Nitrificação / Desnitrificação Biológica

Koren et al. (2000) cita dois principais tipos de combinações possíveis para os processos de nitrificação e desnitrificação.

Na primeira, a nitrificação ocorre seguida da desnitrificação, o qual geralmente requer a adição de uma fonte externa de carbono para atuar como doador de elétrons na etapa de desnitrificação. Na segunda, a desnitrificação é seguida da nitrificação, onde uma grande porção do efluente nitrificado é recirculado para o primeiro reator, tendo como vantagens: a utilização da matéria orgânica do efluente como fonte de carbono na desnitrificação e compostos orgânicos (que podem ser tóxicos aos microrganismos nitrificantes) são removidos no primeiro estágio. Os processos WUHRMANN, LUDZACK e ETTINGER, LUDZACK e ETTINGER modificado, A2O (Patente Air Products), UCT (Patente University of Capetown, África do sul), BARDENPHO são modificações, combinações e melhorias dessas duas combinações básicas.

Vários novos processos e configurações de reatores vêm sendo estudados (VERSTRATE e PHILIPS, 1998) a fim de aumentar a eficiência na remoção de nitrogênio de águas residuárias, dentre elas o processo SHARON (Single Reactor High Activity Ammonia Removal Over Nitrite) desenvolvido em 1997. O princípio deste é baseado em um curto circuito na etapa de desnitrificação.

De acordo com a literatura, este processo poderia economizar energia e doadores de elétrons, pois a etapa de nitrificação poderia ser realizada somente até a formação de nitrito (VAN DONGEN et al, 2001).

Verstraete e Philips (1998) destacam que, para a indução do processo SHARON, é necessário a manutenção do processo a temperaturas acima de 28oC, já que as bactérias do gênero Nitrobacter possuem uma velocidade de crescimento muito inferior às Nitrosomonas. E também a implementação de reatores de mistura completa com curtos tempos de residência (em torno de 1 dia) e altas temperaturas, a fim de “lavar” os microrganismos Nitrobacter. Através da aplicação de aeração intermitente, é possível realizar também a desnitrificação e o controle do pH. O processo global é capaz de economizar, segundo os autores, oxigênio e substrato redutor na ordem de 25 a 40%, respectivamente.

Verstraete e Philips (1998) citam o processo OLAND (Oxigen Limited Autotrophic Nitrification-Denitrification) como uma alternativa ao processo de nitrificação e desnitrificação convencionais. O princípio do processo é a utilização de uma cultura enriquecida em nitrificantes autotróficos para tratar efluentes contendo altas concentrações de amônio, sob condições limitantes em oxigênio. O fornecimento de oxigênio é realizado para que a nitrificação prossiga somente até a formação de nitrito. Devido à carência de aceptores de elétrons, as bactérias consomem o nitrito produzido para oxidar amônio.

Outro processo reportado é o da desamonificação desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Hannover e está relacionado particularmente a efluentes contendo altas concentrações de nitrogênio. É definido como uma reação em duas etapas onde parte do íon amônio é utilizado na nitrificação, a outra parte é utilizada na oxidação anaeróbia de amônio.

De acordo com Jetten et al. (2001), o processo possibilita a conversão de amônio a nitrogênio gasoso sem requerimento estequiométrico de doadores de elétrons. Esta conversão especial é denominada desamonificação aeróbica. Os microrganismos responsáveis por este processo ainda não são conhecidos. O ponto chave do processo é o rigoroso controle no fornecimento de oxigênio.

Durante as últimas décadas foi descoberto em uma planta piloto de desnitrificação um processo capaz de remover amônia e nitrito simultaneamente sob condições anaeróbias. A partir deste sistema, foi obtida uma flora microbiana altamente enriquecida por planctomicetos da espécie Candidatus Brocadia.

Alguns pesquisadores sugerem que ao menos dois gêneros de Planctomicetos podem catalisar o processo denominado ANAMMOX (Anaerobic Amônia Oxidation).

Neste processo, amônia e nitrito são convertidos a nitrogênio gasoso, com produção de biomassa a partir de CO2 (JETEN et al., 2001; SLIEKERS et al., 2002). Portanto, é um

processo autotrófico, ou seja, que não necessita de complementação de DQO para o processo de desnitrificação; entretanto, as bactérias do Anammox são reversivelmente inibidas por baixas concentrações de oxigênio (0,5% de saturação de ar).

Sliekers et al. (2002) descreveram um processo no qual microrganismos oxidantes de amônia, aeróbios e anaeróbios, oxidam simultaneamente o componente a nitrogênio gasoso (N2) e a uma pequena quantidade de nitrato em um único reator sob condições

limitantes em oxigênio, sem produção de N2O e NO. Foi denominado CANON

(Completely Autotrophic Nitrogen Removal Over Nitrite). Segundo Jetten et al. (2001), a principal diferença dos processos OLAND e da desamonificação para o processo CANON, refere-se à utilização da atividade de desnitrificação de organismos nitrificantes convencionais; o CANON incorpora o processo ANAMMOX.

2.6 Toxicidade

Em estudos de qualidade de água, a avaliação da toxicidade de um determinado efluente é fundamental na etapa de avaliação dos efeitos da presença de substâncias que podem causar efeitos nocivos ao corpo receptor e à microbiota. Estes testes contribuem principalmente para a prevenção dos riscos à saúde humana e a proteção dos ecossistemas naturais. A toxicidade de efluentes complexos, como os industriais e o chorume, podem interferir sob dois aspectos nos ecossistemas:

o efluente tratado pode apresentar toxicidade para o corpo receptor pela presença de metabólitos secundários ou substâncias xenobióticas e recalcitrantes;

interferência na própria atividade da microbiota aeróbia e anaeróbia presente nos tratamentos biológicos de efluentes, podendo levá-la à falência completa ou inibição e assim, interferindo na qualidade do efluente tratado, que também poderá impactar

Duarte et al. (2002) definem a ecotoxicologia aquática como a ciência que se preocupa com os efeitos tóxicos de agentes químicos e físicos sobre as populações e comunidades de organismos vivos dos ecossistemas.

A análise ecotoxicológica tem por finalidade saber se, e em que dimensão, as substâncias químicas, isoladas ou a mistura delas, são nocivas, como e onde se manifestam seus efeitos. Em princípio, esses efeitos somente se manifestam em matéria viva. Os sistemas vivos sejam eles organismos inteiros ou parte deles (células, por exemplo), respondem a todas as intervenções e perturbações diretas e indiretas, causadas por substâncias nocivas, com reações específicas para cada espécie. Em muitos organismos, tais reações são nitidamente visíveis ou bem mensuráveis, tornando-os habilitados a serem utilizados como indicadores biológicos para medição dos efeitos tóxicos. Contudo, não existe nenhum organismo que apresente sensibilidade igualmente a todas as substâncias que podem potencialmente estar presentes na água.

O Chemical Abstracts Service (CAS) registra mais de onze milhões de substâncias potencialmente tóxicas que podem estar presentes na água. Portanto, é comum buscar diferentes espécies dos diferentes níveis tróficos, às quais pertencem genericamente representantes dos decompositores, as bactérias, dos produtores primários, as algas, dos consumidores entre os metazoários, os microcrustáceos e consumidores finais, os peixes. Somente pode-se detectar os efeitos de toda a gama de substâncias tóxicas, mediante uma bateria de testes, incluindo várias espécies.