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Avaliação de lagoas de lemnas para o polimento de esgoto doméstico: emissões de gee e valorização de biomassa na produção de biometano

Resumo

As lagoas de lemnas têm sido utilizadas com sucesso para o polimento de efluentes nos últimos anos, destacando a grande capacidade de remoção de nutrientes, e a produção de biomassa passível de valorização. O presente estudo objetivou avaliar esta tecnologia no tratamento de esgoto doméstico, investigar a produção de gás metano em testes laboratoriais com esta macrófita e avaliar a emissão e absorção de gases de efeito estufa (GEE) nas lagoas. Nesse último contexto da pesquisa foram avaliadas as emissões e fixação de CO2 bem como as emissões de CH4. Para isso, utilizou-se um experimento em escala piloto, composto por duas lagoas de lemnas em série (10,8m2 e TDH de 17 dias cada) para o tratamento de esgoto doméstico. O sistema foi operado com uma vazão de 200L.dia-1 e monitorado através análises de parâmetros físico-químicos (OD, pH, série nitrogenada, série de sólidos, PT, PO4 -3 , DQO, DBO, COT e turbidez).

A análise dos GEE foi realizada com uma câmara de fluxo por equipamentos de medição in loco. Também, a taxa de crescimento e a composição da biomassa de macrófitas foram estudadas para fins de balanço de massa e valorização. Para avaliar o potencial de produção de biogás pela biomassa das lemnas geradas em excesso, um ensaio de potencial de produção de biometano (BMP) foi conduzido em escala laboratorial, comparando-se a biomassa fresca e a seca. Como resultados, observou-se eficiência em termos de concentração de nutrientes NT = 92,5% e PT = 91,2%, assim como para matéria orgânica DBO = 84,1% e DQO = 71,7%.

A taxa de crescimento superficial das lemnas na primeira lagoa foi de 3,9 g.m-2 .dia-1 e na segunda lagoa foi de 2,5 g.m-2 .dia-1 . Pela estimativa da fixação de CO2 para as lagoas avaliadas, chegou-se a uma taxa média de 24,9 g.m-2 .d-1 , aproximadamente 5 vezes mais elevada do que a taxa de emissão. A digestão anaeróbia de lemna seca apresentou elevada produção específica de gás (SGP) e produção específica de metano (SMP) (0,32 Nm³ CH4/kgSV e 0,19 Nm³CH4/kgSV, respectivamente).

De maneira geral, as lagoas avaliadas operadas sob cargas superficiais médias de 6,5 kgNH3.ha-1 .dia-1 e 13,58 kg DQO.ha- 1 .dia-1 , se mostraram como uma tecnologia eficaz integrando tratamento de efluentes, baixas emissões de GEE e produção de biomassa passível de valorização.

Introdução

 A preocupação com o meio ambiente e qualidade de vida da sociedade é assunto presente em todos os cantos do mundo. Desde problemas locais até situações a nível global, o tema é evidente e vem ganhando atenção em meio a debates mundiais. Um dos problemas, bastante relacionado a saúde pública, é a falta de saneamento. De acordo com as últimas estimativas do WHO/UNICEF (Word Health Organization) (2015), 32% da população mundial não possui acesso a saneamento básico, e 663 milhões de pessoas usam água imprópria para consumo. No Brasil, a proporção de domicílios sem saneamento adequado é cada vez maior. Apesar dos indicadores apresentarem melhorias, investe-se muito pouco em saneamento no país, o que torna a universalização do acesso muito distante. Deveriam ser investidos 0,63% do PIB, mas efetivamente são investidos apenas 0,22% (IBGE, 2010).

A eutrofização dos corpos d’água é uma das consequências da falta de saneamento básico. O principal fator de estímulo para a ocorrência da eutrofização são os altos níveis de nutrientes, principalmente nitrogênio e fósforo, provenientes de esgotos não tratados ou parcialmente tratados. Este processo é caracterizado pela proliferação de produtores primários (fitoplâncton, algas bentônicas e macrófitas), os quais podem diretamente e/ou indiretamente causar efeitos ecológicos e toxicológicos adversos (ODUM, 1988). Além dos problemas de poluição hídrica, outra problemática ambiental ascendente a partir da industrialização, é a poluição atmosférica. Isso é consequência de alterações na composição da atmosfera global pela emissão de gases de efeito estufa (GEE), principalmente pós revolução industrial, em 1750.

Entre as consequências atribuídas a essas alterações está o aumento da temperatura global e a consequente elevação do nível dos oceanos, desencadeando fenômenos naturais extremos com efeitos catastróficos para toda a biosfera (HOUGHTON et al., 2001). De acordo com Von Sperling (2002a) dentre as diversas fontes de emissões de gases de efeito estufa (GEE), encontram-se as estações de tratamento de esgoto. Dependendo do processo biológico utilizado para a degradação da matéria orgânica, aeróbio ou anaeróbio, a composição e a quantidade dos gases emitidos se diferem, porém, os gases mais comuns aos processos são CO2, CH4 e N2O. Visando a diminuição nas emissões de GEE, a comunidade mundial se reuniu na busca de possíveis soluções, sendo um acordo entre mais de 160 países, denominado Protocolo de Quioto (COP-3 em 1997). Entre as ferramentas criadas para atingir as metas de redução estipuladas se encontra o mecanismo de desenvolvimento limpo (MDL) que também foi discutida na última COP-21 (2015) em Paris.

No contexto da redução de GGE, uma tecnologia que ganha força são os fotobiorreatores. Estes sistemas fixam o CO2 atmosférico, pelo mecanismo da fotossíntese, e geram energia, utilizada tanto no crescimento celular, quanto na construção de macromoléculas como proteínas, lipídio, ácido nucléicos (PICARDO, 2012; REIS, 2013). Neste contexto, as lagoas de macrófitas se apresentam como uma alternativa tecnológica atrativa devido à sua potencialidade para o tratamento de efluentes, simultaneamente à fixação de CO2. Estas lagoas são uma configuração de lagoa de estabilização caracterizada por apresentar a superfície coberta por uma, ou mais, espécie de macrófita flutuante. Muitas espécies de macrófitas têm sido estudadas em sistemas de tratamento de efluentes, porém as espécies da subfamília Lemnoideae (lemnas) ganharam destaque em anos recentes. Isso se deve, não somente a eficiência apresentada para o tratamento, mas também pela potencialidade de uso da biomassa produzida, seja para fins energéticos ou nutricionais. Estas Angiospermas possuem a maior taxa de crescimento entre as plantas vasculares (0,3 g.g -1 .d-1 ) (IQBAL, 1999), apresentando uma alta produtividade de biomassa.

Estima-se que este grupo vegetal apresente também, elevada taxa de fixação de carbono, podendo remover com eficiência o gás carbônico (CO2) atmosférico. Estudos recentes afirmam que essas plantas, quando expostas a concentrações de CO2 mais elevadas, se desenvolvem mais rapidamente e com isso maximizama taxa de remoção de nutrientes em efluentes, além de produzirem mais proteína por área (MOHEDANO, 2010). Neste contexto, o Laboratório de Efluentes Líquidos e Gasosos (LABEFLU) da Universidade Federal de Santa Catarina (ENS/UFSC) vêm desenvolvendo pesquisas sobre esta tecnologia, e os estudos desenvolvidos abrangem o tratamento de efluentes agroindustriais e domésticos, através de pesquisas sobre sistemas pilotos e em escala real (MOHEDANO 2004; 2010, BACH 2013, VIEIRA 2013, BARÃO 2014, BRUGNAGO 2014, TELES 2016).

O presente trabalho dá continuidade aos trabalhos anteriormente realizados pelo LABEFLU/PPGEA, com a finalidade de avaliar o potencial de lagoas de lemnas – utilizando a espécie Landoltia punctata – no tratamento terciário de esgoto doméstico, avaliando as principais vias de remoção dos nutrientes pelos fluxos de massa, verificar as emissões de GEE e produção de biometano pela biomassa gerada em excesso. O trabalho foi realizado integrado a uma pesquisa de mestrado intitulada “Avaliação de lagoas de lemnas para o polimento de esgoto doméstico com foco na microbiota associada” (Teles, 2016) e, também, a um trabalho de conclusão de curso intitulado “ Avaliação do potencial de produção de biometano a partir de lemnas: efeito do pré-tratamento (Magnus, 2015).

Autor: Gustavo Tonon


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