Novos processos na remoção de nitrogênio

Na maioria dos sistemas em escala real projetados para que haja remoção de nitrogênio, é necessária uma etapa aeróbia para oxidação do nitrogênio amoniacal, seguida de etapa separada anaeróbia para a desnitrificação. Contudo, nos últimos anos, a literatura apresenta relatos de pesquisadores sobre processos não convencionais de remoção de nitrogênio (GÓRSKA et al., 1997; SPECTOR, 1998; VERSTRAETE & PHILIPS, 1998).

VERSTRAETE & PHILIPS (1998) relataram número crescente de novas configurações que utilizam processos já conhecidos e também novos, voltadas para remoção de nitrogênio no tratamento de águas residuárias. Por exemplo, o processo SHARON, baseia-se no estabelecimento de um curto-circuito nos processos de nitrificação e desnitrificação. A nitrificação é interrompida em etapa intermediária, de modo a manter o nitrogênio na forma de nitrito, procedendo-se à conversão de nitrito a nitrogênio gasoso na etapa subseqüente. Este processo economiza energia e doadores de elétrons para a desnitrificação.

Para tanto, aproveita-se o fato de, em altas temperaturas, as bactérias responsáveis pela nitratação terem crescimento mais lento que as nitritantes. A operação com tempos de detenção hidráulica menores e com altas temperaturas aplicadas devem baixar consideravelmente a concentração de microrganismos nitratantes.

O ANAMMOX é o processo realizado por microrganismos autótrofos que dispensa a adição de fonte externa de carbono. Esse processo combina parte do nitrogênio, na forma de nitrito, com o nitrogênio amoniacal restante e produz nitrogênio gasoso N2. Isto permite redução significativa do consumo de oxigênio e

da DQO na fase de desnitrificação (VERSTRAETE & PHILIPS, 1998; JETTEN et al., 1999).

STROUS et al. (1997) avaliaram o potencial do processo ANAMMOX para remoção de amônia. O estudo foi desenvolvido em duas partes: na primeira, foram comparados dois reatores diferentes: um de leito fluidizado, com 70 cm de altura e 7 cm de diâmetro; e outro de filme fixo, com 60 cm de altura e 5,5 cm de diâmetro. Foi utilizado esgoto sintético previamente testado, e na segunda parte desse estudo, foi escolhido um tipo de reator para tratar o efluente de digestão anaeróbia de lodo de estação de tratamento de esgoto em escala real. Chegaram à conclusão que a combinação da nitrificação parcial com o ANAMMOX requer, aproximadamente, 50% menos oxigênio que o processo convencional de nitrificação seguido de desnitrificação. Os autores relataram, entretanto, que a partida de sistemas que utilizam esse processo ainda é um grande desafio, pois coeficiente de rendimento da biomassa é baixo e a adaptação do lodo é demorada (foram necessários aproximadamente 100 dias de operação). Atualmente existem poucos lugares com grande volume desse lodo disponível para inoculação.

Outra opção, denominada SN (shorter nitrification) por GÓRSKA et al. (1997) é o processo que estimula a inibição da atividade das nitrobacter e interrompe o processo de nitrificação em nitrito. As bactérias responsáveis pela oxidação do nitrato NO2- são sensíveis a altas concentrações de nitrogênio

amoniacal e o parâmetro decisivo na inibição da nitratação é o pH. Nos ensaios desenvolvidos para garantir a inibição da nitratação, manteve-se a concentração de amônia livre em 5 mg.l-1 _{e o pH próximo a 8. As pesquisas confirmaram a}

possibilidade de obter-se a SN. Os autores concluíram que esse processo é interessante para águas residuárias com altas concentrações de nitrogênio amoniacal e que apresentam baixa relação DQO/N.

Outro processo para remoção de nitrogênio de águas residuárias, nesse caso relatado para altas concentrações de nitrogênio, é denominado de- amonificação aeróbia. Nesse processo, o nitrogênio amoniacal é convertido ao gás N2, sem a necessidade de doador externo de elétrons. Os pesquisadores sugerem

que parte do nitrito é reduzido pelo NAD+_{, gerado durante a oxidação do N-amon} (Figura 2.3). NH3 + O2 NH2OH + H2O HNO2 0,33N2 + 1,33H2O + 0,33NO2- NAD+ NADH2 + NAD+ NADH2+

FIGURA 2.3 - Possível rota de degradação da amônia para nitrogênio gasoso e nitrito.

FONTE: Adaptado de VERSTRAETE & PHILIPS (1998)

Neste processo, os organismos ainda não são bem conhecidos. O principal fator operacional para se conseguir a de-amonificação é o rigoroso controle do fornecimento de oxigênio. Entretanto, ainda não há um sistema estável capaz de realizar a de-amonificação. (VERSTRAETE & PHILIPS, 1998).

Um processo, mais recentemente relatado, foi denominado OLAND (oxygen limited autotrophic nitrification denitrification) por VERSTRAETE et al. (1998). Consiste no enriquecimento de uma cultura autótrofa nitrificante, na qual o lodo autótrofo nitrificante é usado para tratar água residuária rica em N-amon. A chave desse processo é fornecer oxigênio em concentração que leve o nitrogênio até nitrito. Então, com baixa concentração de aceptores de elétrons, as bactérias consomem o próprio nitrito para oxidar a amônia restante.

De acordo com estudos de VERSTRAETE & PHILIPS (1998), é possível economizar aproximadamente 62% de oxigênio com uso do processo OLAND em relação aos sistemas convencionais, sem gastos com alcalinização do sistema.

O fenômeno de SND (simultaneous nitrification/denitrification) foi relatado por diversos autores. A ocorrência do SND pode ter origem física ou biológica. A explicação física, e convencional, é a ocorrência de formação no reator de micro- sítios anóxicos. As bactérias nitrificantes estariam em regiões com altas concentrações de OD e as desnitrificantes em zonas com baixas concentrações de

OD. Segundo microbiologistas, o fato se deve à existência de bactérias desnitrificantes aeróbias, bem como de bactérias nitrificantes heterótrofas, responsáveis pela ocorrência simultânea dos processos de nitrificação e desnitrificação (MÜNCH et al., 1996).

HELMER & KUNST (1998) detectaram perda de nitrogênio de até 90% na etapa de nitrificação em reator biológico sob baixas concentrações de OD. Foram realizados testes para verificar a ocorrência dessa “perda”. O biofilme foi mecanicamente homogeneizado para reduzir, quase que completamente, as possíveis microzonas anóxicas e foram feitas leituras da atividade de SND. Com os resultados obtidos, os autores admitiram que havia grande população de microrganismos autótrofos que possibilitavam a ocorrência desse processo. Os autores afirmam, ainda, que esse processo é interessante e o ganho é devido à possibilidade de remover nitrogênio com uso de baixas concentrações de OD, além de ser efetivo na manutenção do pH neutro, até mesmo sem necessidade de adição externa de alcalinidade.

POCHANA & KELLER (1999), estudaram os principais fatores que influenciam o SND e concluíram que o uso de fonte de carbono, como DQO facilmente degradável, resulta em aumento da SND. O oxigênio dissolvido em excesso afeta negativamente a ocorrência do SND e, conforme o biofilme se torna mais espesso, maior é a atividade da nitrificação/desnitrificação simultânea. Essas conclusões, segundo os autores, confirmam que o SND depende, principalmente, da limitação de difusão do oxigênio na parte mais interna do biofilme.