Remoção biológica de fósforo

O fósforo é um elemento essencial para o crescimento de algas e outros organismos. É encontrado em esgotos domésticos na forma de fosfatos, ortofosfato e fósforo orgânico. O fósforo pode ser removido das águas residuárias por meio de precipitação química, adsorção ou por absorção biológica. Apenas uma pequena fração é naturalmente removida por meio de síntese celular, (Lesjean et al. 2003).

Sant'anna Junior (2010) relata que a concentração de fósforo total em esgotos domésticos está na faixa de 5 a 25 mg/L. Os produtos de limpeza são indicados como as principais fontes do fósforo inorgânico nos esgotos demésticos, e os constituintes celulares como fosfolipídios, ésteres, polinucleotídeos e substâncias como ADP e ATP responsáveis pela fração orgânica.

Inicialmente as técnicas utilizadas na remoção de fósforo foram baseadas em processos de precipitação química, porém a demanda de grandes quantidades de produtos químicos e a presença de concentrações residuais desses produtos no efluente tornaram o uso dessa técnica desfavorável, tanto pelo fator econômico quanto pela geração de lodo contendo produtos químicos incorporados. Nas últimas décadas, o processo de lodos ativados ganhou destaque nos processos de remoção biológica de fósforo, sendo que as modificações dos sistemas de lodos ativados convencionais para remoção de fósforo foram introduzidas no final dos anos 1950.

Barnard (1976) relata que nos processos de lodos ativados a eficiência da remoção de fósforo é dependente de parâmetros ambientais e operacionais e que existem condições básicas para que a remoção de fósforo ocorra. Segundo esse autor, o lodo de retorno dos decantadores secundários deve retornar ao reator em uma condição anaeróbia, onde os

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microrganismos irão liberar o fósforo acumulado intracelularmente, seguida de uma condição aeróbia, onde ocorrerá sua precipitação ou a absorção por bactérias.

Siebritz et al.(1982) mostraram que a remoção de fósforo é também influenciada pela presença de matéria orgânica rapidamente biodegradável na zona anaeróbia. Em condições anaeróbias em que não foi observada a presença de matéria orgânica facilmente biodegradável, a liberação de fósforo foi inibida.

De acordo com Wentzel et al. (1986), os ácidos graxos de cadeia curta, principalmente acetato, são os substratos necessários para liberação de fósforo na zona anaeróbia A presença desses ácidos graxos favorece a proliferação de bactérias com alta capacidade de absorção de fósforo, denominadas poli-P ou organismos acumuladores de fósforo (OAF). Ao contrário das bactérias aeróbias, os organismos poli-P, mesmo em condições anaeróbias, podem armazenar nas suas células os ácidos graxos do material orgânico na forma de polihidroxibutirato (PHB).

Segundo Wentzel et al. (1986), nessa população de bactérias uma fração de 38% de sua massa seca é constituída de fósforo, enquanto que em outros grupos bacterianos essa porcentagem é de 2,5%. Esse mecanismo de alta eficiência de absorção de fósforo é conhecido como ―Luxury Uptake‖.

Smolders et al. (1994) apresentam o modelo metabólico de remoção do fósforo; em que os OAF possuem no interior de suas células três produtos armazenados: polifosfato, PHB e glicogênio. Sob condições anaeróbias, a conversão do glicogênio e a degradação do polifosfato geram energia ATP (adenosina trifosfato) e NADH2 (nicotinamida adenina dinucleotídeo), necessária para o transporte de substrato e para captação e armazenamento de produtos metabólicos como o PHB. Em condições anóxicas ou aeróbias, o PHB armazenado será oxidado, liberando energia na forma de NADH2 que será usada para criar o ATP necessário para o crescimento de OAF e para reabastecimento de polifosfato e glicogênio.

Diferentes tipos de bactérias poli-P têm sido isoladas em sistemas de lodos ativados. Fuhs e Chen (1975) estudaram a base microbiológica do processo de remoção de fósforo. Nesse estudo os autores isolaram um grande número de bactérias do grupo acinetobacter nos

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processos ―Luxury uptake‖ e indicaram-no como o principal grupo dos OAF. De acordo com Falkentoft, et al. (2001) o uso de técnicas baseadas em culturas tradicionais, levaram, por muitos anos, a uma falsa identificação das bactérias do grupo acinetobacter

spp como os principais OAF. Estudos recentes, realizados com técnicas de biologia

molecular, demonstraram que esse grupo de bactérias constitui apenas uma pequena fracção das bactérias envolvidas na remoção de fósforo.

Brodisch e Joyner (1983) relataram que os gêneros Aeromonas e Pseudomonas representam 50% da população de bactérias no processo de remoção de fósforo. O papel desses mesmos gêneros foram confirmados por Florentz e Hartemann (1984) e Lötter e Murphy (1985). Crocetti, et al. (2007), utilizando a técnica de hibridização in situ, concluíram em seu estudo que bactérias intimamente relacionadas aos grupos Rhodocyclus, e Propionibacter são importantes OAF. Kong et al. (2002), também indicaram bactérias do gênero Rhodocyclus como possíveis bactérias acumuladoras de fósforo (OAF). De acordo com Sant'anna Junior (2010), apesar de o processo Luxury Uptake ser amplamente utilizado, ainda é considerado um bioprocesso complexo e que possui lacunas no conhecimento referente à sua microbiologia e bioquímica.

O processo de remoção biológica de fósforo dos esgotos envolve, como apresentado anteriormente, a incorporação do fosfato solúvel pela biomassa, sendo que o fósforo é retirado do processo removendo os organismos reabastecidos de polifosfato, por meio do descarte de lodo excedente (Metcalf e Eddy, 2003). Assim, a eficiência de remoção de fósforo envolve, além da quantidade de ortofosfato incorporado pela biomassa, a eficiência do processo de separação de sólidos nos decantadores secundários.

Em unidades de tratamento de lodos ativados convencional a eficiência de remoção de fósforo é de aproximadamente 50% (Sant'anna Junior, 2010). Entretanto, em sistemas de lodos ativados projetados para a remoção de nutrientes, essa eficiência é mais alta possibilitando a emissão de efluentes com concentrações de fósforo abaixo de 1mg.L-1 (van Haandel e van der Lubbe, 2007).

Apesar da remoção biológica de fósforo apresentar vantagens em relação à remoção química, também apresenta desvantagens. A flexibilidade operacional e a possibilidade de aplicação em unidades já existentes são as principais vantagens da remoção química em

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relação a biológica. Portanto, deve-se avaliar cada caso, considerando as vantagens e desvantagens de cada um, podendo até ser adotado a combinação dos dois processos.