Bactérias saudáveis são vitais para o tratamento de águas residuais

Por Jael Batty O lodo ativado é uma mistura de microrganismos que entram em contato com materiais biodegradáveis (alimentos) das águas residuais e os digerem.
Depois que a maior parte do material é removida da água residual, os microrganismos formam um floco e se depositam como lodo.
Algum tipo de micro-organismo sempre crescerá no sistema.
Os organismos dominantes serão os mais adequados ao ambiente. ¹

Os microrganismos naturais do ambiente de águas residuais desempenham um papel fundamental no processo de tratamento de águas residuais.
Bactérias, protozoários, metazoários, algas e fungos benéficos se alimentam do material orgânico presente nos efluentes, decompondo-o. As bactérias se aglomeram ou formam massas que se assentam e se separam dos líquidos dos efluentes.
As bactérias se aglomeram, ou floculam, formando massas que se assentam e se separam dos líquidos de águas residuais.
Essa massa sedimentada é chamada de lodo.
Nesta semana, falaremos especificamente sobre bactérias de águas residuais.

Bactérias aeróbicas, anaeróbicas e facultativas

As bactérias representam 95% dos microrganismos nas águas residuais.
Elas são microrganismos unicelulares classificados com base em sua resposta ao oxigênio. As bactérias aeróbicas usam o oxigênio, que é adicionado mecanicamente, para decompor os contaminantes do esgoto, convertendo-o em energia.
As bactérias usam essa energia para crescer e se reproduzir. As bactérias anaeróbicas obtêm oxigênio de sua fonte de alimento.
À medida que as bactérias anaeróbicas decompõem o lodo, elas produzem gás metano.
Esse gás metano pode ser usado como uma fonte de energia alternativa, chamada biogás, para alimentar o processo de tratamento de águas residuais.
As bactérias anaeróbicas também podem ser usadas para reduzir a quantidade de fósforo no efluente.
Embora prefiram o oxigênio, as bactérias facultativas podem alternar entre as formas aeróbica e anaeróbica em resposta ao seu ambiente. ^1,2

Bactérias consomem material orgânico

As bactérias consomem materiais orgânicos biodegradáveis, incluindo proteínas, carboidratos e gorduras, por meio de adsorção e absorção:

Durante a adsorção, as partículas de alimentos que são grandes demais para passar pela membrana celular e pelas bactérias aderem umas às outras.
As bactérias secretam enzimas que dissolvem as partículas de alimentos em unidades muito pequenas.
Essas pequenas unidades de alimento agora podem atravessar a parede celular da bactéria.
A absorção é o processo pelo qual unidades menores de alimento dissolvido passam para a membrana celular. ¹

Cinco fases do crescimento das bactérias

A mistura de microorganismos e águas residuais no tanque de aeração é chamada de “licor misto”.
As bactérias passam por cinco fases de crescimento no licor misto.

• Durante a fase lag, as bactérias se adaptam ao ambiente, desenvolvendo as enzimas necessárias para digerir os nutrientes.
  As bactérias decompõem os nutrientes com enzimas que só funcionam em condições favoráveis.
  As bactérias não podem sobreviver se as enzimas não estiverem funcionando adequadamente.
• As águas residuais influentes contêm altos níveis de nutrientes que as bactérias usam para crescimento e energia.
  As bactérias começam a crescer e a se reproduzir durante a fase de crescimento acelerado.
  As bactérias em crescimento se movimentam em busca de nutrientes, multiplicando-se rapidamente.
  Elas não se acomodam para formar flocos.
• Durante a fase de declínio do crescimento, os níveis de nutrientes começam a cair e as bactérias competem por eles.
  Quando os níveis de alimentos estão baixos, as bactérias diminuem a velocidade para conservar energia e não crescem nem se reproduzem.
  Os nutrientes são usados para energia e manutenção das células.
• Os níveis de bactérias permanecem constantes durante a fase estacionária.
  Elas formam uma camada espessa de lodo de produtos residuais na parte externa da parede celular.
  Essa camada de limo faz com que as bactérias se aglomerem e formem flocos.
• O número de bactérias diminui durante a fase de morte^.1

Proporção de alimentos para microorganismos

A quantidade de alimento disponível para os microrganismos é calculada pela relação alimento/microrganismo (F/M).
A relação F/M é a medida do alimento recebido dividido pelos microrganismos (em libras) no sistema.
Isso é determinado pela divisão dos resultados do teste de DBO/COD pelos sólidos suspensos voláteis do licor misto (MLVSS).
Se o licor misto não for mantido por tempo suficiente para que os níveis de nutrientes caiam, desenvolve-se uma alta relação F/M na qual as bactérias são dispersas e continuam a se reproduzir e a se movimentar ativamente.
Isso impede o desenvolvimento de flocos, resultando em problemas de sedimentação e efluentes turvos.
Somente quando os nutrientes são limitados é que as bactérias conseguem desenvolver a camada de lodo e se aglutinar para formar o floco^.3 Se a relação F/M for muito baixa, podem ocorrer deficiências de nutrientes.
Um ambiente com deficiência de fósforo, nitrogênio e/ou enxofre interrompe o desenvolvimento da parede celular, criando resistência à água, o que resulta em dispersão do floco, aumento do volume do lodo e formação de espuma.
Torna-se difícil para os nutrientes penetrarem na parede celular.
O aumento do volume de lodo pode ocorrer em ambientes com deficiência de fósforo ou nitrogênio ou com alto teor de ácidos orgânicos. ^1,3

Biorremediação

A relação F/M pode ser ajustada com a biorremediação, que é um processo de tratamento de águas residuais para estimular o crescimento dos microrganismos existentes.
Com a bioestimulação, nutrientes suplementares, vitaminas, minerais, ácidos orgânicos e tampões de pH são introduzidos nas águas residuais para criar um ambiente hospitaleiro que estimule os microrganismos que ocorrem naturalmente. A bioaumentação, a adição de microrganismos, pode ser usada para reiniciar sistemas de lodo ativado ou para ajudar na decomposição de um poluente específico.
A biorremediação aumenta a bio-oxidação de águas residuais e reduz os níveis de gordura, lodo e odor em estações de tratamento de águas residuais, lagoas e tanques.
A biorremediação é usada para ajudar a degradar metais pesados, compostos de petróleo e resíduos perigosos.
Os produtos bioestimulantes e de bioaumentação ajudam a reduzir a toxicidade das águas residuais, os custos de manuseio do lodo e o uso de energia. ⁴

Conclusão

As bactérias decompõem o material orgânico nos efluentes e formam o floco que assenta e separa os sólidos dos líquidos.
O controle da relação F/M – um componente vital para a criação de um ambiente favorável para as bactérias dos efluentes – pode ser realizado com o uso de produtos de biorremediação.
A presença e as atividades de bactérias e outros microrganismos indicam a condição das águas residuais em todos os estágios do tratamento.
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Citações

1. T Glymph (2005). Wastewater Microbiology: A Handbook for Operators, https://www.iowaruralwater.org/tools_tips/toni_glymp/Bacteria-Protozoa.pdf
2. Departamento de Proteção Ambiental de Kentucky (2012). Tipos de bactérias usadas no tratamento de águas residuais, https://kyocp.wordpress.com/2012/06/14/types-of-bacteria-used-in-wastewater-treatment/
3. R Fuller (2017).
   A conversão de alimentos em massa (F :M) Ratio, The Wastewater Blog,https://www.thewastewaterblog.com/single-post/2016/12/19/Food-to-Mass-Ratio
4. LM Coelho, HC Rezende, LM Coelho, PAR de Sousa, DFO Melo e NMM Coelho (2015). Biorremediação de águas poluídas usando microrganismos, https://www.intechopen.com/books/advances-in-bioremediation-of-wastewater-and-polluted-soil/bioremediation-of-polluted-waters-using-microorganisms