Resumo

Os sistemas de tratamento por wetlands construídos (WC), são considerados como uma alternativa para adequação de esgotos sanitários, de origem domiciliar. Tais tecnologias tem como características eficiências elevadas na remoção de matéria orgânica e baixos custos operacionais. Todavia, de acordo com o modelo de sistema adotado pode se apresentar diferentes eficiências e formas químicas no que toca a qualidade final em termos de nutrientes. O presente artigo tem como objetivo avaliar a remoção as diferentes formas de nitrogênio encontradas, bem como a remoção de nitrogênio total em dois sistemas de wetlands construídos para tratamento de esgoto sanitário, sendo um sistema intensificado com etapa aerada e outro sistema hibrido vertical mais horizontal, ambos precedido por tanque séptico. A eficiência na remoção de matéria orgânica em termos de DQO foi de 91,2% na saída do sistema intensificado (Sistema 1) e 85,3% na saída do hibrido (Sistema 2). Os resultados finais de eficiência de remoção de N-total foram de 51% para o Sistema 1 e de 38,2% para o sistema 2.

Introdução

Os wetlands construídos (WC) são sistemas de tratamento de aguas residuárias, que recriam artificialmente o meio natural (áreas húmidas naturais), que de modo geral sigam três critérios: a) Presença de macrófitas aquáticas; b) Presença de meio líquidos constante (sistemas saturados) ou periódico; e c) Fluxo de agua (residuária) visando a melhoria na qualidade (FONDER; HEADLEY, 2013).

Os WC têm se tornando uma alternativa cada vez mais pesquisada e aplicada para os lançamentos provenientes de comunidades e habitações devido à sua eficiência mesmo em condições de variação de taxas de aplicação, com grande potencial de utilização nos países em desenvolvimento em que predominam baixos níveis de atendimento pelos serviços de saneamento. (BRIX, 1997; VYMAZAL, 2011; WU et al., 2014).

Estes sistemas são obras de engenharia que para alcançar a eficiência de funcionamento, tanto na sua concepção quanto na operação, deve-se considerar uma gama de critérios técnicos, como por exemplo, a capacidade do sistema (taxas de aplicação, cargas orgânicas e de nutrientes), as espécies de plantas utilizadas, características de colonização de certos grupos de microrganismos, possíveis interações de compostos biogênicos e contaminantes que podem apresentar toxicidade a planta ou microrganismos, consequentemente afetando o funcionamento (STOTTMEISTER et al., 2003).

Dentre os nutrientes de interesse no tratamento de aguas residuárias o nitrogênio pode ser encontrado em águas residuárias em sua forma orgânica, através de ureia, proteínas e aminoácidos, bem como em formas inorgânicas, como em formas reduzidas amônio e amônia (NH4 e NH3), nitrato (NO3) ou oxidada como o nitrito (NO2) (TCHOBANOQLOUS; BURTON; STENSEL, 2002).

As vias de transformação nos sistemas de WC podem ser diversificadas e muito se tem estudado a respeito nos últimos anos. O fato é que sua transformação é mediada pela atividade biológica, logo, a chave para compreensão está na identificação não apenas nos compostos formados mas também nos microrganismos envolvidos (SAEED; SUN, 2012).

A rota clássica da remoção de nitrogênio, biologicamente é composta pelos processos de amonificação de materiais nitrogenados através da decomposição de tecidos de plantas e animais, seguido pela nitrificação onde a amônia é oxidada e o produto final é o nitrato (NO3-), que posteriormente é reduzido a gás nitrogênio (N2). Estes processos são mediados por microrganismos e enzimas específicas em cada etapa (LEE; FLETCHER; SUN, 2009).

O processo de nitrificação é realizado pelos microrganismos autótrofos quimiossintetizantes que obtêm energia por meio da oxidação de um substrato inorgânico como a amônia. A transformação da amônia em nitrito é realizada por bactérias do gênero Nitrossomonas. A conversão do nitrito em nitrato é realizada por bactérias do gênero Nitrobacter (WONG; BARTON; BARFORD, 2003).

O processo de nitrificação é realizado pelos microrganismos autótrofos quimiossintetizantes que obtêm energia por meio da oxidação de um substrato inorgânico como a amônia, a oxidação é realizada por bactérias do gênero Nitrossomonas e Nitrosococcus para nitrito e Nitrospira para nitrato (WONG; BARTON; BARFORD, 2003).

Alguns fatores ambientais podem limitar a nitrificação tais como: (i) Relação carbono/nitrogênio: a taxa de nitrificação decresce a medida que a relação C/N aumenta, tendo como limite C/N=16 (HU et al., 2009); (ii) Temperatura: valores ótimos para o crescimento das bactérias nitrificantes estão entre 28°C a 36°C; (iv) pH: valores ótimos de pH para as Nitrossomonas e Nitrobacter encontram-se entre 7 e 9 (AHN, 2006; WARD; ARP; KLOTZ, 2011); e (v) Oxigênio dissolvido (OD): concentrações de OD < 2,5mg.L-1 tendem a reduzir significativamente o processo tendo como limite OD = 0,5 mg.L-1 (STENSTROM; SONG, 1991).

Nitrito e nitrato atuam como aceptor de elétrons, existem dois tipos de desnitrificação: autotrófica, que é realizada pelos microrganismos que usam fonte de carbono inorgânico para seu crescimento; e heterotrófica, na qual os microrganismos utilizam carbono orgânico como doador de elétrons. A remoção de nitrito e nitrato pode acontecer simultaneamente com oxidação do carbono orgânico presente nos efluentes domésticos (WONG; BARTON; BARFORD, 2003).

A desnitrificação produz gás nitrogênio (N2), oxido nitroso (N2O) ou oxido nítrico (NO) e realizado por grupos de bactérias que incluem Bacillus, Enterobacter. Micrococcus, Pseudomonas e Spirillum, Proteus, Aerobacter e Flavobacterium apenas reduzes o NO3- a NO2- (LEE; FLETCHER; SUN, 2009).

O processo de desnitrificação corresponde à redução do nitrato a gás nitrogênio, o qual ocorre em baixas concentrações de oxigênio. Nitrito e nitrato atuam como aceptor de elétrons, existem dois tipos de desnitrificação: autotrófica, que é realizada pelos microrganismos que usam fonte de carbono inorgânico para seu crescimento; e heterotrófica, na qual os microrganismos utilizam carbono orgânico como doador de elétrons. A remoção de nitrito e nitrato pode acontecer simultaneamente com oxidação do carbono orgânico presente nos efluentes domésticos (WONG; BARTON; BARFORD, 2003).

Algumas vias alternativas de remoção biológica de nitrogênio tem sido descritas em literatura como tais como: Sharon (Single reactor for high activity ammonium removal over nitrite), Babe (Bio-augmentation batch enhanced), Canon (Completely autotrophic nitrogen removal over nitrite), Anammox (Anaerobic ammonium oxidation) e Deammox (Denitrifying ammonium oxidation), recentemente algumas destas vias têm sido relatadas em sistemas de wetlands construídos (BERTINO, 2010; SAEED; SUN, 2012; DING et al., 2014).

As pesquisas ainda não demostraram a ocorrência de apenas uma dessas vias de maneira preferencial nos WC, contudo, algumas já foram relatadas por meio da identificação dos microrganismos envolvidos no processo, as formas de remoção relatadas incluem desnitrificação parcial, nitrificação e desnitrificação simultânea, Anammox e processo Canon, (SAEED; SUN, 2012; WU et al., 2015b).

O presente artigo visa demostrar a remoção as diferentes formas de nitrogênio encontradas, bem como a remoção de nitrogênio total em dois sistemas de wetlands construídos para tratamento de esgoto sanitário, sendo um sistema intensificado com etapa aerada e outro sistema hibrido vertical mais horizontal, ambos precedido por tanque séptico.

Autores: Helisson H. Borsato de Andrade; Neildes Santana; Roque P. Piveli e Marcelo A. Nolasco.