A importância da suplementação com nutrientes no processo de tratamento de efluentes

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Você certamente já ouviu falar na relação DBO:N: P.

Entenda porque uma relação equilibrada de nutrientes é essencial para o bom desempenho do processo de tratamento de efluentes.

A relação de Redfield e sua importância

Descoberta em 1934 por Alfred Redfield é a relação atômica de carbono, nitrogênio e fósforo encontrados no fitoplâncton e em todos os oceanos profundos.

Esta relação estequiométrica desenvolvida empiricamente foi originalmente encontrada como C: N: P = 106: 16: 1 (e foi recentemente revisada para 117: 14: 1).

Até aqui tudo bem, mas o que a relação de Redfield tem haver com o tratamento de efluentes?

A remoção da matéria orgânica no processo de tratamento de efluentes é realizada pelos organismos heterotróficos, que sob condições anóxicas e aeróbias, utilizam o substrato orgânico como fonte de carbono.

O crescimento dos organismos requer, além do substrato, sob condições aeróbias, disponibilidade dos nutrientes, nitrogênio e fósforo, para a síntese celular.

A composição complexa do protoplasma pode ser representada simplificadamente pela expressão C₅H₇NO₂ (biomassa).

Nos reatores biológicos das estações de tratamento de efluentes, é importante que o carbono, o nitrogênio e o fósforo esteja em proporções adequadas para possibilitar o crescimento celular sem limitações nutricionais.

Com base na composição das células dos microrganismos que formam parte dos tratamentos, costuma-se exigir uma relação DBO: N:P mínima de 100:5:1 em processos aeróbios e uma relação DQO:N:P de pelo menos 350:7:1 em reatores anaeróbios.

Deve ser notado que estas exigências nutricionais podem variar de um sistema para outro, principalmente em função do tipo de substrato.

Todas as plantas de tratamento de efluentes necessitam suplementação?

A resposta é não! Cada processo é único e você deve conhecer as particularidades do seu bem como a composição do efluente que está tratando.

Quando falamos em efluente doméstico, a composição simplificada pode ser apresentada da seguinte forma:

• 99,9% de água
• 0,1% de sólidos

– 70% dos sólidos são de origem orgânica como compostos de proteínas (40 a 60%),

– Carboidratos (25 a 50%),

– Gordura e óleos (10%) e ainda uréia (NH₃-N) 25 a 50 mgL, fósforo total 8 a 15 mgL, pesticidas, surfactantes, fenóis e outros poluentes.

– Os outros 30% dos sólidos são de origem inorgânica (areia, sais, metais).

Nesse caso, perceba que a maior parte constituinte dos efluentes domésticos é de origem orgânica e facilmente biodegradável.

A proporção média de carbono para nitrogênio para fósforo (ou relação C: N: P) é declarada de forma variável como aproximadamente 100: 17: 5 ou 100: 19: 6.

Isto é próximo ao ideal para o crescimento dos microrganismos em processos de tratamento de efluentes biológico aeróbico como lodos ativados, sendo assim, não requer suplementação.

Mas isso não significa que você não deva caracterizar e monitorar nitrogênio e fósforo e suas frações no processo.

No entanto, os efluentes industriais, são extremamente diversos no que diz respeito às características físico químicas, e requerem uma boa campanha de caracterização porque aqui cada efluente é único (até quando falamos em indústrias do mesmo segmento).

Isso significa dizer que você não vai encontrar em lugar nenhum do mundo um efluente idêntico ao seu tampouco uma ETE com as mesmas particularidades da sua!

Posto isto, agora ficou claro que efluentes industriais podem necessitar suplementação, um exemplo típico são os efluentes oriundos do processo de fabricação e celulose e papel, via de regra deficientes em nitrogênio e fósforo.

Mas não paramos por ai, há também efluentes de outros segmentos industriais que necessitam balanceamento para apenas um dos nutrientes.

Mas como sei se o meu processo necessita ou não de suplementação e qual nutriente? Simples, caracterizando o efluente bruto e realizando monitoramento!

Problemas causados pela falta de nutrientes

Lodo de baixa qualidade

O tratamento de efluentes com deficiência de nutrientes geralmente resulta em um lodo de baixa qualidade, com sedimentabilidade precária e as vezes com formação de espuma levando quase sempre a perda de sólidos.

E mais uma vez aqui vale reforçar que perda de sólidos ou arraste como costumamos dizer, leva ao aumento da DBO no efluente tratado e consequentemente a baixa eficiência em remoção de DBO do sistema.

Crescimento de filamentosas

Outro problema muito importante ocasionado pela deficiência de nutrientes é o crescimento de filamentosas.

Isso mesmo, as “temidas” filamentosas, essas velhas conhecidas por causarem sérios problemas na operação quando seu crescimento é excessivo.

Os organismos filamentosos produzem um lodo de baixa qualidade e concentrações maiores de SST (sólidos suspensos totais).

Embora o volume de lodo esteja relacionado a vários fatores, como baixa concentração de oxigênio, septicidade (alta concentração de ácido orgânico), baixo A/M (proporção de alimentos para microorganismos) e baixo pH, a prevenção de um Bulking no processo passa antes de mais nada, pelos níveis suficientes de nutrientes.

Micrografia de lodo ativado com bulking filamentoso

Acredita-se que as condições de limitação do crescimento favorecem filamentos, uma vez que estes organismos têm uma taxa de crescimento mais elevada durante condições de baixas concentrações de substrato, oxigênio ou nutrientes.

Além disso, os requisitos de energia de manutenção de microrganismos filamentosos geralmente são mais baixos em comparação com os microrganismos não filamentosos.

Portanto, os primeiros têm maior resistência à fome do que os últimos. Eckenfelder

Polissacarídeos

Outra situação causada pela deficiência de nutrientes é a superprodução de polissacarídeos exocelular.

Veja porque isso acontece: em condições normais de processo, as bactérias degradam a carga orgânica para a obtenção de energia e reprodução.

A medida que o meio se torna escasso em alimento (matéria orgânica), as bactérias em fase de declínio e lise liberam polissacarídeos (oriundos da membrana plasmática), os quais contribuem para o processo de biofloculaçao.

Assim sendo, a floculação está relacionada, além de fatores físico-químicos (forças de Van der Waals), à capacidade energética do meio e principalmente os polímeros (polissacarídeos).

Já em condição de deficiência de nutrientes as bactérias continuam a degradar a carga orgânica, porém não conseguem completar a síntese, essa carga parcialmente oxidada é desviada da célula como exopolímero para evitar uma sobrecarga interna de carbono.

Esta condição é manifestada por um acúmulo de polissacarídeo gelatinoso em torno da célula bacteriana.

Assim concentrações mais elevadas de DQO e SST no efluente resultam em um baixo desempenho do processo e transtornos no desaguamento de lodo, uma vez que essa característica gelatinosa dificulta e encarece o tratamento da fase sólida.

Acho que já perceberam que o assunto é extenso, mas o objetivo aqui é demonstrar o quão importante é tal relação DBO: N: P e como ela interfere e muito na operação e nos  resultados da sua ETE.