Propriedades microbiológicas

2.3.3.1 Biodegradação dos RSU

Os RSU nos aterros, por apresentarem uma composição parte orgânica e parte inorgânica sofrem processos de oxidação e decomposição na presença ou ausência de oxigênio e água (MONTEIRO, 2003).

As transformações biológicas da matéria orgânica complexa em produtos mais simples podem ocorrer particularmente na presença ou na ausência de oxigênio molecular, ou ainda, em condições intermediárias nas quais coexistem em um mesmo meio e em áreas distintas, ambientes aeróbios e anaeróbios (ALCÂNTARA, 2007).

Na realidade, um aterro sanitário funciona como um grande reator biológico. Dentro dele ocorrem processos de conversão anaeróbia caracterizados por várias reações seqüenciais (CAMPOS, 1999). A conversão da matéria orgânica em ambientes anaeróbios se dá através de um processo bioquímico complexo no quais atuam um consórcio de microrganismos com grupos específicos para as várias reações. De acordo com Barlaz (1996) e Campos (1999) é possível, de forma simplificada, subdividir o processo global em quatro etapas distintas: Hidrólise Enzimática, Acidogênese, Acetogênese e Metanogênese.

Segundo Eduardo (2007), a decomposição dos resíduos sólidos nos aterros é realizada em três etapas: aeróbia, anaeróbia ácida e anaeróbia metanogênica. A fase aeróbia apresenta curta duração e é responsável por uma parcela curta da decomposição. A fase anaeróbia pode ser dividida em duas etapas: etapa hidrolítica, em que as enzimas extracelulares dos microrganismos desdobram as cadeias complexas dos compostos orgânicos em cadeias mais simples, e a etapa fermentativa, onde os compostos simples passam por processos de fermentação ácida. A fase anaeróbia metanogênica é a etapa final do processo de degradação,

onde os compostos orgânicos são transformados em dióxido de carbono e metano. A Figura 8 apresenta o esquema das seqüências metabólicas e grupos microbianos envolvidos na digestão anaeróbia do aterro de RSU.

Fonte: Adaptado de Eduardo (2007).

Figura 8: Rotas metabólicas de biodegradação dos resíduos.

Embora o tratamento dos resíduos em aterros possa ser feito por digestão aeróbia, a imensa maioria dos aterros em operação têm como concepção técnica a bioestabilização anaeróbia do material orgânico, sendo que condições intermediárias, nas quais coexistem ambientes aeróbios e anaeróbios, podem ocorrer. Segundo Benson et al. (2007), a forma

conceitual da biodegradação dos RSU em aterros sanitários ocorre em até cinco etapas seqüenciais, apresentadas a seguir:

I. Fase aeróbia inicial

Os resíduos dispostos nos aterros carregam em seus vazios grandes quantidades de oxigênio molecular, o que possibilita a biodegradação sob condições aeróbias. Nesta fase, que pode durar algumas semanas a poucos meses, ocorre o processo de hidrólise sob condição aeróbia e a principal fonte de carbono para a atividade dos microrganismos provém de açúcares solúveis. Devido a essas reações aeróbias exotérmicas da fase inicial, pode ser observado um aumento considerável na temperatura (ALCÂNTARA, 2007).

II. Fase de transição

Segundo Alcântara (2007), esta fase é caracterizada pela queda no nível de oxigênio molecular, um conseqüente aumento da perda de oxigênio através da liberação de dióxido de carbono na fase gasosa e, ainda, o início do estabelecimento das condições anaeróbias na massa de resíduos. Em condições anaeróbias, o receptor de elétrons alterna de oxigênio para nitrato e sulfatos. Ao final desta fase de transição, ocorre o início do acúmulo de ácidos graxos voláteis. Ainda nesta fase, a umidade de capacidade de campo pode ser atingida, gerando lixiviado.

III. Fase ácida anaeróbia

Esta fase engloba processos de decomposição precursores da metanogênese. Com o aumento da atividade microbiana, há grande produção e acúmulo de ácidos orgânicos e CO2,

resultando em um decréscimo no pH do resíduo para valores abaixo de 6,0 ou 5,0 (BARLAZ, 1996). Ainda, são características desta fase os aumentos significativos na DQO, DBO e condutividade do lixiviado (TCHOBANOGLOUS et al., 1993).

IV. Fermentação metanogênica

Nesta fase, é acentuada a atividade dos microrganismos acetotróficos e hidrogenotróficos, produtores de metano. O consumo de oxigênio contribui para maior conversão de butirato e propianato para acetato, pois o consumo deste possibilita a elevação do pH, favorecendo assim, o crescimento de acetogênicas e permitindo um consumo adicional de ácido carboxílico e conseguintemente aumento na taxa de metano (BARLAZ, 1996). Esta fase, ainda, é caracterizada pelo baixo potencial de oxirredução devido às baixas concentrações de sulfato e nitrato (PAUL e CLARK, 1989 apud ALCÂNTARA, 2007).

V. Fase de maturação

Esta é considerada a última fase do processo de degradação em aterros (ALCÂNTARA, 2007). Ocorre uma redução da atividade biológica devido à escassez de nutrientes, pois a maioria dos compostos orgânicos de rápida e média degradação sob condições anaeróbias já foi convertida em biogás ou retirada do meio junto com o lixiviado, restando, apenas, matérias de degradação lenta e inertes. A fase de maturação é caracterizada pela redução na produção de CH4, CO2 e pelo aumento nas concentrações de O2 e N2.

Segundo Tchobanoglous et al. (1993), o lixiviado gerado conterá ácidos húmicos e fúlvicos, que são de difícil degradação biológica.

A Figura 9 apresenta um modelo que, segundo Farquhar e Rovers (1973 apud TCHOBANOGLOUS, et al., 1993), Parquer (1983 apud TCHOBANOGLOUS, et al., 1993) e Pohland (1991 apud TCHOBANOGLOUS, et al., 1993), descreve as principais fases do processo de decomposição e estabilização dos RSU em aterros sanitários.

Fonte: Adaptado de Farquhar e Rovers (1973 apud Tchobanoglous, et al., 1993); Parquer (1983 apud Tchobanoglous, et al., 1993); Pohland (1991 apud Tchobanoglous, et al., 1993).

Figura 9: Fases de degradação e concentração de gases em aterros

2.3.3.2 Crescimento microbiano

O crescimento de microrganismos em resíduos sólidos, segundo Alcântara (2007), considerando experimentos de laboratório em batelada, e mesmo aterros de RSU para determinada massa de resíduos, possivelmente, pode ocorrer de modo semelhante ao observado em condições de cultivo em substrato limitado onde são identificadas quatro fases distintas de crescimento em função do tempo: fase lag, fase exponencial, fase estacionária e fase de declínio ou morte celular.

Para que ocorra o crescimento bacteriano satisfatório há a necessidade de condições mínimas para a sobrevivência dos microrganismos e sua reprodução (TORTORA, 2000). Segundo Eduardo (2007), diversos fatores devem estar equilibrados para que o crescimento bacteriano aconteça e entre estes fatores, pode-se citar o potencial hidrogeniônico (pH), a temperatura e o teor de umidade.