Mecanismos e fatores envolvidos na remoção dos contaminantes emergentes em estações de tratamento de águas residuárias

A remoção dos contaminantes orgânicos nas ETEs envolve complexos processos com diversos mecanismos químicos, físicos e biológicos. A eficiência na remoção pode ser comprometida em função das condições operacionais da ETE e composição do esgoto, assim como pelas características físico-químicas do contaminante como hidrofobicidade, biodegradabilidade e volatilidade (SUÁREZ et al., 2008).

Para entender o destino dos fármacos e desreguladores endócrinos em uma ETE, deve-se avaliar os mecanismos de remoção envolvidos no processo, que por sua vez são definidos pelas propriedades físico-químicas das moléculas dos contaminantes emergentes, pelas configurações dos sistemas de tratamento, pelas condições ambientais e pelos parâmetros operacionais aplicados ao sistema de tratamento (VIRKUTYTE et al., 2010).

Dentre estes, Tran et al. (2018) e Bittencourt et al. (2016) afirmam que os dois principais processos responsáveis pela redução da concentração dos fármacos e desreguladores endócrinos na fase aquosa, durante o tratamento de águas residuárias em ETEs, são a biodegradação e a sorção à fase sólida. Corroborando com estas informações Kemper (2018) afirma que o desencadeamento e a intensidade desses processos dependem das propriedades físico-químicas do fármaco, da sua concentração e das características do ambiente.

As principais propriedades dos fármacos e desreguladores endócrinos potencialmente capazes de afetar seu comportamento no ambiente dizem respeito as suas estruturas moleculares, polaridade, constante de dissociação (Ka), solubilidade em água, coeficiente de

partição octanol-água (Kow), coeficiente de sorção sólido-água (Kd) e persistência (BITTENCOURT et al., 2016).

Por outro lado, segundo Evgenidou et al. (2015) e Semblante et al. (2015), as variáveis operacionais de estações de tratamento de águas residuárias que afetam a eficiência de remoção dos contaminantes emergentes são: tempo de detenção hidráulico (TDH) e de sólidos (TRS); e cinética de biodegradação (Kbiol). Além disso, os autores afirmam que também devem ser consideradas as variáveis físico-químicas do meio como, como temperatura, condições redox (aeróbia e anaeróbia); e pH do meio.

2.8.1 Sorção: adsorção e absorção

O termo sorção refere-se ao fenômeno de transferência de massa no qual moléculas passam de uma fase fluida (líquida ou gasosa) e tornam-se associados a uma fase sólida, podendo ser estimada pelo coeficiente de distribuição ou partição sólido-líquido (Kd), definido como a relação entre as concentrações de uma substância nas fases líquida e sólida em condições de equilíbrio (SUÁREZ et al., 2008).

Ternes et al. (2004) relacionaram o Kd a dois mecanismos principais, sendo o primeiro a absorção, que está associada a interações hidrofóbicas de grupos alifáticos e aromáticos de um composto com a membrana celular lipofílica dos microrganismos ou frações lipídicas do lodo, relacionando-se com a lipofilicidade da substância e caracterizada pelo coeficiente Kow (partição octanol-água); e a adsorção, que refere-se as interações eletrostáticas de grupos químicos carregados positivamente com a carga negativa da superfície dos microrganismos, associando-se, assim, à tendência de uma substância a ser ionizada ou dissociada em fase aquosa, a qual é caracterizada pela constante de dissociação (pKa).

Esse coeficiente é dependente das características da molécula do composto, assim como do tipo de material ao qual o composto será sorvido (no caso das ETE, o lodo ou sólidos provenientes do tratamento). Além disso, está relacionando aos processos de absorção e adsorção (TERNES et al., 2004; SUÁREZ et al., 2008; BRANDT, 2012).

De acordo com Margot et al. (2015), a sorção no lodo ou no material particulado é considerada um importante mecanismo de remoção de substâncias em ETEs, principalmente para substâncias hidrofóbicas ou ionizáveis, ainda mais se não forem facilmente biodegradáveis. Ademais, para cada tipo de lodo (primário ou secundário, floco ou biofilme) gerados em estações convencionais, são observados diferentes comportamentos (BARRET et

al., 2010; MAILLER et al., 2013). A interação eletrostática é influenciada pelo pH do meio (do esgoto), sendo que pequenas variações podem tanto protonar (carga positiva ou neutra) como desprotonar (carga negativa ou neutra) as moléculas dos poluentes, variando assim as suas cargas e interações com o lodo (MARGOT et al., 2015).

Em outros casos, além de se adsorverem no lodo e sólidos provenientes do tratamento de esgoto, os contaminantes emergentes também podem ser adsorvidos por materiais utilizados para o tratamento desses compostos. Uma das formas de remoções dos contaminantes emergentes das unidades de tratamentos de esgotos são os usos de unidades de leitos fixos, como a filtração (PAREDES et al., 2016). Mais que isso, Auvinen et al. (2017) afirmam que o uso de sistemas alagados construídos (SACs) podem ser promotores na remoção dos CEs no ambiente, que apresentam interações entre meio suporte, plantas e microrganismos atuando em condições aeróbias, anaeróbias e anóxicas.

2.8.2 Biodegradabilidade

A biodegradabilidade ou transformação biológica é um importante processo de remoção de contaminantes emergentes que são hidrofílicos, ou seja, tendem a ficar na fase dissolvida. Normalmente, as concentrações destes poluentes são baixas, da ordem de μg L-1 ou ɳg L-1, o que dificulta a indução para a produção de enzimas ou cofatores para a sua degradação (MARGOT et al., 2015). Segundo Tran et al. (2013) esse é um dos motivos que a biodegradabilidade requer a presença de outros substratos (fontes de carbono e energia) para sustentar a degradação.

De forma mais específica, Margot et al. (2015) ainda afirmam que no processo de biodegradação convencional, os contaminantes emergentes usam os compostos orgânicos como principais substratos para seu crescimento celular e induzem as enzimas para assimilação de reações químicas específicas, processo conhecido como metabolismo. Porém, Tran et al. (2013) afirmam que devido à baixa concentração, esses contaminantes orgânicos não podem ser considerados uma fonte primária de carbono e energia para os microrganismos.

Nas estações de tratamento de águas residuárias a biodegradação dos compostos emergentes pode ocorrer sob diferentes condições redox (aeróbia e anaeróbia e anóxica), sendo que cada condição favorece uma via de degradação, que pode ou não, ser reproduzida em outras estações de tratamento devido à comunidade microbiana estabelecida (SEMBLANTE et al., 2015).

A biodegradação é, muitas vezes, o processo de remoção dominante para alguns contaminantes emergentes (WICK et al., 2009). No entanto, uma determinação exata das taxas de biodegradação é difícil, devido à geração de um grande número de subprodutos de degradação (TERNES et al., 2004).

Margot et al. (2016) ainda ressalvam que no processo de biodegradação, os microrganismos nitrificantes possuem papel extremamente importante na remoção de fármacos, pois ao oxidar o íon amônio em nitrato podem também oxidar metabolicamente os micropoluentes orgânicos devido à presença da enzima amônia mono-oxigenase.