Resumo
O fósforo é um recurso natural muito importante. Para acompanhar o aumento na demanda por alimentos, a agricultura passou a ser dependente dos fertilizantes fosfatados, em sua maioria obtidos das reservas fosfáticas finitas. Seguindo a tendência de extração atual, as reservas fosfáticas podem se esgotar em cerca de 100 anos. Atualmente, o destino final do fósforo após alcançar os esgotos são, após o tratamento nas estações de tratamento, os corpos d`água. Em grandes concentrações, o fósforo juntamente com o nitrogênio pode causar a eutrofização. A precipitação de estruvita é um processo que possibilita a recuperação do fósforo presente nos esgotos. Com o avanço nos processos de tratamento de remoção de nutrientes dos esgotos, a concentração de nutrientes no lodo dos esgotos aumentou. Os processos que envolvem a digestão anaeróbia do lodo são os mais propícios para aplicação da precipitação de estruvita. Este trabalhou avaliou a influência do pH, da relação molar [Mg2+]:[PO43-]:[NH4+] e da concentração de fósforo na precipitação de estruvita aplicada no sobrenadante do digestor anaeróbio de lodo enriquecido em nitrogênio e fósforo.
Introdução
O fósforo é um elemento essencial para a manutenção da vida, crucial na produção de alimentos e um fator que limita o crescimento em vários ecossistemas. Apesar do seu importante papel, o fósforo é um elemento da tabela periódica que não possui substitutos (SMIL, 2000; WEIKARD & SEYHAN, 2009).
Diferente do nitrogênio, que pode ser sintetizado na forma de amônia em laboratório ou fixado a partir do estoque ilimitado na atmosfera, o fósforo só pode ser extraído das reservas limitadas de rochas fosfáticas (SEYHAN et al., 2012; WEIKARD & SEYHAN, 2009).
A partir do século XVII e XVIII, a agricultura passou a ser fortemente dependente de fertilizantes para acompanhar a demanda por alimentos. As reservas minerais, principal fonte de fósforo para a produção de fertilizantes fosfatados, estão com a sua disponibilidade futura em risco. Alguns autores indicam que as reservas podem se exaurir em cerca de 100 anos (SMIL, 2000, CORDELL et al., 2009).
Quando comparada à dieta vegetariana, uma dieta à base de carne e laticínios requer maior quantidade de fósforo. A demanda por carnes e laticínios está aumentando em economias como a China e a Índia (CORDELL et al., 2009).
Em relação às reservas mundiais de rochas fosfáticas, mais de 70% encontram-se no Marrocos e Saara Ocidental (U. S. GEOLOGICAL SURVEY, 2016). A economia do fósforo sofre forte influência dos eventos que ocorrem nos países detentores das maiores reservas. Recentemente, a política de restrições nas exportações praticada pela China e a política de aumento dos preços praticada pela estatal Marroquina provocaram o aumento nos preços das rochas fosfáticas (REIJNDERS, 2014).
Apesar de possuírem mais de um terço das reservas mundiais de fósforo, os fertilizantes custam cerca de 2 a 6 vezes mais para os agricultores africanos do que para os agricultores europeus (CORDELL et al., 2009).
A reforma sanitária e a reforma na saúde, desencadeadas pelo surgimento das aglomerações nos centros urbanos, conduziram a uma mudança na forma de disposição de resíduos sólidos e líquidos. Ao invés da disposição nos solos, os dejetos passaram a ser conduzidos, através das tubulações de esgotos, para corpos d’água distantes das cidades (ASHLEY et al., 2011; REIJNDERS, 2014). Esta nova forma de destinação dos resíduos trouxe duas questões importantes: perdas de nutrientes através dos esgotos e a disposição de altas cargas de nitrogênio e fósforo, que contribuem para os processos de eutrofização.
A estruvita é uma substância cristalina branca formada a partir da reação dos íons Mg2+, NH4+ e PO43- em concentrações equimolares, conforme a equação 1 descrita abaixo. A precipitação de estruvita ocorre quando as concentrações do íons de magnésio, amônio e fosfato excedem o limite do produto de solubilidade da estruvita (OHLINGER et al., 1998; DOYLE & PARSONS, 2002; ALI, 2007).
Mg2+ + NH4+ + PO43- + 6 H2O → MgNH4PO4.6H2O (s)
Os principais fatores que afetam a formação de estruvita são o pH, grau de saturação do meio, gradiente de agitação, razão molar [Mg2+]:[NH4+]:[PO43-], composição do efluente e a presença de substâncias indesejadas (OHLINGER et al., 1998; DOYLE & PARSONS, 2002; LE CORRE et al., 2005; ULUDAG-DEMIRER et al., 2005). A precipitação de estruvita pode ser favorecida se os principais fatores de sua formação forem controlados, sobretudo o pH e a razão molar.
As concentrações dos íons Mg2+ e NH4+ diminuem com o aumento do pH. A fração do nitrogênio na forma NH3 aumenta com a elevação do pH, favorecendo a volatilização e diminuindo a concentração de nitrogênio na amostra (ULUDAG-DEMIRER & OTHMAN, 2009; VON MUNCH & BARR, 2001).
A solubilidade da estruvita diminui com o aumento do pH, atingindo o mínimo por volta de pH 9, que seria o pH de maior eficiência. Acima de pH 9, a solubilidade da estruvita volta a aumentar (DOYLE & PARSONS, 2002; OHLINGER et al., 1998; VON MUNCH & BARR, 2001).
A formação de estruvita ocorre naturalmente nos sistemas de tratamento de esgotos ricos em nutrientes, sendo conhecida por causar obstruções das tubulações e dos equipamentos (OHLINGER et al., 1998). As áreas das estações mais afetadas pelos depósitos de estruvita são aquelas onde há aumento de turbulência, como bombas, válvulas, aeradores e nas curvas (ALI, 2007; ALI & SCHNEIDER, 2006; MOHAJIT et al., 1989; STRATFUL et al., 2001).
No intuito de diminuir as descargas de nutrientes e obedecer aos padrões cada vez mais restritivos de lançamentos de esgotos tratados, as estações de tratamento de esgotos avançaram nos processos de remoção de nutrientes, o que resultou em lodos das estações com maiores concentrações de fósforo e nitrogênio.
A estabilização do lodo nas estações de tratamento de esgotos geralmente é realizada através da digestão anaeróbia. Neste processo onde a matéria orgânica é degradada, ocorre a liberação de CH4 e CO2. As vantagens desse processo são a redução do volume de lodo a ser descartado e a possibilidade de aproveitamento do metano para fins energéticos (MARTI et al., 2008; PASTOR et al., 2008).
A digestão anaeróbia também promove a liberação de fosfato para a fase líquida. Desta forma, os processos que envolvem a digestão anaeróbia são os mais indicados para a aplicação da precipitação de estruvita.
Neste cenário, a estruvita surge como um processo tanto de mitigação da poluição hídrica, uma vez que diminui a descarga de nutrientes que contribuem para eutrofização dos corpos d`água, quanto para a reciclagem e seguridade das reservas fosfatadas.
O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito dos principais fatores de influência na precipitação de estruvita. Para tanto, foram comparados os valores de remoção de fosfato sob diferentes valores de pH, concentração inicial de fosfato e de relação molar entre magnésio, fósforo e amônio em sobrenadante do digestor anaeróbio de lodo enriquecido em nitrogênio e fósforo.
Autores: João Pedro da Silva Souza; Isaac Volschan Jr. e Lídia Yokoyama.
