A remoção de fósforo por meios biológicos pode ser alcançada através de absorção deste para a síntese celular ou aumento da capacidade de armazenamento de fósforo na forma de polifosfato pela biomassa. Em maior escala, esta ultima alternativa é chamada de EBPR (Enhanced Biological Phosphorus Removal).
O conhecimento a respeito da remoção biológica de fósforo está bem fundamentado e é relativamente bem conhecido para processos de crescimento suspenso, especialmente Lodos Ativados. Em essência, durante a fase anaeróbia, os microrganismos presentes no lodo absorvem a matéria orgânica e consomem as fontes de carbono do efluente, acumulando estes na forma de biopolímeros (PHA-Polihidroxialcanoatos e glicogênio) e liberam ortofosfato solúvel para o efluente.
A energia necessária para a absorção da matéria orgânica, na forma de ácidos graxos voláteis, provém da quebra das ligações químicas existentes nas moléculas de polifosfatos (hidrólise). Esta molécula é muito importante em processos de remoção biológica de fósforo, já que é a partir dela que os organismos obtêm energia para a tomada dos compostos orgânicos da solução. Outro biopolímero, o glicogênio, o qual serve usualmente como um regulador do potencial redox no interior das células, também fornece certa quantidade de energia aos organismos acumuladores de fósforo, ou em inglês, Phosphorus Accumulating
Organisms (PAO), auxiliando no processo de absorção de matéria orgânica (DE-BASHAN et
al, 2004).
A função principal da fase anaeróbica não é prover um fator estressante e nem suprir os organismos acumuladores de fósforo com ácidos graxos voláteis, mas sim fornecer uma vantagem competitiva para a absorção de substrato sobre as bactérias heterotróficas.
Quando oxigênio, nitrato ou nitrito estão presentes na ausência de substrato, as moléculas de PHA servem como fonte de energia e carbono. As bactérias não somente produzem biomassa nova, mas também retomam as suas reservas de polifosfato e glicogênio. Neste momento há a tomada de uma quantidade maior de ortofosfato que a quantidade originalmente liberada durante a fase anaeróbia, e esta remoção extra inclui o fósforo que chega juntamente com o esgoto afluente. O processo aeróbio reincorpora o ortofosfato em novas moléculas de polifosfato. Como conseqüência, tem-se um efluente pobre em fósforo. A figura 3.9 mostra graficamente demonstra as variações nas concentrações na câmara anaeróbia e aeróbica consecutivamente em um processo de remoção biológica de fósforo
Reator Anaeróbio Reator Aeróbio So luça o Orto-P AGVs Orto-P Glicogenio Poli-P Glicogenio Poli-P Bio m as sa PHA PHA
Figura 3.9 - Representação esquemática do processo de remoção biológica de fósforo em um processo de lodos ativados. PHA: Poli-hidroxialcanoatos, Poli-P: polifosfatos, Orto-P: Ortofosfato. Adaptado de De-Bashan et al, 2004.
Segundo Gonçalves e Rogalla (1992) todos os processos de remoção biológica de fósforo em escala industrial são variações do processo de lodos ativados. Nestes, a biomassa é transportada por diversas zonas de reação, com diferentes características de anaerobiose/ aerobiose, no qual é garantida a seleção biológica e a atividade dos organismos absorvedores de fósforo. O fósforo absorvido é removido do sistema através do descarte da biomassa suspensa, sempre na fase aeróbia do sistema. Nos sistemas de lodos ativados, a biomassa é constantemente renovada através da recirculação de lodo, permitindo, desta forma, que o sistema possa ser continuamente alimentado, já que a biomassa não estará saturada com fósforo.
Em reatores de biofilme, devido ao estado fixo da biomassa, a única solução aparente seria a alternância de condições de Anaeróbias e Aeróbias (A/O) no tempo, em regime de batelada, através de aeração intermitente. Pelo fato de a biomassa ser fixa ao meio suporte, esta não é renovada durante os ciclos de A/O. A remoção de fósforo capturado pelo biofilme é realizada durante a retrolavagem ao final da fase aeróbia, na qual há a remoção de parte da biomassa aderida a fim de evitar o entupimento do leito filtrante.
Gonçalves e Rogalla (1992) citam três procedimentos operacionais para a remoção de fósforo em reatores de biofilmes:
• Reatores seqüenciais em batelada: A remoção de fósforo pode ser alcançada em um reator de crescimento em leito fixo através do uso de reatores seqüenciais em batelada (RSB). Neste caso, o ciclo consiste de: enchimento, reação (anaerobiose e aerobiose) e descarte do efluente tratado. Este procedimento apresenta duas situações limitantes que podem surgir, referentes ao processo de remoção biológica de fósforo. Durante a faze anaeróbia, a liberação de fósforo pelas bactérias pode ser afetada pela presença limitada de compostos que servem como fonte de carbono no inicio do teste, dependendo das características do afluente. A segunda desvantagem refere-se à fase aeróbia, na qual a carga de fósforo introduzida instantaneamente no começo desta fase parece ser menor do que a capacidade máxima de absorção da biomassa.
• Fase anaeróbica em batelada e alimentação contínua na fase aeróbia – A máxima vantagem pode ser tomada da capacidade de absorção de fósforo durante a fase aeróbia através da contínua carga de fósforo ao reator. No entanto, o problema da liberação limitada de fósforo na fase anaeróbia, e, portanto, todo o processo persiste quando esgoto doméstico de características médias é utilizado para alimentar o reator. • Alimentação contínua durante todo o ciclo Anaeróbio/Aeróbio: com a finalidade de
eliminar as limitações acima expostas, o reator é continuamente alimentado. Isto permite uma otimização da carga orgânica aplicada de acordo com as necessidades da biomassa durante a fase anaeróbia e também da carga de fósforo a ser removida durante a fase aeróbia.
Gonçalves e Rogalla (1992), através de experimento realizado por estes, provaram ser possível remover fósforo a partir da alimentação contínua de um sistema de biofiltros aerados submersos, alternando condições anaeróbias e aeróbias, porém sempre introduzindo o efluente na fase anaeróbia. Os autores concluíram que durante a fase anaeróbia, quando maior a duração ou quanto mais alta é carga de substrato, maior será a liberação de fósforo e consequentemente maior será a remoção de fósforo na fase aeróbia. O excesso de fósforo acumulado na fase aeróbia sobre o fósforo liberado na fase anaeróbia chegou a 33%. Para cada mg de fósforo liberado, foram consumidos 5mg de DQOsolúvel.
Durante o experimento, obteve-se completa nitrificação do efluente e remoção de 80% de fósforo, com um tempo de detenção máximo de 5h. Como o tempo de detenção hidráulico e o tempo de residência da biomassa no interior do reator são independentes, o tempo de exposição das bactérias às condições anaeróbia/aeróbia pode ser otimizada.