Nutrientes são formados por elementos químicos essenciais para o metabolismo de um ser vivo. No saneamento, os nutrientes são compostos orgânicos presentes nos esgotos domésticos e efluentes industriais que devem ser removidos para evitar problemas devido ao lançamento descontrolado nos corpos receptores d´água. Os principais nutrientes das águas residuárias são à base de nitrogênio (N) e fósforo (P). Remover nutrientes em Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs) significa passar o esgoto por processos químicos ou biológicos para retirar compostos nitrogenados e fosfatados até níveis permissíveis pela legislação vigente. Em ETEs com tratamento terciário, devem ser removidos antes do efluente tratado ser lançado em corpo receptor. Diferentemente do caso de reúso da água, em que os nutrientes podem ser uma vantagem, especialmente em irrigação e piscicultura, porque são insumos necessários ao cultivo de plantas e de animais aquáticos.
No tratamento de esgoto sanitário, são considerados nutrientes principalmente os compostos de nitrogênio e de fósforo de atividades humanas. "Nitrogênio é um importante componente das proteínas e do DNA existente na matéria fecal. O fósforo, importante também para o nosso metabolismo e presente nos dejetos humanos, tem suas concentrações aumentadas no esgoto sanitário pela contribuição de produtos de uso cotidiano, como os detergentes", esclarece Theo Syrto Octavio de Souza, professor doutor do Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental da Escola Politécnica da USP. De acordo com ele, a remoção destes nutrientes produz um efluente de melhor qualidade para lançamento ou reúso. "Esta é uma forma de evitar problemas ambientais e de saúde pública que persistiriam caso somente a matéria orgânica fosse removida", explica.
"A chamada série nitrogenada compreende nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato. Quanto ao fósforo, o foco deve ser em fosfatos, que atuam como nutriente limitante do crescimento de algas", afirma Frederico Lage Filho, Ph.D. em Engenharia Ambiental pela Universidade da Califórnia-Berkeley e engenheiro consultor e professor de Pós-Graduação em Gestão Ambiental nas Faculdades Oswaldo Cruz.

Processos
A remoção de nutrientes pode ser feita por processos biológicos ou físico-químicos. Igor Freitas, gerente de marketing da Bauminas, diz que, no biológico, os processos são mais complexos e lentos, pois se exige uma
sequência de condições para o desenvolvimento de tipos específicos de microrganismos; já no químico, são processos diretos com a adição de produtos químicos à base de sais e coagulantes metálicos que promovem a precipitação de nutrientes e removem sólidos e matéria orgânica.
"No caso de processos biológicos, pode-se dizer que o nitrogênio é removido pela via gasosa, enquanto o fósforo é retirado pela via sólida", esclarece o prof. Souza. Segundo ele, os processos físico-químicos, como a precipitação, demandam reagentes e produzem lodo químico a ser tratado e disposto, o que faz com que se busquem soluções tecnológicas mais baratas, como os processos biológicos.
Na opinião de Rodrigo de Freitas Bueno, professor doutor da Universidade Federal do ABC e pesquisador do Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas (CECS) da UFABC, devido ao menor custo e simplicidade operacional, o processo biológico é o escolhido para a remoção de nutrientes de esgoto doméstico e certos tipos de efluentes industriais. "A escolha do processo leva em conta o tipo de efluente a tratar, sua biodegradabilidade, a presença de toxinas, a produção de lodos, entre outros", afirma. As opções por processos físico-químicos, conforme diz, são por meio de volatilização de amônia "stripping", cloração ao breakpoint, troca iônica, entre outros.
Quanto à remoção do nitrogênio, há extensivos estudos sobre o processo biológico de nitrificação e desnitrificação. Segundo o prof. Souza, é a transformação de compostos nitrogenados do meio líquido para nitrogênio gasoso (N₂). Este gás é inerte e ambientalmente inofensivo e fortemente presente na atmosfera. O processo tradicional de remoção de nitrogênio engloba a oxidação de nitrogênio amoniacal (NH₄⁺) a nitrito (NO₂^-) e a nitrato (NO₃^-), em etapa aeróbia de nitrificação; seguida de redução de NO₃^- a N₂, na etapa anóxica de desnitrificação. Para o prof. Bueno, entretanto, a redução de nitrogênio apenas não é ambientalmente eficiente. "Isso porque diversas bactérias, cianobactérias e algas podem fixá-lo da atmosfera e oxidá-lo em nitrito e nitrato", aponta.
Já o fósforo, de acordo com o prof. Souza, é removido biologicamente através de seu acúmulo como polifosfato nas células de microrganismos específicos expostos a condições anaeróbias e aeróbias, e que são posteriormente removidos com o lodo gerado no sistema de tratamento.
Para o prof. Bueno, a precipitação química é mais usual para o fósforo e consiste na adição de sais metálicos à fase líquida, visando à formação de um precipitado de sais insolúveis de fosfato ao qual é retirado do processo por sedimentação, flotação ou filtração.
A remoção de fósforo durante o tratamento é o fator mais limitante para a atenuação do processo de eutrofização. "A remoção biológica de fósforo ocorre devido à existência de bactérias capazes de acumular quantidades de fósforo muito superiores às necessidades metabólicas normais dos microrganismos, cerca de 38% da massa seca de suas células. A principal característica dos sistemas que têm remoção de fósforo em excesso é a existência de uma porção anaeróbia de lodo nos reatores", ressalta.
Foram concebidos diversos sistemas que provêm as condições necessárias para o desenvolvimento dessas bactérias, obtendo alta eficiência de remoção biológica de fósforo em excesso, de acordo com o Prof. Bueno, denominados, em inglês, Enhanced Biological Phosphorus Removal (EBPR), tais como: Phoredox, Bardenpho modificado, Johannesburg, UCT e UCT modificado e reatores compartimentados tipo CASS.
Em alguns casos, conforme o prof. Lage Filho, os processos biológicos e físico-químicos de remoção são combinados numa mesma estação de tratamento. Acompanhe abaixo.
Processos físico-químicos – Envolvem aplicação de coagulantes e correlatos em pontos da ETE, formando bioflocos que capturam nitrogênio e fósforo. A eficiência de captura pode ser boa, porém, a produção de lodo a ser descartado cresce, o que aumenta custos de disposição e dos produtos químicos.

Processos biológicos
● No caso da remoção de fósforo, abrangem a passagem de um reator anóxico (sem Oxigênio Dissolvido) para outro óxico (com Oxigênio Dissolvido).
● Em remoção de nitrogênio amoniacal, é feita a conversão em nitrito e depois em nitrato pela nitrificação microbiana, seguida pela desnitrificação e obtenção de gás nitrogênio, obtendo-se a remoção total de nitrogênio do líquido.
Melhorias recentes em biorreatores aeróbios:
● Em biorreatores de membrana, as eficiências de remoção de nutrientes podem superar as obtidas em lodos ativados.
● Lodos ativados com enchimento (meio suporte) fixo ou móvel no biorreator também proporcionam maiores eficiências no tratamento terciário e maior robustez (estabilidade) de operação.
O processo Annamox, com remoção anaeróbia do nitrogênio amoniacal, vem sendo desenvolvido nos últimos 20 anos. "Entre as vantagens sobre a tradicional nitrificação, estão a passagem do nitrito para nitrato e economia em custos de aeração", salienta o prof. Lage Filho. Tem crescido realmente o interesse por sistemas puramente autotróficos de remoção de nitrogênio, ou seja, que não demandem nenhuma fonte de matéria orgânica, confirma o prof. Souza. "Estes sistemas estão baseados em microrganismos específicos responsáveis pelo processo Anammox que são capazes de, em meio anaeróbio e na ausência de matéria orgânica, transformar NO₂^- e NH₄⁺ simultaneamente em N₂", explica.
Entre as outras novidades em relação à remoção de nutrientes, está a tendência de substituir "remoção" por "recuperação". Em "remoção", novos processos biológicos estão sendo explorados, visando à redução de custos. "O processo convencional tem a desvantagem de exigir matéria orgânica na etapa de desnitrificação, o que pode comprometer os custos do tratamento. O ciclo do nitrogênio, entretanto, tem diversos caminhos e atalhos passíveis de exploração", ressalta o prof. Souza.
Os impactos são evidentes nos custos do tratamento. "A nitrificação é apenas parcial, gerando economia de cerca de 63% nos custos de aeração e de 100% em matéria orgânica adicionada", afirma. Os desafios, atualmente, se concentram em elucidar aspectos que possibilitem o cultivo destes microrganismos e sua manutenção estável no sistema de tratamento.
Em "recuperação", destaca-se a precipitação de estruvita, cristal composto de nitrogênio, fósforo e magnésio. Desde que fornecidas condições adequadas para precipitação, nitrogênio e fósforo podem ser recuperados simultaneamente e utilizados para fertilização dos solos. As características da estruvita como fertilizante contribuem ainda mais para este potencial, visto que libera os nutrientes lentamente no solo, o que é favorável na agricultura.
Segundo o prof. Souza, estas alternativas já foram muito estudadas no mundo, mas ainda não são disseminadas no Brasil, por isso, não foram incorporadas nas normas brasileiras. Estes processos precisam de pesquisas adicionais para consolidação do conhecimento.
O grupo Bauminas, por sua vez, nos últimos anos, tem investido muito no desenvolvimento e aplicação de coagulantes de alta performance. "Eles são produzidos de acordo com a particularidade de cada cliente e sistema de tratamento, o que promove maior eficiência na remoção química de nutrientes em relação aos demais produtos do mercado", revela Freitas.
Além do Anammox, resumindo os principais novos processos com rotas alternativas de remoção biológica de nitrogênio em águas residuárias são: Bardenpho; lodos ativados UCT (University of Cape Town), também aplicado à remoção de fósforo; Sharon (Single Reactor High Activity Ammonia Removal Over Nitrite), que propõe a eliminação de nitrogênio em um único reator via nitrito; cíclicos de lodos ativados (SCLA) para remoção de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo; e em bateladas sequenciais (RBS). Os reatores de leito móvel com biofilme (Moving-bed Biofilm Reactor – MBBR); lodo granular aeróbio (Aerobic Granular Sludge – AGS); nitrificação e desnitrificação simultânea (NDS); biológicos com membranas MBR, entre outros.

Impactos: ambiental e de saúde pública
É preciso retirar os nutrientes do esgoto devido aos problemas ambientais e de saúde pública que causam em corpos hídricos. Outro motivo é para a obtenção de melhor qualidade do efluente tratado no lançamento ou no reúso. Do ponto de vista ambiental e de saúde pública, o prof. Souza diz que a remoção de nutrientes é sempre vantajosa, caso o efluente seja lançado em corpos hídricos. Para reúso, a necessidade de remoção fica condicionada à aplicação pretendida para o efluente. Ele também concorda que, entre as desvantagens, estão os custos do tratamento. "Eles são incrementados pela inserção de novas unidades específicas para esta remoção, pela alteração das unidades já existentes ou pela adição de reagentes químicos, dependendo do processo utilizado", prevê.
Nitrogênio e fósforo são essenciais ao crescimento de algas e macrófitas aquáticas em corpos hídricos. "Desequilíbrios na concentração destes nutrientes podem causar eutrofização, fenômeno proveniente da proliferação excessiva de algas com graves consequências ambientais. A saúde humana pode também ser afetada caso um corpo hídrico eutrofizado seja utilizado como manancial", aponta o prof. Souza. Isso porque alguns tipos de algas podem liberar toxinas cuja remoção é complexa e insuficiente em ETAs convencionais. Adicionalmente, nitrogênio na forma de amônia (NH₃) é tóxico à biota aquática e como nitrato (NO₃^-) pode causar, quando acima das concentrações permitidas, meta-hemoglobinemia (diminuição da oxigenação, com cefaléia, fraqueza, taquicardia e dificuldade respiratória), principalmente em crianças.
De acordo com o prof. Bueno, a eutrofização pode causar os seguintes danos aos corpos receptores: problemas estéticos e recreacionais; condições anaeróbias no fundo e no corpo d’ água; mortandades de peixes; maior dificuldade e elevação nos custos de tratamento; modificações na qualidade e quantidade de peixes de valor comercial; redução na navegação e capacidade de transporte. Além disso, a amônia pode causar problemas de toxicidade em peixes e implicar consumo de oxigênio dissolvido. Em águas subterrâneas, a maior preocupação é com o nitrato, que pode contaminar águas de abastecimento e causar problemas de saúde pública.
Então, o lançamento de nutrientes em excesso em corpos d’água provoca dois impactos como vemos nos exemplos abaixo:
a) A presença de nitrogênio amoniacal desencadeia processos de nitrificação que ocasionam consumo de oxigênio, favorecendo sua depleção no meio.
b) A presença de nitrogênio e fósforo estimula o processo de eutrofização em que algas macrófitas terão sua população extremamente aumentada, ocasionando uma série de danos à qualidade ambiental do meio.

"Seu controle evita estes impactos. Como desvantagem, mesmo que questionável devido à perspectiva de proteção ambiental, está o custo envolvido na adequação das estações de tratamento para tal fim", avalia o prof. Campos.
Segundo o prof. Lage Filho, o efluente tratado de ETEs não deve ter concentrações de algas acima dos respectivos limites preestabelecidos pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama) por vários motivos:
● Preservar o Oxigênio Dissolvido (OD) na água, pois elas exercem demanda de OD durante biodegradação em corpos receptores.
● O nitrogênio amoniacal e formas oxidadas (nitrito e nitrato) representam fonte de toxicidade.
● O fósforo, sob a forma de fosfatos, é o principal nutriente de algas. Se os níveis de fosfatos não forem controlados, como exemplo, pelo tratamento terciário de esgotos antes do lançamento, irão causar crescimento excessivo de macrófitas e florações de algas, as quais geram consequências graves para a qualidade das águas. Entre elas, a depleção (redução) gradual do OD da coluna de água que ocorre após início da morte de algas pode provocar a morte de peixes; e os baixos níveis de OD, tendendo à anoxia (diminuição ou ausência de oxigênio), no fundo da coluna de água favorecem a ação de bactérias anaeróbias, cujos processos de trocas de elétrons (energia) atuam na ressolubilização e liberação de metais pesados de sedimentos.
Mais exemplos de consequências da eutrofização: aporte excessivo de nutrientes em corpos receptores.

Nitrogênio amoniacal
O lançamento de efluentes deve respeitar a legislação ambiental vigente. A eficiência do tratamento está condicionada aos padrões exigidos. A atual Resolução Conama 430/2011, que dispõe sobre os parâmetros, condições, padrões e diretrizes para gestão do lançamento de efluentes em corpos de águas receptores, alterou alguns itens e complementou sobre ecotoxicidade à Resolução Conama 357/2005.
A Resolução Conama 357/2005, que regulariza uma série de parâmetros, incluindo nitrogênio amoniacal, nitrito, nitrato e fósforo total, limitava as concentrações de nitrogênio amoniacal no efluente lançado. Esta limitação foi reformulada pela Resolução Conama no 430/2011, que passou a não exigir concentrações máximas para nitrogênio amoniacal em sistemas de tratamento de esgoto sanitário, mantendo-as apenas para efluentes industriais.
Segundo o prof. Lage Filho, houve uma desconsideração seletiva da necessidade de remoção de nitrogênio amoniacal: a lei diz que o limite imposto para nitrogênio amoniacal vale para indústrias, mas não para empresas de saneamento. O nitrogênio amoniacal pode ser tóxico aos organismos aquáticos e consome muito O₂ dissolvido do meio líquido no processo de nitrificação, ou a conversão de amônia em nitrito e depois em nitrato.
"A maioria esmagadora das ETEs, municipais ou não, devem passar por modificações onerosas de projeto e operação para se capacitarem na remoção eficaz de nutrientes antes do lançamento do efluente tratado em corpo receptor", analisa. Para o prof. Souza, este é um tema que não pode ser negligenciado. "As legislações ambientais americanas e europeias têm se tornado cada vez mais restritivas com relação a nutrientes", expõe.

Água de reúso
A remoção de nutrientes em águas de reúso depende do uso que se fará desta água. "Caso seja empregada em processos industriais, a limitação será em razão da qualidade necessária; se o uso for agronômico, é altamente vantajosa a presença de nutrientes, sendo aplicada a técnica de Ferirrigação", explica o prof. Campos. Segundo ele, existem processos de tratamento de esgoto que podem ser dimensionados para remover apenas matéria orgânica, caso da maioria das chamadas Ecotecnologias: wetlands construídos, bacia de evapotranspiração, fossa séptica; ou até mesmo nas tradicionais, como as lagoas facultativas e UASB.
Os nutrientes devem ser sempre removidos eficientemente para preservar os corpos aquáticos receptores. "Uma única situação onde se pode mantê-los no líquido, ou seja, não sendo necessário o tratamento terciário, é quando queremos aplicar o efluente tratado em culturas agrícolas em vez de lançá-lo em corpo receptor", aponta o prof. Lage Filho. De acordo com ele, os nutrientes servirão às plantas, como algodão, milho, arroz, feijão, capim para o gado etc., mas não se pode aplicá-los sem uma desinfecção prévia.
Muitos dos procedimentos aplicados para a remoção de nutrientes de esgoto sanitário podem também ser utilizados visando ao reúso do esgoto tratado. "O que difere é a eficiência de remoção necessária para cada tipo de reúso. Caso as necessidades de remoção sejam elevadas, tratamentos avançados complementares podem ser requeridos", salienta o prof. Souza. Da mesma forma, a importância dos nutrientes na água de reúso também vai depender do uso pretendido para o efluente tratado. "Enquanto nitrogênio e fósforo são benéficos, por questões de fertilização, na irrigação agrícola com água de reúso, sua presença pode comprometer sistemas industriais ou de aquicultura, por exemplo", cita.
A utilização de esgoto tratado para diversos fins tem sido uma prática no mundo inteiro, o que contribui para diminuir os problemas da escassez, da má distribuição e da má qualidade da água. No reúso em irrigação, hidroponia e piscicultura, além do suprimento de água, o esgoto fornece nutrientes necessários às plantas e aos animais aquáticos. "Experiências desenvolvidas no mundo todo, inclusive no Brasil, indicam que o uso do esgoto doméstico tratado contribui para a redução de fertilizantes artificiais na irrigação e hidroponia e na economia de ração na piscicultura", destaca o prof. Bueno.
Os nutrientes presentes nos efluentes de ETEs são aproveitados pelas plantas e animais, segundo ele, alcançando-se bons desenvolvimentos das culturas e dos peixes, mesmo sem o fornecimento de fertilizantes artificiais ou rações comerciais. "O principal objetivo do esgoto tratado é o aproveitamento como fonte de recurso hídrico com conteúdo nutricional. Desta forma, preservam-se águas de melhor qualidade para fins mais nobres e diminui-se o impacto no meio ambiente. Deve-se ter sempre em mente que o reúso de águas tem por finalidade precípua a preservação dos mananciais de água potável", conclui o prof. Rodrigo de Freitas Bueno.

Contatos:
Bauminas: www.bauminas.com.br
Fábio Campos: USP e EPUSP
Frederico Lage Filho: Faculdades Oswaldo Cruz
Rodrigo de Freitas Bueno: Universidade Federal do ABC (UFABC)
Theo Syrto Octavio de Souza: Escola Politécnica da USP