Estudo de Caso - Eutrofização

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Instituto de Química de São Carlos
ESTUDO DE CASO
Química da Eutrofização em rios e lagos
Lenita Pessôa Altoé – 7653015
Munique Kazar Mendes – 6784055
Sylvia Frida de Almeida Szterenfeld - 8123120
 
Agosto/2013
Estudo de caso
Cálculo dos diferentes tipos de contribuições de fósforo nas águas da represa estudada:
População = 8000 KgP/ano
Matas = 400 KgP/ano
Agrícola = 500 KgP/ano
Urbana = 1000 KgP/ano
Total = 9900 KgP/ano
 
Cálculo da concentração de fósforo aplicando o método empírico Salas e Marino, 1991 e utilizando os dados fornecidos e calculados:
P = 9900 x 103 / 107 x ( 1 + 2) = 330 mgP/m3
De acordo com a tabela de dados de Von Sperling, 1994, a classe de trofia da represa analisada é Hipereutrófico, já que a concentração calculada de fósforo total da represa é maior que 100 mg/m3.
Sendo o ambiente hipereutrófico, temos:
Cálculo da carga máxima de fósforo admissível para que as condições encontradas sejam reduzidas a um valor de 50 mgP/m3, utilizando o modelo empírico Salas e Marino, 1991.
L = 0,05 x 107 x (1 + 2)/ 103 = 1500 KgP/ano
Apresentação de três medidas de controle pluvial:
 Wetland Treatment (Aplicação em Zonas Úmidas): Cria-se um ecossistema preparado para absorver os poluentes provenientes da drenagem pluvial, de forma que eles se tornam uma espécie de filtro, impedindo que eles escoem para o rio;
Rapid Filtratation (Infiltração Rápida): O líquido é descarregado em valas e bacias que possuam terrenos permeáveis, de forma que a água escorre pelo solo, que naturalmente irá remover seus poluentes;
Overland Flow (Escoamento Superficial): Se o terreno for impermeável, cria-se uma camada de cobertura vegetal que filtrará a água de forma que o fósforo não esteja mais presente (ou esteja presente em menor quantidade) quando ele atingir a água.
Apresentação de quatro medidas de controle dos esgotos:
Tratamento de esgoto: É preciso que o esgoto seja tratado antes que atinja a represa. Para isso, existem três fases. Na primeira, separa-se o líquido do sólido, e estes são descartados ou incinerados. Na segunda, utilizam-se bactérias para remover o material orgânico e os nutrientes. Por fim, trata-se a água com produtos químicos, retirando o nitrogênio e o fósforo presentes. Ao final, a água escoada não causará mais danos ao ambiente.
Rapid Filtratation (Infiltração Rápida): Quando o esgoto é descarregado em um ambiente permeável, a parte líquida escorre pelo solo e a parte sólida fica retida na superfície, de forma que a matéria orgânica torna-se um tipo de substrato, ajudando a flora da região. Após a “filtração” feita pelo solo, a água resultante não causará mal à represa.
 Lodo Ativado: Oxida-se a matéria orgânica com ajuda de bactérias aeróbicas em tanques próprios para isso. De lá, seguem para os decantadores e voltam para o tanque de aeração, de forma a reativar as bactérias ali presentes. Nesta fase, introduz-se o lodo decantado, aumentando a oxidação.
 Filtros Anaeróbios: O esgoto é despejado em um reator com material inerte, como bambu, onde a biomassa se fixará. O efluente que restou será conduzido por um fluxo ascendente e será tratado de forma similar ao tratamento convencional de esgoto.
Procedimento - Processos Biológicos
	A remoção biológica de fósforo proposta (Figura 1.) para a recuperação da represa estudada é um processo de tratamento de águas baseada no enriquecimento seletivo de bactérias acumuladoras de poli-fosfatos inorgânicos (PAB), que incorporam o fosfato na biomassa celular. Este é subsequentemente removido do processo no lodo biológico excedente. Esse processo de remoção envolve um metabolismo microbiano cíclico por meio de diferentes biopolímeros de acumulação microbiana, como poli-fosfatos, PHA (Polihidróxialcanoatos) e glicogen. Há vários gêneros de bactérias envolvidas no processo mas o gênero mais representativo é o das bactérias Acinetobacter. O metabolismo cíclico é induzido por microrganismos através da alternância das condições anaeróbia/ aeróbia. A incubação anaeróbia é inicialmente rica em substratos carbonáceos rapidamente biodegradáveis, sem a presença de receptores de elétrons (O2 e NO3-). Já a incubação aeróbia é pobre em carbono com a presença de receptores de elétrons. 
Figura 1. Bioreator do processo de eutrofização.
	O processo ocorre da seguinte maneira: durante o período anaeróbio os microrganismos presentes no lodo, liberam ortofosfato solúvel, como uma única possibilidade de obter energia para o consumo da matéria orgânica e fontes de carbono, acumulando biopolímeros (principalmente PHA e glicogen). A fonte de energia para esses processos é derivada principalmente de poli-fosfatos. A energia é fornecida pela hidrólise das moléculas poli-P, sendo utilizada na síntese de reservas intracelulares de poli-hidroxibutiratos (PHB) a partir de substratos carbonáceos simples, tais como, os ácidos voláteis graxos de curta cadeia carbonácea - AGV. Para formação de PHB, o acetato e o propinato (que se constitui quase que exclusivamente nos substratos carbonáceos utilizados na formação do PHB), em solução sob a forma aniônica, são transportados através da célula citoplasmática como moléculas neutras. A neutralização ocorre mediante reação com um próton H+, produzido pela hidrólise dos poli-P e que reduz o pH intracelular que o organismo tende a manter constante. A hidrólise dos poli-P gera uma liberação de cátions K+, Mg+ e Ca+ , e de ânions H2PO4. 
	Quando as condições do bioreator mudam para aeróbias, as reservas intracelulares de PHB e certa quantidade de substrato carbonáceo extracelulares são oxidados via o ciclo de Krebs. Tanto o O2 como o NH3 podem servir como aceptores de elétrons no processo, que tem como produto final ATP, CO2 e NADH. A energia então produzida é utilizada no catabolismo e anabolismo celular. Esta energia serve também à produção de ATP e posterior recomposição das reservas intracelulares de poli-P. A re-incorporação do ortofosfato em novo polifosfato microbiano, consume mais do que a quantia originalmente liberada (durante o processo anaeróbio), ocorrendo assim, uma eliminação de até 100% do ortofosfato do efluente. A Figura 2 é uma representação esquemática do comportamento das bactérias acumuladoras de fosfato (PAB), durante a alternância A/O.
Figura 2. Representação esquemática do comportamento das PBA na alternância A/O (Aeróbio/Anóxico).
Procedimento - Processos Físico-químicos
	O procedimento proposto neste caso é uma precipitação de fosfatos com coagulantes a base de sais de ferro. Esse processo é regido por uma equação química básica, onde o íon Fe3+ reage com a forma de fosfato, resultando em um sal insolúvel de fosfato férrico. A equação pode ser observada a seguir: 
Fe3+ + HnPO4 3-n ↔ FePO4 + nH + (1)
	Após a precipitação é necessária uma etapa de coagulação para que partículas em suspensão possam agregar e formas flocos susceptíveis à sedimentação e assim serem facilmente removidas. A coagulação pode ser feita utilizando eletrólitos, polieletrólitos e íons hidrolisados de metais.
Referências Bibliográficas 
ALÉM SOBRINHO, P.; JORDÃO, E. P. (2001) Pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios – uma análise crítica. In: CHERNICHARO, C. A. L. (Coordenador) Póstratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Rio de Janeiro, ABES.
SILVA ,CAMILA VIDAL ALVES (2009) Remoção de fósforo em estação compacta de tratamento de esgotos sanitários através de precipitação química In: Ricardo Franci Gonçalves. (Coordenador).