão dos mecanismos e causas do fouling nas membranas. As tendências atuais de controle de fouling estão focadas no controle da produção das substâncias poliméricas extracelulares (EPS) no biorreator e na redução da resistência da camada de torta. O EPS solúvel pode ser um dos maiores agentes causadores de

fouling por ocupar os poros das membranas (RAHMAN; AL-MALACK, 2006), (CHANG et al.,

1998), (NAGAOKA et al., 1996).

Os compostos sólidos produzidos biológicamente, como EPS e SMP, são notoriamente conhecidos como agentes causadores de fouling. EPS, em função de sua natureza heterogênea, podem formar uma matriz de gel altamente hidratada, na qual as células microbianas são incorporadas, sendo responsáveis pela formação de uma significante barreira ao fluxo nos MBRs (LE-CLECH et al., 2006). Muitos pesquisadores observaram uma relação direta entre o aumento da concentração de EPS e o aumento da rapidez de ocorrência e intensidade do fouling (LASPIDOU; RITTMANN, 2002), (GENG; HALL, 2007), (ROSENBERGER et al., 2006). Estudos relatam também que SMP possuem um efeito negativo na permeabilidade da membrana (HUANG et al., 2000), (LEE et al., 2002).

Os EPSs exercem uma influência crítica na taxa de fluxo em membranas utilizadas em sistemas de lodos ativados. Sua geração é creditada ao fato de ser fortemente dependente do estágio metabólico dos microrganismos, o qual é relacionado com a carga orgânica do sistema de tratamento biológico.

Os resultados obtidos por Wisniewski e Grasmick (1998) revelam a importância dos SMPs sobre o mecanismo de fouling. Uma vez que tais compostos são liberados após a lise celular e apresentam variações quantitativas e qualitativas de acordo com o ambiente, pode-se considerar que as condições hidrodinâmicas (tensão de cisalhamento, pressão e etc.) e as condições biológicas (temperatura, pH, etc.) são importantes para a ocorrência do fouling nas membranas. Conforme Chang & Lee (1998), quanto maior for a concentração de SMP, mais rápido o fouling irá se estabelecer.

Segundo Harper et al. (2006), os MBRs podem operar com elevado tempo de retenção celular (TDC) para manter altas concentrações de biomassa e propiciar a nitrificação. Porém, um elevado TDC pode produzir produtos solúveis microbianos potencializadores de fouling.

Lee et al. (2002) concluíram, através de simulações, que os SMP afetam o fouling para baixos tempos de retenção celular, enquanto a concentração de sólidos suspensos pode ser o fator mais importante para a ocorrência de fouling em tempos de retenção celular elevados. Os autores também verificaram que, em MBRs, o fouling é dependente da relação SMP/EPS, da concentração de sólidos suspensos totais (SST), do tempo de retenção hidráulico (HRT) e da relação alimento-microrganismo (A/M).

Entretanto, a quantidade de produtos solúveis microbianos (SMP) pode não ser significativa para a formação do fouling quando comparada à concentração de SST. Assim, sua contribuição pode ser ignorada na massa de torta que fica retida entre as membranas (LEE et al. 2002).