A biodegradabilidade descreve a capacidade dos compostos orgânicos de serem decompostos pelos processos metabólicos de microrganismos como bactérias, fungos ou algas. No tratamento de águas industriais e de águas residuais, esta propriedade é de importância crucial para avaliar a compatibilidade ambiental das substâncias e desenvolver processos de tratamento adequados.
Índice
Fundamentos técnicos
A biodegradabilidade divide-se em processos aeróbios e anaeróbios.
- Degradabilidade aeróbica ocorre na presença de oxigénio, através do qual os microrganismos convertem os compostos orgânicos em dióxido de carbono (CO₂), água (H₂O) e biomassa. Este processo é muito utilizado em estações de tratamento biológico de águas residuais, nomeadamente em processos de lamas activadas ou de biofilme.
- Degradabilidade anaeróbia ocorre na ausência de oxigénio, produzindo metano (CH₄), dióxido de carbono e hidrogénio (H₂) como produtos finais. Os processos anaeróbios são utilizados em torres de digestão ou reactores de biogás, em particular para decompor substâncias orgânicas e, simultaneamente, gerar energia sob a forma de biogás.
Métodos de avaliação
No tratamento de águas residuais industriais, a biodegradabilidade de uma substância é frequentemente determinada utilizando testes como a carência bioquímica de oxigénio (CBO₅) ou a carência química de oxigénio (CQO). A CBO₅ mede o consumo de oxigénio dos microrganismos durante um período de 5 dias e fornece uma indicação da quantidade de substâncias orgânicas biodegradáveis nas águas residuais. Um rácio CBO₅/CSB elevado indica uma boa biodegradabilidade, enquanto um rácio baixo indica que uma proporção significativa dos compostos orgânicos é difícil ou impossível de biodegradar.
Foto: Foto da nossa filtração biologicamente activada, um processo combinado de limpeza mecânica e biodegradação(ALMA BHU BAF)
Papel dos macronutrientes
Para que os microrganismos possam decompor eficazmente as substâncias orgânicas, necessitam não só dos compostos orgânicos a tratar (fontes de carbono), mas também de um fornecimento equilibrado de macronutrientes, nomeadamente azoto (N) e fósforo (P), bem como de oxigénio (O) nos processos aeróbios. Estes nutrientes desempenham um papel central na estrutura celular e na produção de energia dos microrganismos:
Carbono (C): Os compostos orgânicos presentes nas águas residuais são a principal fonte de carbono para os microrganismos e servem tanto como fonte de energia como para a construção de biomassa.
Nitrogénio (N): É principalmente necessário sob a forma de amónio (NH₄⁺) ou nitrato (NO₃-). O azoto é essencial para a formação de proteínas, ácidos nucleicos e enzimas, que são necessários para o crescimento e funcionamento dos microrganismos.
Fósforo (P): Disponível principalmente sob a forma de fosfatos, o fósforo é necessário para a síntese dos ácidos nucleicos e do trifosfato de adenosina (ATP), uma molécula central para a transferência de energia nas células.
Proporções óptimas de nutrientes
Na prática, o rácio C:N (carbono:azoto) estabeleceu-se como um parâmetro decisivo para avaliar os processos de degradação em plantas biológicas. Um rácio frequentemente recomendado para uma degradação biológica eficiente no tratamento de águas residuais industriais é de cerca de 100:5:1, o que significa que deve haver cerca de 5 partes de azoto e 1 parte de fósforo por cada 100 partes de carbono orgânico. Os desvios deste rácio podem ter um impacto negativo no processo de degradação:
- A falta de azoto faz com que os microrganismos não consigam acumular biomassa suficiente, o que leva a uma diminuição da atividade biológica.
- A deficiência de fósforo limita a transferência de energia e a divisão celular, o que também leva a uma degradação ineficiente.
Na prática industrial, a dosagem de nutrientes é, portanto, frequentemente realizada para garantir a proporção ideal de nutrientes nas estações de tratamento de águas residuais. Isto é particularmente relevante no caso de águas residuais altamente contaminadas organicamente provenientes da indústria alimentar ou de águas residuais que contêm apenas pequenas quantidades de azoto e fósforo devido aos processos de produção.
Oligoelementos na biodegradabilidade
Para além dos macronutrientes, os oligoelementos são necessários em baixas concentrações para apoiar os processos enzimáticos dos microrganismos. Estes elementos desempenham frequentemente um papel catalítico em várias reacções bioquímicas. Os oligoelementos mais importantes incluem
Ferro (Fe): É necessário como componente de muitas enzimas, especialmente na cadeia de transporte de electrões e na transferência de oxigénio.
Zinco (Zn): Está contido em muitas enzimas envolvidas na síntese de proteínas e ADN. O zinco também desempenha um papel na regulação do valor do pH nas células.
Cobre (Cu): Também tem uma função catalítica e está envolvido em reacções redox que são importantes para a produção de energia dos microrganismos.
Manganês (Mn): Actua como cofator de enzimas envolvidas na decomposição de substâncias orgânicas.
Cobalto (Co): É um componente da vitamina B12, que desempenha um papel fundamental nas vias metabólicas das bactérias, especialmente na síntese de aminoácidos.
Em muitas aplicações industriais, a concentração destes oligoelementos é suficiente. Nos casos em que estes elementos estão em falta ou muito reduzidos, isto pode levar a uma inibição dos processos de degradação biológica. Nestes casos, é frequentemente necessário adicionar estes oligoelementos às águas residuais para otimizar a degradação.
Foto: Tanque de arejamento para a biodegradação do nosso processo ALMA BHU BIO
Métodos de avaliação
No tratamento de águas residuais industriais, a biodegradabilidade de uma substância é frequentemente determinada utilizando testes como a carência bioquímica de oxigénio (CBO₅) ou a carência química de oxigénio (CQO). A CBO₅ mede o consumo de oxigénio dos microrganismos durante um período de 5 dias e fornece uma indicação da quantidade de substâncias orgânicas biodegradáveis nas águas residuais. Um rácio CBO₅/CSB elevado indica uma boa biodegradabilidade, enquanto um rácio baixo indica que uma proporção significativa dos compostos orgânicos é difícil ou impossível de biodegradar.
Relevância na prática
No tratamento de águas residuais industriais, o conhecimento da biodegradabilidade das substâncias é crucial para a escolha do processo de tratamento. As substâncias que são facilmente biodegradáveis podem ser tratadas de forma eficiente em instalações biológicas convencionais, tais como processos de lamas activadas ou reactores de leito fixo. Por outro lado, as substâncias difíceis de biodegradar ou tóxicas, como certos complexos de metais pesados ou hidrocarbonetos clorados, requerem frequentemente processos adicionais, como a adsorção, a oxidação química (por exemplo, o processo Fenton) ou a filtração por membranas, a fim de obter uma redução suficiente dos poluentes.
A biodegradabilidade dos produtos químicos utilizados no tratamento de águas de arrefecimento ou na limpeza de membranas em sistemas de osmose inversa também é importante. Produtos como biocidas ou anti-incrustantes devem ser selecionados de forma a não só serem eficazes na utilização, mas também poderem ser degradados ou removidos com segurança após a utilização, de modo a minimizar o impacto ambiental.
Conclusão
A biodegradabilidade depende não só do tipo de compostos orgânicos, mas também de uma distribuição equilibrada de nutrientes. Um fornecimento suficiente de macronutrientes como o azoto e o fósforo, bem como a disponibilidade de oligoelementos essenciais, é crucial para a degradação eficiente dos compostos orgânicos nas estações de tratamento de águas residuais industriais. As proporções ideais de nutrientes e a adição correta de nutrientes são, portanto, factores importantes para garantir a eficiência dos processos de tratamento biológico e minimizar a poluição ambiental.
