Resumo
A remoção de fósforo de águas residuárias é de suma importância para a proteção dos recursos hídricos sendo obtida por sistemas de tratamento de esgotos, em especial os biológicos como o sistema de lodo ativado. O Reator em Bateladas Sequenciais, ou RBS, é talvez o mais promissor e mais viável sistema de lodo ativado que é capaz de ser operado com elevada flexibilização, podendo ser promovida a remoção tanto de carbono quanto de nitrogênio e fósforo (EBPR). Os organismos responsáveis pela remoção de fósforo, conhecidos como organismos acumuladores de polifosfato (PAO), possuem uma fisiologia complexa, a qual envolve a formação e consumo de polímeros intracelulares. Apesar dos sistemas EBPR representarem uma forma sustentável e eficiente de remover fosfato de água residuárias, a estabilidade desse processo pode ser difícil de ser controlada, sendo uma das principais causas da deterioração do desempenho dos sistemas de remoção biológica de fósforo a competição entre PAO e organismos acumuladores de glicogênio (GAO). Nesse sentido, este trabalho buscou avaliar a predominância de PAOs utilizando um conjunto de cinco ferramentas, para isto foi operado um reator em bateladas sequenciais, após análise das ferramentas observou-se que os dados obtidos para elas não apresentaram a predominância do lodo PAO, no entanto há um indicativo de que os organismos presentes no sistema tenham sido de GAOs já que foi observado um acúmulo de polihidroxialcanoato intracelular (PHA) e ambos os grupos são capazes de sintetizá-los.
Introdução
A importância da remoção de nutrientes no tratamento de efluentes fundamenta-se na proteção dos recursos hídricos e consequentemente na saúde humana, O fósforo é apontado como o principal responsável pelo enriquecimento nutricional de ecossistemas aquáticos, desencadeando o fenômeno de eutrofização, que é o crescimento excessivo de plantas aquáticas e proliferação de organismos algais causando danos à saúde humana e ao meio ambiente. Assim para a proteção da qualidade dos mananciais busca-se o uso de tecnologias que alcancem adequado tratamento (CHAO, 2006; VON SPERLING, 1996).
O fósforo é considerado um fator limitante da eutrofização uma vez que são conhecidas suas fontes de origens sendo possível seu controle, diferentemente do nitrogênio, considerado um nutriente difícil de controlar já que suas fontes são diversas, incluindo dentre estas o próprio meio atmosférico (VAN HAANDEL E MARAIS, 1999).
A remoção de fósforo de águas residuárias pode ser efetuada por processos físicos, químicos, biológicos ou por uma combinação destes (NOBREGA, 2009). Dentre os sistemas biológicos capazes de remover nutrientes destacam-se os sistemas de lodo ativado, pois destacam-se perante outros sistemas de tratamento biológico por assegurar uma boa qualidade no efluente e os baixos requisitos por área, além da possibilidade de se variar alguns processos (DERKS, 2007; SANTOS, 2011).
O sistema de lodo ativado se baseia em cultura mista de microrganismos, mantidos em suspensão, que inclui bactérias, protozoários e fungos. Toda essa biota age conjuntamente no intuito de maximizar a decomposição de compostos orgânicos e inorgânicos (BASSIN, 2012). A necessidade de inovações para o atendimento de níveis de eficiência cada vez mais severos, os avanços na tecnologia de equipamentos e processos, o conhecimento avançado no campo da microbiologia e a necessidade de redução dos custos operacionais levaram o processo de lodo ativado a uma contínua evolução na sua história. O RBS é bastante promissor como configuração do sistema lodo ativado com remoção de nutrientes (THANS, 2008).
O princípio do reator em bateladas sequenciais é a incorporação de todos os processos de lodo ativado em um único tanque, isto é conseguido através do estabelecimento de ciclos de operação com duração definida. A biomassa permanece no reator de um ciclo para outro, fazendo com que o uso de decantadores externos não seja necessário. Como consequência, a área requerida para a construção dos RBS é bem inferior em comparação com os sistemas tradicionais favorecendo a sua aplicação em regiões nas quais a disponibilidade de espaço físico é um fator limitante (BASSIN, 2012).
A remoção biológica de fósforo pode ser realizada de forma eficiente pelo processo Enhanced biological phosphorus removal (EBPR). Os organismos responsáveis pela remoção de fósforo, conhecidos como organismos acumuladores de polifosfato (polyphosphate-accumulating organisms – PAO), possuem uma fisiologia complexa, a qual envolve a formação e consumo de polímeros intracelulares como polifosfato, glicogênio e polihidroxialcanoatos (MINO; VAN LOOSDRECHT; HEIJNEN, 1998).
O EBPR requer a operação de um sistema de lodo ativado com condições sequenciais anaeróbias e aeróbias. Os organismos acumuladores de fósforo (PAOs) tornam-se dominantes neste sistema porque as águas residuais afluentes são introduzidas durante a fase anaeróbia, favorecendo apenas o crescimento de organismos capazes de absorver anaerobicamente os ácidos graxos voláteis (AGVs) e armazená-lo como polihidroxialcanoatos (MINO; VAN LOOSDRECHT; HEIJNEN, 1998; OEHMEN et al., 2006).
Em condições anaeróbias, os PAOs absorvem matéria orgânica solúvel facilmente biodegradável tal como AGV das águas residuais e armazena-a em grânulos intracelulares como PHA. A energia para essas transformações anaeróbias é gerada pela hidrólise de seu polifosfato armazenado internamente (poli-P). Como consequência, o fósforo é liberado para o meio na forma de ortofosfato na medida em que ocorre a diminuição do material orgânico na fase anaeróbia (STENSEL, 1991; OEHEMEN et al., 2006).
Já em condições aeróbicas, o armazenamento interno de PHA é usado como fonte de energia e carbono sendo uma parte da energia utilizada para recuperar quantidades maiores de polifosfato liberado na fase anaeróbia e a outra parte da energia usada para crescimento dos microrganismos ( OEHMEN et al., 2006; WENTZEL, 1990). Essa absorção em excesso foi denominada de “Luxury Uptake” (JORDÃO E PESSOA, 2005).
A remoção líquida de fósforo das águas residuais é conseguida através da remoção de lodo em excesso com alto teor de polifosfato (SANTOS, 2014).
Apesar dos sistemas EBPR representarem uma forma sustentável e eficiente de remover fosfato de águas residuárias, a estabilidade desse processo pode ser difícil de ser controlada. Uma das principais causas da deterioração do desempenho dos sistemas de remoção biológica de fósforo está ligada à competição entre PAO e organismos acumuladores de glicogênio, GAO (BASSIN, 2012). Os GAOs também proliferam em sistemas com fases anaeróbias e aeróbicas sequenciais. Esses organismos apresentam metabolismo aeróbio similar ao dos PAOs, mas difere quanto ao envolvimento dos polifosfatos como fonte de energia no metabolismo anaeróbio (SANTÀNNA JUNIOR, 2010).
Sistemas de lodo ativado com remoção de fósforo no país têm demonstrado dificuldades em se manter estáveis com desempenho satisfatório por longos períodos. Isso se deve possivelmente, pela ausência da plena compreensão sobre os organismos envolvidos na biodesfosfatação, dos organismos que deterioram a sua qualidade por competirem por substratos solúveis na zona anaeróbia, bem como, pela ausência de confirmação da influência de fatores operacionais, ambientais e de projeto que estão envolvidos no processo (SANTOS, 2009).
Dessa forma, no intuito de avançar na compreensão e aplicação de sistemas de tratamento de esgotos com remoção de nutrientes, tem-se buscado uma melhor compreensão do metabolismo desses organismos e não apenas na determinação de gêneros e espécies microbianos envolvidos nesse processo, para um melhor estudo cinético e estequiométrico de PAO, um conjunto de cinco ferramentas de baixo custo aliado a testes respirométricos tem sido utilizado de modo a favorecer a otimização de processos de biodesfosfatação aeróbia (aeróbia) e anóxica (biodesfosfatação aliada a desnitrificação) em diferentes configurações de sistemas de lodo ativado (SANTOS, 2014).
Autores: Maria Zillene Franklin da Silva Oliveira; Elivânia Vasconcelo Moraes dos Santos; Nayane de Oliveura Saldanha; Jarbas Rodrigues Chaves e Francisco Raudene Franklin da Silva.
