Influência do recebimento de lixiviado de aterro sanitário sobre a dinâmica populacional da microfauna em sistema de tratamento de esgoto sanitário

Microrganismos desempenham um papel preponderante em sistemas de tratamento biológico de esgoto, sendo os responsáveis pela estabilização da matéria orgânica e remoção de nutrientes


Microrganismos desempenham um papel preponderante em sistemas de tratamento biológico de esgoto, sendo os responsáveis pela estabilização da matéria orgânica e remoção de nutrientes, a fim de gerar um efluente com características que permitam seu lançamento em corpo d’água de acordo com os limites previstos pela legislação em vigor.
O reconhecimento dos grupos de microrganismos predominantes em um dado momento numa Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) permite a avaliação da estabilidade do sistema e da eficiência do tratamento (Branco, 1987).
A exata composição da comunidade presente na microbiota é função direta da competição estabelecida entre os microrganismos pelo alimento disponível, bem como da adaptação às condições ambientais, como temperatura, pH, níveis de Oxigênio Dissolvido (OD) etc (Metcalf e Eddy, 1991; Von Sperling, 1996; Horan, 1997).
Há um consenso entre os pesquisadores no que diz respeito aos grupos de microrganismos encontrados no lodo biológico de uma ETE, podendo ser agrupados da seguinte forma:
• Bactérias;
• Protozoários;
• Fungos;
• Micrometazoários.
Jensen, Eriksen e Jorgensem (1989) citam a dificuldade em se compreender a dinâmica microbiana num lodo de ETE, sobretudo no que diz respeito à determinação da densidade populacional e sua correlação com as condições operacionais do sistema.
De acordo com Vazoller (1989), o aspecto do lodo biológico ao microscópio pode ser descrito da seguinte forma: as bactérias se agregam formando os flocos biológicos; na superfície desses flocos fixam-se os protozoários pedunculados; outros protozoários, os livre-natantes, que se movem nos espaços entre os flocos, mantém estreita ligação com os flocos, alimentando-se deles; por fim, há os micrometazoários (rotíferos, tardígrados, anelídeos etc.) que também se locomovem nos espaços entre os flocos, alimentando-se desses protozoários.
Pode-se observar no lodo biológico a ocorrência de uma sucessão ecológica entre os microrganismos presentes, uma vez que, por menor que seja a alteração nas condições ambientais, isso acarretará no aparecimento de novos grupos e a exclusão de outros.
A figura abaixo ilustra esse fenômeno.

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De acordo com Richard (1989) é muito comum em análises microscópicas de uma amostra de lodo biológico proveniente do tanque de aeração de um sistema de tratamento biológico aeróbio, a identificação e quantificação de protozoários; segundo o mesmo autor, protozoários estão sempre presentes no lodo biológico numa faixa populacional que pode variar de 10 a 100.000 organismos/mL.
Curds apud di Marzio et al (1999) demonstrou que os protozoários alimentam-se numa razão de 500 bactérias/hora, contribuindo de forma importante para a clarificação do efluente; esse fato, aliado a facilidade de identificação microscópica e a sensibilidade a mudanças ambientais, os tornam uma ferramenta de avaliação de funcionamento e eficiência do sistema.
Nesse contexto, o objetivo central desse trabalho foi compreender, por meio de ensaios laboratoriais, as relações existentes entre a microfauna que se desenvolve e atua no processo de tratamento biológico de esgoto sanitário e a sua dinâmica sob diferentes condições operacionais, bem como a influência do recebimento de lixiviado de aterro sanitário sobre a composição dessa microfauna; além de buscar demonstrar a importância do acompanhamento microbiológico do lodo dos reatores como critério para o estabelecimento de diretrizes que permitam uma operação eficiente e segura do processo.

Materiais e métodos
A pesquisa foi desenvolvida por meio de experimento em escala piloto, envolvendo dois sistemas de lodos ativados de dimensões iguais, diferindo pela introdução em um deles de mídias plásticas móveis do tipo Kaldnes® para o desenvolvimento de biomassa aderida, afim de que este seja operado como um reator híbrido do tipo Moving Bed Biofilm Reactors (MBBR). As unidades piloto foram instaladas no campo experimental de tratamento de esgoto do Centro Tecnológico de Hidráulica, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária.
O esgoto sanitário que alimentou as unidades piloto fora proveniente do CRUSP – Conjunto Residencial da USP, recebendo tratamento preliminar por gradeamento e desarenação.
O lixiviado também conhecidos por Chorume – efluentes líquidos gerados como resultado da percolação de água de chuva através dos resíduos sólidos dispostos em aterros sanitários, bem como da umidade natural desses resíduos – foi coletado na Estação Elevatória de Esgoto do Piqueri - SABESP, sendo proveniente do Aterro Sanitário de Caieiras.
Na figura abaixo apresenta uma visão geral das unidades pilotos, e na tabela a seguir, as dimensões dos reatores biológicos.

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A fim de se observar a influência do recebimento de lixiviado de aterro sanitário junto ao tratamento do esgoto na composição da microfauna do lodo biológico dos reatores das unidades pilotos, o estudo foi dividido em três fases. A tabela a seguir apresenta, resumidamente, as condições operacionais adotadas em cada fase.

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Dessa forma, parte da carga orgânica afluente foi composta pelo lixiviado de aterro sanitário. O percentual acrescido foi estabelecido com base na carga de matéria orgânica expressa em termos de DBO.

Procedimentos operacionais
Com o objetivo de caracterizar o Afluente (Esgoto Sanitário e contribuição de Lixiviado de Aterro Sanitário), os Lodos dos tanques de aeração e os seus respectivos Efluentes, foram realizadas análises laboratoriais de Demanda Química de Oxigênio (DQO), Nitrogênio Amoniacal (N-NH4+), Sólidos em Suspensão Voláteis (SSV) e Microscopia. A tabela abaixo apresenta os parâmetros monitorados.
As metodologias empregadas obedeceram à 21ª edição do Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, da APHA / AWWA / WEF.

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A avaliação de tais parâmetros ofereceram subsídios para compreender as possíveis coarrelações entre a microfauna presente no lodo biológico e a eficiência de remoção de compostos orgânicos e nitrogenados.

Resultados e discussão
Para efeito de sistematização dos resultados, serão apresentados, primeiramente, os valores históricos dos parâmetros físico-químicos e biológicos avaliados, e em seguida, a correlação destes com o comportamento da densidade populacional da microfauna.
As figuras abaixo apresentam os valores de eficiência de remoção de matéria orgânica expressa em termos de DQO em cada fase.

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Observando-se os valores de DQO dos efluentes, conclui-se que nas duas primeiras fases ocorreram uma razoável redução de DQO em ambos os sistemas, entretanto, na última fase, o sistema MBBR apresentou uma eficiência de remoção de DQO superior ao de Lodos Ativados .
A principal hipótese para o fato, deve-se a presença das mídias plásticas móveis no reator do sistema MBBR, as quais oferecem meio suporte ao desenvolvimento de biofilme, proporcionando o aumento dos Sólidos em Suspensão Voláteis e, consequentemente, o aumento da densidade populacional da microfauna, contribuíndo, juntamente com a microfauna dos SSV do lodo em suspensão, para uma maior robustez no sistema e, portanto, em melhores índices de remoção de matéria orgânica.
As figuras abaixo ilustram o comportamento dos sistemas frente a remoção de compostos nitrogenados.

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A avaliação de eficiência na estabilização de compostos nitrogenados permitem observar a existência do fenômeno de Nitrificação, cuja ocorrência é de grande importância em um sistema de tratamento de esgoto, uma vez que traduz a estabilização do Nitrogênio Amoniacal por meio de sua conversão em Nitrato, num mecanismo biológico envolvendo a presença de bactérias do tipo Nitrificantes.
O monitormanto das concentrações de nitrogênio amoniacal presentes nos efluentes dos sistemas pilotos, permitem constatar que o fenômeno Nitrificação ocorreu de forma satisfatória nas três fases da pesquisa apenas no sistema MBBR, muito provavelmente pelos mesmos motivos já apresentados.
As figuras e tabelas a seguir apresentam os resultados obtidos no monitoramento do parâmetro Sólidos em Suspensão Voláteis presentes nos Efluentes e no interior do Tanque de Aeração dos dois sistemas.

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Observa-se uma baixa perda de sólidos em suspensão voláteis nos efluentes de ambos os sistemas, com uma relativa melhora no MBBR. Isso implica em uma boa separação dos sólidos-líquidos no Decantador Secundário, gerando um efluente clarificado e uma boa retenção de biomassa. A tabela a seguir apresenta os valores médios de SSV em cada fase.

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A seguir, os valores de SSV nos tanques de aeração. Deve-se destacar que em relação ao MBBR os valores apresentados, primeiramente, referem-se apenas ao SSV presentes no lodo em suspensão, excluindo-se, nesse momento, a parcela relativa à biomassa aderida às mídias plásticas móveis.

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Pode-se observar uma estabilidade em ambos sistemas na concentração de SSV ao longo das 3 fases, com o sistema de Lodos Ativados apresentando concentrações mais altas do que o sistema MBBR, entretanto, devido ao fato de que neste último existe a formação do Biofilme, o valor global de SSV é maior nesse sistema
A figura abaixo apresenta valores históricos de SSV encontrados no biofilme.

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A tabela abaixo apresenta resumidamente, os valores médios de SSV no tanque de aeração dos sistemas de Lodos Ativados e de MBBR (lodo em suspensão e biofilme) ao longo do experimento.

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Para determinação da densidade populacional da microfauna, foi adotado a sistematização proposta por Vazoller (CETESB, 1989), agrupando os protozários nos seguintes grupos: protozoários pedunculados; protozoários predadores de floco; protozoários livre-natantes; além dos micrometazoários rotíferos e anelídeos.
Os dados do sistema MBBR referem-se a quantificação da microfauna no lodo em suspensão e no biofilme, e em seguida, o valor global.
As figuras abaixo apresentam os valores relativos à densidade populacional da microfauna presente no lodo biológico dos reatores dos sisemas de Lodos Ativados e MBBR ao longo das 3 fases.

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A análise dos resultados obtidos em cada fase sugere a ocorrência de uma sucessão ecológica cujo motivo pode ser atribuído às diferentes cargas de lixiviado de aterro sanitário aplicados aos sistemas, bem como a diferença na configuração das plantas das pilotos.
Na Fase 1, em ambos os lodos, observa-se um predomínio de protozoários pedunculados seguidos pelos protozoários de vida livre (predadores de floco e livre-natante); na Fase 2 têm-se o predomínio de protozoários predadores de floco nas amostras do Lodo em Suspensão do MBBR e do sistema de Lodos Ativados, enquanto que no Biofilme manteve-se o mesmo predomíno de protozoários peduculados e livre-natantes, demonstrando que tal região não sofreu influência na densidade populacional da microfauna mesmo com o aumento da carga de lixiviado; por fim, na Fase 3 verifica-se o predomínio de protozoários livre-natantes em todas as amostras analisadas.
Pode-se observar a maior presença de micrometazoários, como Rotíferos e Anelídeos, nos lodos do sistema MBBR, o que oferece indícios de boa condição de depuração.
Madoni (1993) apud Cutolo (1996) relata que a co-dominância de ciliados livre-natantes e de pedunculados, tal qual encontrada nos lodos da Fase 1, é muito frequente, e que o crescimento maciço indica situações de transição do sistema como rápido crescimento de carga de lodo ou quantidade descontínua de carga que entra no sistema.
Segundo Klimowicz (1970) apud Cutolo (1996), a ocorrência protozoários livre-natantes é uma evidência de uma pobre produção no tratamento de purificação do esgoto, ou seja, um efluente de baixa qualidade. Madoni(1993) apud Cutolo (1996) relata que estes organismos são abundantes logo na fase de desenvolvimento do sistema, quando os flocos são poucos e os protozoários ciliados pedunculados estão ausentes, estes são mais eficientes na remoção de bactérias em suspensão o que pode ser observado com maior frequência no lodo proveniente do sistema de Lodos Ativados, nas fases 2 e 3; e na última fase do MBBR, que explicaria a baixa eficiência observada nessas situações.
Não foi observada a presença de protozoários flagelados em nenhum dos lodos observados em nenhuma das fases do estudo, o que pode ser explicado pela relação Alimento/Microrganismo (A/M) adotada de 0,2 kgDBO/kgSSV.d, a qual proporciona um meio desfavorável para o desenvolvimento dessas formas, uma vez que o valor ideal para esses microrganismos situa-se em 0,9 kgDBO/kgSSV.d (Curds e Cockburn,1970b apud Cutolo (1996).
Curds (1971) apud Cutolo (1996) relata que um efluente final de boa qualidade é produzido quando protozoários pedunculados são dominantes, tal qual se observa no lodo proveniente do sistema MBBR nas duas primeiras fases, e no sistema de Lodos Ativados na primeira fase, permitindo uma boa correlação com a eficiência observada.
Partindo-se dessa premissa, é possível traçar uma correlação entre a densidade de protozoários pedunculados presentes nos sistemas e eficiência dos mesmos. A tabela abaixo apresenta os valores obtidos.

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De uma forma geral, observa-se uma boa correlação entre a presença de protozoários pedunculados no lodo com os índices de eficiência obtidos em cada sistema, sobretudo em termos de remoção de DQO, com excessão a última fase do Lodos Ativados, cuja eficiência de tratamento apresentou-se muito desfavorável mesmo contando com uma densidade de protozoários pedunculados na mesma ordem de grandeza das demais fases.
É importante salientar que outros parâmetros devem ser levados em conta no avaliação global do sistema, sobretudo, por tratar-se de um meio extremamente complexo.
A figura abaixo apresenta os valores de densidade global, onde pode-se observar a superioridade numérica no sistema MBBR expressa nos valores globais de organismo/L, o que colabora com os resultados anteriores de SSV no tanque de aeração e de eficiência do sistema.
Observa-se que apenas na última fase têm-se uma diminuição da população global em ambos sistemas, muito provavelmente em função do percentual de lixiviado aplicado ocasionar o aumento da presença de compostos orgânicos recalcitrantes e potencialmente tóxicos, sem, contudo, afetar significativamente a estrutura da microfauna presente no lodo.
Percebe-se que a flutuação da densidade da microfauna ao longo do tempo de operação das pilotos, foi muito menor no sistema MBBR, levando-se em conta a totalidade dos organismos (suspensão+biofilme), do que no Lodos Ativados, demonstrando uma maior estabilidade neste sistema.

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Uma provável explicação para a superioridade numérica observada no sistema MBBR, é que neste sistema, devido à presença das mídias plásticas móveis, disponibiliza-se meio suporte para o desenvolvimento da microfauna manter-se aderida, favorecendo um melhor desempenho (Minegatti, 2008 apud Fujii, 2011).
Utilizando os valores médios de SSV obtidos nas 3 fases, é possível expressar a quantidade de organismos presentes em 1miligrama de lodo. A tabela abaixo apresenta os valores obtidos.

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Os baixos valores obtidos de microrganismos por miligrama de lodo biológico presentes no sistema de Lodos Ativados, quando comparados com os de MBBR, demonstram o quanto a microfauna deste é mais pobre que a do outro, colaborando com os baixos índices de eficiência verificados no sistema de Lodos Ativados.

Conclusões
A partir do estudo microscópico dos lodos biológicos dos sistemas de Lodos Ativados e MBBR operados recebendo esgoto doméstico em conjunto com diferentes cargas de lixiviado de aterro sanitário, foi possível avaliar a dinâmica populacional da microfauna presente.
Constato-se uma mudança nas densidades populacionais dos grupos de microrganismos pesquisados em cada fase, a qual pode ser atribuída em função das diferentes cargas de lixiviado, bem como as peculiaridades de cada planta de tratamento empregado no estudo.
Foi possível observar uma correlação entre a densidade populacional de protozoários pedunculados e a eficiência do processo de tratamento, sobretudo, em relação a remoção de matéria orgânica expressa em termos de DQO em quase todas as fases, bem como a correlação entre a presença de protozoários de vida livre e a baixa eficiência dos sistemas.
Torna-se, portanto, viável, o emprego em rotina da avaliação da microfauna presente no lodo biológico como ferramenta de avaliação das condições operacionais e eficiência do sistema.
Recomenda-se o prosseguimento dos testes com cargas superiores de lixiviado a fim de verificar possíveis impactos mais significativos na microfauna dos lodos biológicos.

 

Fábio Campos
Doutorando em Saúde Pública pela FSP/USP
Roque Passos Pivele
Prof. Associado Escola Politécnica USP
Rodrigo F. Bueno
Doutorando em Engenharia Sanitária EP/USP

 

Referências Bibliográficas:

AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, WATER ENVIRONMENTAL FEDERATION. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19a edição. Washington, APHA/AWWAlWEF,1995.
BRANCO, S.M. Hidrobiologia aplicada a engenharia sanitária. 3a edição São Paulo, CETESB/ASCETESB, 1986
CUTOLO, S.V., Dinâmica populacional da microfauna de lodos ati vados. Dissertação apresentada à Faculdade de Saúde Pública/USP, 1996
DI MARZIO, W.; ALBERDI, J.L.; ORTORELLI, M.C.; SÁEZ, M.E., Indicadores microbiológicos del funcionamento de sistemas industriales de depuración por Lodos Activados de la província de Buenos Aires, Argentina. AIDIS, 1999, nº45, pp.94-100.
FUJII, F.Y.. Análise comparativa entre o processo de lodo ativado e o reator de biofilme de leito móvel na remoção de nitrogênio de esgoto sanitário. Dissertação apresentada a Escola Politécnica/USP, 2011
HORAN, N. J. Biological Wastewater Treatment Systems: theory and Operation. John Wiley & Sons, 1997.
JENSEN, B.K.; ERIKSEN, T.; JORGENSEN, P.E. Determination of active biomass. Water Science Technology, 1988, vol. 20 nº 11/12; pp. 213-219
KINNER, N.E.; CURDS, C.R.; MEEKER, L.D., Protozoa and metazoan as indicators of effluente quality in rotating biological contactors. Water Science Technology, vol. 20; nº11/12, pp.199-204
METCALF AND EDDY. Wastewater Engineering - Treatment, disposal and reuse. McGraw HiII Book Co. Inc., 3a edição, 1991
RICHARD, M., Activated sludge microbiology. Water Pollution Control Federation, 1991
VAZOLLER, R.F. Microbiologia dos Lodos Ativados, São Paulo, CETESB, 1989.
VON SPERLING, M. Princípios Básicos do Tratamento de Esgoto. vol 2. Depto. de Engenharia Sanitária e Ambiental, UFMG, 1996.

 

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