O que é esgoto e por que precisa ser tratado?

O esgoto é o resíduo líquido produzido por todos ao usar o banheiro, tomar banho ou lavar roupas e louças. Os resíduos líquidos de fábricas e shoppings, bem como a água da chuva das ruas contendo folhas, galhos e tudo o mais que estiver nas ruas, também faz parte do esgoto da cidade. Esses resíduos líquidos viajam através de uma rede gigante e escondida de canos chamada sistema de esgoto até as estações de tratamento de esgoto, que são centros construídos para tratar esses resíduos líquidos antes de liberá-los de volta ao meio ambiente.

Embora o esgoto consista principalmente no que consideramos resíduos, ele é rico em nutrientes provenientes do nosso cocô e de restos de comida, por exemplo. O que consideramos lixo pode servir de alimento para outros organismos. Se lançados em lagos, rios e oceanos sem tratamento, os nutrientes presentes nos esgotos podem levar a um rápido crescimento de algas – um processo conhecido como eutrofização.

Durante um evento de eutrofização, o crescimento excessivo de algas bloqueia a entrada da luz solar na água, matando outras plantas aquáticas. Depois que todos os nutrientes são consumidos, as algas morrem e são decompostas por micróbios aquáticos. À medida que esses micróbios decompõem as algas mortas, eles usam todo o oxigênio disponível e criam “zonas mortas” onde peixes e outros animais morrem por falta de oxigênio (para obter mais informações sobre os problemas causados ​​pelo excesso de nutrientes, consulte este artigo, em Inglês, na Frontiers for Young Minds ). O tratamento de esgoto é o processo de redução dos nutrientes do esgoto para que não cause danos aos ecossistemas aquáticos [1].

Existem muitos tipos de micróbios no esgoto, provenientes do meio ambiente, da água da chuva ou de nossas casas. Esses micróbios podem se decompor e consumir nutrientes. Nas estações de tratamento de esgoto, esses micróbios são estimulados a crescer e a utilizar os nutrientes disponíveis no esgoto. Nosso desperdício é a comida deles! Com a ajuda de micróbios, o esgoto tratado, também chamado de efluente (água ou gás que sai de uma estrutura, como uma estação de tratamento de esgoto ou tubulação, para outra estrutura, por exemplo, tanques, ou para um corpo de água natural, como lagos, rios ou oceanos), podem então ser libertados no ambiente sem causar eutrofização e outros problemas de poluição.

O que acontece com o esgoto nas estações de tratamento?

Quando o esgoto chega às estações de tratamento de esgoto, ele passa por diversas etapas antes de ser lançado como efluente (Figura 1A). Primeiramente, objetos maiores, como galhos de árvores ou sacolas plásticas, são retirados por meio de uma grade de triagem composta por barras paralelas ou tela de arame, que impede a passagem de objetos grandes (Figura 1B).

O esgoto então flui para um tanque onde permanece até que pequenos sólidos caiam no fundo. Pense no suco de laranja com polpa: a polpa pesada afunda rapidamente por conta própria, enquanto os pedaços mais leves flutuam por muito tempo. No tanque, sólidos pesados, como dejetos humanos ou areia, afundam. Produtos químicos são adicionados para fazer com que os sólidos suspensos mais leves se unam, resultando em pedaços maiores e mais pesados ​​que também afundam rapidamente. Os sólidos que se depositam no fundo do tanque são uma mistura espessa e lamacenta chamada lodo – composta de nutrientes, micróbios e pequenos sólidos – que é processada em um digestor de lodo (Figura 1C).

O resíduo líquido restante, o efluente, também é rico em nutrientes e micróbios. O efluente é canalizado para tratamento posterior em biorreatores, que são recipientes nos quais processos químicos são realizados por organismos vivos, como micróbios. (Figura 1D), que descreveremos com mais detalhes a seguir [1]. O tratamento de lodos e efluentes produz fertilizantes e biogás, uma forma de energia “verde” que não polui a Terra (Figura 1E). O efluente tratado é então desinfetado para remover micróbios potencialmente nocivos e depois descarregado no meio ambiente ou reciclado no abastecimento de água.

O papel dos micróbios nos digestores de lodo

Lembra dos micróbios ambientais presentes no esgoto? Dentro dos digestores de lodo, alguns desses micróbios consomem os nutrientes presentes no lodo lamacento. Este processo é chamado de digestão anaeróbica. Um conjunto de processos pelos quais os micróbios decompõem os alimentos para obter energia e crescerem na ausência de oxigênio (ar). A digestão anaeróbica envolve a quebra de nutrientes sem usar oxigênio, em um processo de várias etapas – como cortar uma maçã em pedaços pequenos (Figuras 2A, B).

Alguns micróbios do lodo quebram os alimentos em moléculas mais simples, tornando os nutrientes mais acessíveis a outros micróbios. O produto mais importante da digestão anaeróbica é o ácido acético, também conhecido como vinagre. Sim, como o vinagre que você provavelmente tem na sua cozinha! O ácido acético alimenta o grupo mais importante de micróbios de lodo, os metanógenos, que são os micróbios que produzem um tipo específico de biogás chamado metano. Quando consomem ácido acético, os metanógenos produzem uma fonte de energia ecologicamente correta chamada biogás, que consiste principalmente em dois gases, metano (CH4 ) e dióxido de carbono (CO2) (Figura 2C) [2]. O biogás pode ser colhido e utilizado para gerar eletricidade e aquecer as nossas casas. Qualquer lodo não digerido restante pode ser secado e usado como fertilizante (Figura 2C).

Efluente: Remoção de Nutrientes por Micróbios em Biorreatores

Agora sabemos o que acontece com o lodo, mas o que acontece com o efluente? Como mencionamos anteriormente, o tratamento de efluentes ocorre em biorreatores, onde são retirados dois nutrientes importantes: o nitrogênio e o fósforo. Os micróbios dos efluentes são cultivados em condições específicas para maximizar a sua capacidade de remover estes nutrientes do efluente. Esses micróbios agem como se estivessem montando “Lego”, removendo e adicionando blocos às moléculas (Figura 3A).

Os micróbios no efluente removem o nitrogênio das moléculas por meio de dois processos: nitrificação, o processo realizado por micróbios que transformam a amônia (uma forma de nitrogênio) em nitratos (uma forma diferente de nitrogênio) e desnitrificação, processo realizado por micróbios que transformam nitratos em gás nitrogênio, que é liberado na atmosfera, que fazem parte do ciclo do nitrogênio. Durante a nitrificação, amônia (NH⁺4) é convertido em nitrito (NO⁻2) por certos micróbios. Esses micróbios removem “blocos” de hidrogênio, transformando moléculas de amônia em moléculas de nitrito. Então, outros micróbios mudam o nitrito (NO⁻2) em nitrato (NO⁻3) através da adição de “blocos” de oxigênio (Figura 3A). Outros micróbios removem os blocos de oxigênio, convertendo nitrato (NO⁻3) em gás nitrogênio (N2). O gás nitrogênio é liberado no ar (Figura 3A).

A remoção de fósforo é realizada por outros micróbios, chamados organismos acumuladores de polifosfato (PAOs). Um grupo de micróbios que facilitam a remoção do nutriente fósforo do meio ambiente. [3]. Como todos os seres vivos, os PAOs precisam de energia para crescer e contêm um composto chamado polifosfato, que atua como uma bateria recarregável. O polifosfato, que é produzido a partir de diversas moléculas de fosfato (PO4), é utilizado pelos PAOs como fonte de energia. Essa bateria é “recarregada” quando os PAOs coletam fosfatos do

efluente para repor o que usaram (Figura 3B). O processo remove o fósforo do efluente e o armazena em PAOs. Os PAOs são finalmente recolhidos e utilizados como fertilizante.

A importância dos Micróbios no Tratamento de Águas Residuais

Graças aos micróbios invisíveis do ambiente que nos ajudam a processar o esgoto, podemos garantir que a água tratada liberada de volta ao ambiente é segura. A pesquisa em processos de tratamento de esgoto está investigando novos tipos de configurações de biorreatores e processos de tratamento biológico usando diferentes tipos de micróbios que podem aumentar a eficiência das instalações de tratamento de esgoto. O tratamento do esgoto é muito importante para a proteção do meio ambiente e dos nossos recursos hídricos. Os micróbios do esgoto fazem todo o trabalho pesado, ajudando a manter nosso ambiente seguro, como os zeladores das escolas. Além disso, estes micróbios fornecem-nos produtos úteis como fertilizantes e biogás. Que ótimo negócio!

Glossário

Eutrofização: ↑ Uma mudança no estado nutricional de um ambiente por um aumento de nutrientes trazidos pelos cursos de água (lagos, rios ou oceanos). Uma consequência importante é a perda de vida aquática devido ao rápido crescimento de plantas e algas.

Efluente: ↑ Água ou gás que sai de uma estrutura, como uma estação de tratamento de esgoto ou tubulações, para outra estrutura (por exemplo, tanques) ou para um corpo de água natural (lagos, rios ou oceano).

Biorreator: ↑ Recipiente no qual processos químicos são realizados por organismos vivos, como micróbios.

Digestão Anaeróbica: ↑ Conjunto de processos pelos quais os micróbios decompõem os alimentos para obter energia e crescem na ausência de oxigênio (ar).

Metanogênio: ↑ Micróbio que produzem um tipo específico de biogás chamado metano.

Nitrificação: ↑ Processo realizado por micróbios que transformam amônia (uma forma de nitrogênio) em nitratos (uma forma diferente de nitrogênio).

Desnitrificação: ↑ Processo realizado por micróbios que transformam nitratos em gás nitrogênio, que é liberado na atmosfera.

Organismos acumuladores de polifosfato: ↑ Grupo de micróbios que facilitam a remoção do nutriente fósforo do meio ambiente.

Referências

[1] Kesari, K. K., Soni, R., Jamal, Q. M. S., Tripathi, P., Lal, J. A., Jha, N. K., et al. 2021. Wastewater treatment and reuse: a review of its applications and health implications. Water Air Soil Pollut. 232:208. doi: 10.1007/s11270-021-05154-8

[2] Enzmann, F., Mayer, F., Rother, M., e Holtmann, D. 2018. Methanogens: biochemical background and biotechnological applications. AMB Express 8:1. doi: 10.1186/s13568-017-0531x

[3] Bunce, J. T., Ndam, E., Ofiteru, I. D., Moore, A., and Graham, D. W. 2018. A review of phosphorus removal technologies and their applicability to small-scale domestic wastewater treatment systems [review]. Front. Environ. Sci. 6:8. doi: 10.3389/fenvs.2018.00008

Citação

Sim CBW, Sim ESZ, Lim EW, Gan SX and Lopes dos Santos A (2023) Microbial “Janitors” Clean Up Our Liquid Waste. Front. Young Minds. 11:1140996. doi: 10.3389/frym.2023.1140996

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