Conceituação do fenômeno
A eutrofização é o enriquecimento do meio aquático com nutrientes, causando o crescimento de organismos e plantas aquáticas, tanto planctônicas quanto aderidas, que podem atingir níveis tais que sejam causadores de interferências aos usos desejáveis do corpo d’água.
Normalmente, o maior fator de preocupação são as algas, cujo crescimento depende do aporte de nutrientes como nitrogênio e fósforo. Quando a concentração dos nutrientes é elevada, tem-se também a elevação da concentração de algas no meio aquático
– que pode chegar a níveis tais que cause problemas aos vários usos previstos para o corpo d’água. Em condições de elevada eutrofização, as algas poderão atingir superpopulações, no evento denominado floração das algas. A eutrofização pode também ter como resultado a proliferação de macrófitas, especialmente o aguapé (gigoga, jacinto de água).
O processo de eutrofização pode ocorrer em corpos d’água naturais (tais como lagoas, lagos, rios e córregos de baixa velocidade), ou artificiais (tais como reservatórios e represas). Em ambos os casos, são requeridas condições lênticas, sendo que outras condições ambientais, tais como o nível de assoreamento, profundidade, e turbidez, imporão a
prevalência da população de algas ou de plantas macrófitas. Em geral, corpos d’água Impacto dos nutrientes do esgoto lançado em corpos d’água urbanos estão sujeitos ao intenso aporte de cargas de nutrientes e de sólidos. Neste caso, o assoreamento e a redução de profundidade incentivam a proliferação de macrófitas, dada a maior possibilidade de contato entre a estrutura radicular da planta e o fundo do curso de água.
Neste item, enfoca-se como corpo d’água principalmente lagos e represas. O processo de eutrofização pode ocorrer também em rios, embora seja menos freqüente devido às condições ambientais (como turbidez e velocidades elevadas) mais desfavoráveis para o crescimento de algas e de outras plantas. No entanto, ocorrências de eutrofização em rios têm sido relatadas, constituindo motivos de preocupação crescente. Pode-se mencionar exemplos até de rios de grande porte, como o rio Tapajós, com trechos eutrofizados provavelmente em face do avanço da cultura da soja na região, com o consequente uso abusivo de adubo no solo da bacia do rio. Na região Nordeste do Brasil não é raro se encontrar rios eutrofizados na época de baixas vazões, que se prolonga geralmente
por oito meses do ano.
As principais fontes de nutrientes em corpos d’água usualmente estão associadas à drenagem pluvial urbana e, principalmente, ao lançamento de esgoto. Como comentado, este livro aborda essencialmente os nutrientes nitrogênio e fósforo no esgoto urbano.
Problemas da eutrofização
São os seguintes os principais efeitos indesejáveis da eutrofização (BRANCO, 1978; BRANCO; ROCHA, 1979; VON SPERLING, 2005):
• Problemas estéticos e recreacionais. Diminuição do uso da água para recreação, balneabilidade e redução geral na atração turística devido a:
• frequentes florações das águas
• crescimento excessivo da vegetação
• distúrbios com mosquitos e insetos
• eventuais maus odores
• eventuais mortandades de peixes
• Condições anaeróbias no fundo do corpo d’água. O aumento da produtividade do corpo d’água causa uma elevação da concentração de bactérias heterotróficas que se alimentam da matéria orgânica das algas e de outros
microrganismos mortos, consumindo oxigênio dissolvido do meio líquido.
No fundo do corpo d’água predominam condições anaeróbias devido à sedimentação da matéria orgânica e à reduzida penetração do oxigênio nestas profundidades, bem como à ausência de fotossíntese (ausência de luz). Com a anaerobiose, predominam condições redutoras, com compostos e elementos no estado reduzido:
• o ferro e o manganês encontram-se na forma solúvel, trazendo problemas ao abastecimento de água;
• o fosfato encontra-se também na forma solúvel, representando uma
fonte interna de fósforo para as algas;
• o gás sulfídrico pode causar problemas de toxicidade e maus odores.
• Eventuais condições anaeróbias no corpo d’água como um todo. Dependendo do grau de crescimento bacteriano, pode ocorrer, em períodos de mistura total da massa líquida (inversão térmica) ou de ausência de fotossíntese (período noturno), mortandade de peixes e reintrodução dos compostos reduzidos em toda a massa líquida, com grande deterioração da qualidade da água. Como as algas se concentram na superfície em excesso, impedem a penetração da luz, indispensável para a fotossíntese, dificultando, desta forma, a consequente produção de oxigênio, mesmo nas horas iluminadas do dia.
• Eventuais mortandades de peixes. A mortandade de peixes pode ocorrer em função de:
• anaerobiose (já comentada anteriormente)
• toxicidade por amônia. Em condições de pH elevado (frequentes durante os períodos de elevada fotossíntese, em consequência da retirada da acidez carbônica), a amônia apresenta-se em grande parte na forma livre (NH3), tóxica aos peixes, ao invés de na forma ionizada (NH4+), não tóxica.
• Maior dificuldade e elevação dos custos de tratamento da água. A presença excessiva de algas afeta substancialmente o tratamento da água captada no lago ou represa, dada a necessidade de:
• remoção da própria alga
• remoção de cor
• remoção de sabor e odor
• maior consumo de produtos químicos
• lavagens mais frequentes dos filtros
• Problemas com o abastecimento de águas industriais. Elevação dos custos para o abastecimento de água industrial devido a razões similares às anteriores, e também aos depósitos de algas nas águas de resfriamento.
• Toxicidade das algas. Rejeição da água para abastecimento humano e animal em razão da presença de secreções tóxicas de cianobactérias (cianotoxinas).
• Modificações na qualidade e quantidade de peixes de valor comercial. Impacto dos nutrientes do esgoto lançado em corpos d’água.
• Redução da navegabilidade e da capacidade de transporte. O crescimento excessivo de macrófitas enraizadas interfere na navegabilidade, aeração e capacidade de transporte do corpo d’água, podendo comprometer o sistema
de drenagem urbana e ocasionar inundações e enchentes na área de abrangência da bacia hidrográfica.
Controle da eutrofização
As estratégias de controle usualmente adotadas podem ser classificadas em duas categorias amplas (THOMANN; MUELLER, 1987; VON SPERLING, 1995):
• medidas preventivas (atuação na bacia hidrográfica, controlando as fontes externas)
• controle do esgoto
• controle da drenagem pluvial, incluindo a questão dos resíduos sólidos
• controle do uso do solo na bacia, sobretudo quanto à utilização abusiva de adubos na agricultura e pecuária.
• medidas corretivas (atuação no lago ou represa)
• processos mecânicos
• processos químicos
• processos biológicos
O presente capítulo aborda apenas as estratégias preventivas. As medidas corretivas, que implicam em uma atuação diretamente na represa, não são cobertas.
As medidas preventivas podem incluir estratégias relacionadas ao esgoto ou à drenagem pluvial. Quanto ao uso excessivo de adubos na bacia hidrográfica, trata-se de uma questão de educação, normatização, fiscalização e vigilância.
As estratégias de controle do esgoto estão ilustradas na Figura 2.3.
Controle do esgoto
• Tratamento do esgoto com remoção de nutrientes
• Tratamento convencional do esgoto e lançamento à jusante da represa
• Exportação do esgoto para outra bacia hidrográfica, que não possua lagos ou represas, seguida por tratamento convencional do esgoto
• Infiltração do esgoto no terreno (se a água do aquífero sob o terreno for utilizada para consumo humano há necessidade de tratamento com remoção de nitrogênio)
Contaminação das águas subterrâneas por nitrato
O presente item discorre sobre o impacto ambiental do nitrogênio, na forma de nitrato usualmente oriundo de sistemas de disposição de esgoto no solo que envolvem infiltração (principalmente fossas, em sistemas individualizados), quando este atinge a água subterrânea. No entanto, há registros também de contaminação causada por exfiltração de esgoto em sistemas dinâmicos de coleta e transporte do esgoto, principalmente
quando o sistema é bastante antigo e apresenta falhas.
O líquido que percola das fossas para o solo contém nitrogênio (convertido em nitrato, no solo). Como conseqüência, a água subterrânea sob as, ou perto das, fossas pode se tornar poluída, o que causa problemas quando a qualidade da água de abastecimento, retirada de poços, é afetada.
Quando existe grande densidade de fossas, as concentrações de nitrato podem atingir níveis muito acima daqueles recomendados pela OMS e disciplinados pelo Ministério da Saúde para águas potáveis. O nitrato é formado por uma reação sequencial catalisada por microrganismos, através da oxidação da amônia em nitrito e, do nitrito em
nitrato.
Concentrações de nitrato superiores a 10 mg N-N03-/L podem causar a metemoglobinemia, podendo trazer graves conseqüências para a saúde — inclusive morte, principalmente em lactentes. A sensibilidade para a metemoglobinemia parece estar relacionada ao pH estomacal das crianças (igual ou maior do que 4). Nestas condições, as bactérias redutoras de nitrato se desenvolvem no intestino delgado, reduzindo o nitrato a nitrito, que, por sua vez, é absorvido pela corrente sanguínea, provocando a conversão da hemoglobina em metemoglobina. O pigmento alterado, não transportando com eficiência o oxigênio, provoca a asfixia (WHO, 1978).
No caso do uso de fossas com infiltração dos efluentes no solo, há sempre o risco de contaminação dos aquíferos sob o terreno, qualquer que seja o nível de tratamento e a qualidade da obra ou da operação. O processo anaeróbio não remove o nitrogênio do esgoto e não há diferença significativa quanto à remoção do nitrogênio entre uma fossa rudimentar ou um tanque séptico.
O nitrato, oriundo do nitrogênio oxidado do esgoto, é praticamente estável em solos pobres em matéria orgânica. Esta estabilização acontece porque a nitrificação ocorre nas camadas superiores do solo. A desnitrificação, por seu turno, não é possível uma vez que, nestes solos pobres, não há matéria orgânica para a troca de elétrons. Como
o nitrato é estável e solúvel em água, ele acaba atingindo o aquífero quando o esgoto ou efluentes de fossas são lançados ou infiltrados no solo. Por isso, em regiões arenosas situadas sobre aquíferos utilizados para captação de água para abastecimento humano, a infiltração de esgoto ou efluentes de fossas no solo causa grave problema.
Controle da drenagem pluvial
• Controle do uso e ocupação do solo na bacia
• Faixa verde ao longo da represa e tributários
• Construção de barragens de contenção
Esse conteúdo faz parte do e-book da PROSAB5 Nutrientes de esgoto sanitário: Utilização e remoção
Capítulo 2.3 Eutrofização dos corpos de água superficiais.
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SUMÁRIO
1 Introdução
1.1 Considerações iniciais
1.2 Lançamento de esgoto em corpos de água
1.3 Reúso de águas
1.4 Objetivos do Prosab
1.5 Estrutura do livro
Referências bibliográficas
2 Impacto dos Nutrientes do Esgoto Lançado em Corpos de Água
2.1 Introdução
2.2 Nitrogênio e Fósforo no esgoto doméstico
2.3 Eutrofização dos corpos de água superficiais
2.4 Contaminação das águas subterrâneas por Nitrato
2.5 Legislação relacionada ao lançamento de esgoto em corpos de água superficiais
2.6 Legislação relacionada às águas subterrâneas e ao lançamento de esgoto no solo
Referências bibliográficas
3 Utilização de Esgoto Tratado na Agricultura: Aporte de Água e Nutrientes
3.1 Aspectos conjunturais: a trajetória do Prosab na irrigação de culturas com esgoto tratado
3.2 Efeitos do uso de esgoto tratado sobre o sistema água-soloplanta e sobre o lençol freático
3.3 Balanço hídrico e lâminas d’água de irrigação: características gerais e fundamentos sobre evapotranspiração de culturas
3.4 Sistemas de irrigação e uso com esgoto tratado
3.5 Caracterização dos experimentos desenvolvidos no Prosab 5
3.6 Experiências no Prosab 5: lâminas aplicadas, aporte de nutrientes e demanda de área para a irrigação com esgoto
3.7 Experiências no Prosab relativas à distribuição de água
3.8 Experiências no Prosab 5: efeitos sobre o sistema solo – planta – água do lençol freático
3.9 Experiências do Prosab 5: efeito de lâminas excedentes na irrigação da cultura do capim Bermuda Tifton-85
Referências bibliográficas
4 Utilização de Nutriente de Esgoto Tratado em Hidroponia
4.1 Introdução
4.2 Fatores que influenciam o desempenho dos sistemas hidropônicos com esgoto tratado
4.3 Cultivo de flores ornamentais pela técnica NFT 4.4 Cultivo de forragem verde hidropônica (FVH) 4.5 Conclusão Referências bibliográficas
5 Utilização de Nutrientes de Esgoto Tratado na Piscicultura
5.1 Introdução
5.2 Piscicultura usando esgoto sanitário
5.3 Qualidade de água para piscicultura
5.4 Características do esgoto sanitário e a piscicultura
5.5 Experiências sobre piscicultura em esgoto sanitário
5.6 Informações para a implementação de sistemas de piscicultura Referências bibliográficas
6 Remoção Biológica de Nitrogênio: Aplicações para o Sistema de Lodo Ativado
6.1 Introdução
6.2 Formas e reações do material nitrogenado
6.3 Estequiometria das reações do material nitrogenado
6.4 Cinética da nitrificação no sistema de lodo ativado
6.5 Condições necessárias para desnitrificação
6.6 Desnitrificação em sistemas convencionais de lodo ativado
6.7 Novos desenvolvimentos na remoção de nitrogênio
6.8 Experiências do Prosab
Referências bibliográficas
7 Remoção Biológica de Fósforo no Sistema de Lodo Ativado: Mecanismos e Configurações
7.1 Remoção de fósforo
7.2 Princípios da remoção biológica de fósforo
7.3 Modelamento da remoção de fósforo
7.4 Otimização da remoção biológica de nutrientes
7.5 Critérios de projeto para remoção biológica de N e P
7.6 Experiências no Brasil Referências bibliográficas
8 Nitrificação em reatores aeróbios com biomassa aderida
8.1 Introdução
8.2 Nitrificação biológica e remoção de nitrogênio em biofilmes
8.3 Aplicabilidade de reatores com biomassa aderida para a remoção de N-amoniacal: potencialidades e limitações
8.4 Meios de suporte utilizados em reatores de biomassa aderida
8.5 Estabelecimento da biomassa aderida e nitrificação em biofilmes
8.6 Critérios e parâmetros de projeto e condições operacionais para remoção de amônia em reatores com biomassa aderida
8.7 A experiência do Prosab
Referências bibliográficas
9 Remoção de Nutrientes em Sistemas Naturais
9.1 Introdução
9.2 Lagoas de estabilização
9.3 Sistemas de leitos cultivados (Wetlands)
9.4 Sistemas de escoamento superficial no solo
Referências bibliográficas
10 Remoção de Nutrientes por Processos Físico-Químicos
10.1 Considerações gerais
10.2 Remoção de N-NH3 por arraste de ar
10.3 Remoção de N-NH3 – por cloração
10.4 Remoção físico-química de fósforo
10.5 Experiências do Prosab
Referências bibliográficas
11 Síntese Global do Desempenho e da Confiabilidade dos Sistemas de Tratamento de Esgoto
11.1 Introdução
11.2 Os sistemas experimentais e os processos utilizados
11.3 Estatística descritiva da qualidade do efluente tratado alcançada nas unidades experimentais
11.4 Análise de confiabilidade dos processos de tratamento de esgoto
Referências bibliográficas
12 Elementos para Decisão Acerca do Reúso ou Lançamento do Esgoto Tratado
12.1 Introdução
12.2 Fatores intervenientes na análise de decisão para definição da rota de disposição
12.3 Protocolo simplificado de decisão
12.4 Análise crítica e o histórico das pesquisas do tema
Referências bibliográficas
