A remoção biológica de fósforo no tratamento de efluentes protege o meio ambiente e a saúde de ecossistemas aquáticos. O fósforo ajuda a desenvolver raízes fortes nas plantas e absorver água e nutrientes do solo. Só que o excesso de fósforo é poluidor e causador de problemas ambientais graves. As Estações de Tratamento de Esgoto Doméstico (ETEs) chegam a emitir 50% da poluição total por fósforo. O principal problema da poluição do fósforo é a eutrofização. O fósforo liberado em corpos d’água estimula o crescimento de algas e plantas aquáticas em excesso, que resulta em zonas mortas por diminuir o oxigênio na água.
O fósforo, junto do nitrogênio, é um dos principais nutrientes causadores da eutrofização de corpos d’água. “A eutrofização é um enriquecimento excessivo de nutrientes nos ambientes aquáticos que leva ao crescimento descontrolado de algas. As algas consomem grandes quantidades de oxigênio e diminuem o oxigênio da água, causando a morte de peixes e organismos – explica Daniel Minegatti, diretor técnico da Gayatri. A eutrofização provoca uma série de problemas ambientais: 
• Prolifera algas tóxicas, forma zonas mortas, perda de biodiversidade e deteriora a qualidade da água para consumo humano e diversos usos.
A remoção biológica de fósforo ganha foco crescente na sustentabilidade ambiental e gestão eficiente de recursos naturais. “Suas contribuições à proteção ambiental, sustentabilidade dos recursos e economia de custos no tratamento de águas residuais a torna alternativa sustentável e viável ao tratamento químico tradicional” – afirma Marcel Zanetti Sandoval, engenheiro de processos do Grupo Opersan; 
• A RBF diminui a demanda por produtos químicos, mitiga os impactos negativos do fósforo no meio ambiente e promove o uso eficiente dos recursos naturais.

Nutriente
O fósforo não é considerado um contaminante. O fósforo é um macronutriente natural do ambiente primordial ao desenvolvimento microbiológico e aos processos metabólicos dos organismos. Não é contemplado na Resolução Conama 430/2011, que dispõe sobre as condições e os padrões de lançamento de efluentes no Brasil e não apresenta Valores Máximos Permitidos (VMP). É lançado de modo descontrolado por fontes difusas nos corpos receptores, o que resulta em altas concentrações, dificultando mapeá-lo.
A Resolução Conama nº 357/2005 estabelece limites para fósforo total, que variam entre 0,02 mg/L e 0,15 mg/L, de acordo com as classes de cada corpo d’água. Enquanto os órgãos ambientais são autônomos para definir valores mais restritivos na concessão das licenças, conforme perfil individual de cada empreendimento.
A eutrofização pode ocorrer natural, mas normalmente é ação antrópica dos lançamentos de efluentes não tratados e ricos em nutrientes. O fato de o fósforo não ser exigido pela Resolução Conama 430/2011 desobriga a maioria dos empreendimentos a prever sistemas de tratamento para removê-lo ou reduzi-lo no efluente final lançado. “Esse cenário pode ser revertido com exigências mais restritivas na concessão das licenças de operação pelos órgãos ambientais conforme características individuais de cada efluente, já que tecnologias eficazes para este fim existem” – enfatizam Ana Luiza Fávaro, CEO e bióloga da Acqua Expert, e Raquel Tommasi, especialista em Microbiologia da empresa.

Lodo ou plantas
A Remoção Biológica de Fósforo (RBP) é realizada por Bactérias Acumuladoras de Polifosfato (PAOs) que metabolizam os sais de fósforo por meio intracelular. “Em ETEs convencionais, eles são removidos junto do lodo. Já os wetlands aprimoram esse processo pela assimilação dos vegetais no sistema radicular das plantas, como um fertilizante natural” – cita Maria Estela Ribeiro Mendes, sócia da Ecclo.
Usualmente, a remoção de fósforo é feita por tratamentos físico-químicos que combinam pH e agentes químicos para aglutinar e formar flocos que precipitam o fósforo. “Essa solução demanda altos níveis de aditivos químicos e aumentam a produção de lodo, enquanto a RBP otimiza os sistemas de tratamento” – compara.
Ao combinar processos aeróbios/anóxicos e anaeróbios, com e sem oxigênio, ao ambiente estimulador da zona de raízes, os wetlands promovem o crescimento de biofilme das Bactérias Acumuladoras de Polifosfato para a remoção biológica de fósforo. “Além de reduzir os danos ambientais por eliminar insumos e retirada de lodo, a eficiência na remoção de fósforo protege os recursos hídricos da eutrofização” – ressalta Maria Estela. 
Importância do tratamento e remoção de fósforo das águas residuárias:
• Previne a eutrofização e reduz a poluição dos corpos hídricos: o fósforo é um nutriente-chave, só que, em excesso, causa a eutrofização de rios, lagos e oceanos. A remoção biológica de fósforo nas ETEs ajuda a preveni-la, melhorando a qualidade da água lançada e preservando os corpos receptores;
• Sustentabilidade e economia de produtos químicos: antes o fósforo era removido da água por precipitação química com sais de alumínio, ferro ou cálcio. Embora eficazes, esses métodos geram grandes quantidades de lodo químico que requerem tratamento, aumentando custos operacionais e impacto ambiental. A remoção biológica reduz o uso de produtos químicos e torna o tratamento sustentável e econômico viável a longo prazo;
• Recupera fósforo: o fósforo é recurso finito e componente essencial dos fertilizantes na agricultura. A remoção biológica, combinada com técnicas de recuperação, recupera fósforo em formas utilizáveis, como estruvita, fosfato de amônio e magnésio, usada como fertilizante, reciclando nutrientes;
• Reduz o volume de lodo: comparado ao método químico, a remoção biológica gera menos lodo residual e reduz tratamento do lodo. Diminui custos e manejo de resíduos, demanda para transporte e disposição do lodo em aterros sanitários.
Fonte: Opersan.

Alternância
O RBP alterna as duas condições. “A alternância entre as etapas aeróbia e anaeróbia maximiza a remoção de fósforo e promove ambiente equilibrado que suporta a diversidade microbiana para a degradação de outros poluentes” – destaca Maria Estela, da Acclo.

Durante a fase aeróbia, as PAOs utilizam o fósforo do fosfato (PO43-) disponível na água armazenando-o na forma de polifosfatos dentro de suas células, ou seja, nesta etapa, as bactérias usam o fósforo para crescer e se multiplicar. Na sequência, durante a fase anaeróbia, as PAOs liberam o fósforo armazenado biodisponível, através da hidrólise anaeróbica, assimilado por plantas e outros organismos ou precipita-se como compostos insolúveis.

Circuito 
O circuito de remoção biológica de fósforo envolve:
O fósforo pode ser removido do efluente por tratamentos físico-químicos – precipitação pela adição de coagulantes e filtração dos sólidos em suspensão ou combinação entre eles – e biológicos, sendo lodos ativados o mais usado. Todas as bactérias utilizam fósforo, porém para depurar o efluente, é preciso quantias nutricionais suficientes. 
O esgoto é enviado à zona anaeróbia sem oxigênio. Os PAOs liberam fósforo armazenado em suas células para captar energia de compostos orgânicos, os Ácidos Graxos Voláteis (AGVs), o que aumenta a concentração de fósforo na água. O efluente passa à zona aeróbia com oxigênio. Os PAOs capturam o fósforo e o acumulam em suas células sob a forma de polifosfato, removendo o fósforo da fase líquida.
O tratamento deve propiciar desenvolver organismos que armazenem grandes quantidades de fósforo, como os PAOs na Remoção Biológica Reforçada de Fósforo (EBPR), que utilizam fósforo na forma de ortofosfato solúvel e armazenam como polifosfato para reserva energética. O fósforo é acumulado à medida que a DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) solúvel é assimilada. Para a DBO ser usada pelos PAOs, é preciso ser oxidada a Ácidos Graxos Voláteis. Os PAOs utilizam rápido os AGVs com vantagem sobre organismos não acumuladores de fósforo, pela assimilação da maior parte da DBO, restringindo o consumo por outros organismos e controlando o seu crescimento. 
A assimilação dos AGVs forma produtos que armazenam carbono com alto potencial energético, o ß-polihidroxibutirato (PHB). Como a fase metabólica requer energia, os PAOs liberam pequena quantidade de fósforo intracelular ao meio na etapa anaeróbica para produzir PHB. Quando entram no tanque de aeração, os PAOs oxidam o PHB a gás carbônico e água e capturam de volta o fósforo liberado ao meio, só que na etapa aeróbica é armazenado em maiores quantidades do que na fase anaeróbica, conforme Figura 1. 

As concentrações de fósforo se incrementam no tanque anaeróbio e decrescem no tanque aeróbio. Enquanto DBO solúvel decresce à medida que o influente passa do tanque anaeróbio para o tanque aeróbio, exibido na Figura 2. De forma cíclica pelo retorno de lodo, ilustrado na Figura 3, alterna condições anaeróbias e aeróbias. 
O fósforo é extraído junto do lodo biológico. Retira-se o fósforo da biomassa no descarte do lodo. Depois, pode ser preciso realizar polimentos do efluente por processos físico-químicos. O efluente é enviado para sedimentação, onde o lodo biológico, contendo PAOs carregados de fósforo, é separado da água tratada. Esse lodo pode ser recirculado ou removido do sistema. O lodo pode ser tratado para recuperar fósforo em formas utilizáveis, como estruvita, ou enviado à disposição final.

Sistemas
A Opersan cita dois exemplos de sistemas desenvolvidos para aplicação de RBF: 
Recirculações no Bardenpho Modificado: 
• Do lodo final do processo (decantador secundário) para o início do processo;
• Do efluente do primeiro reator aeróbio para a primeira câmara anóxica;  

• Do lodo final do processo (decantador secundário) para a câmara anóxica; 
• Do efluente do reator aeróbio para a câmara anóxica; 
• Do efluente da câmara anóxica para o reator anaeróbio.  

Fósforo e nitrogênio
A sequência mais usada hoje, segundo Minegatti, da Gayatri, é a de reatores anaeróbio, anóxico e aeróbio, UCT (University of Cape Town), variação do sistema convencional de lodos ativados, que remove simultaneamente nitrogênio e fósforo:
Fase Anaeróbia
• Na ausência de oxigênio, bactérias heterotróficas utilizam compostos orgânicos como fonte de energia, liberando o fósforo armazenado em suas células na forma de fosfato ao meio líquido;
• São produzidos Ácidos Graxos de Cadeia Curta (AGCCs) para a próxima fase;
• Ocorre a desnitrificação, conversão do nitrato em nitrogênio gasoso. As bactérias utilizam nitrato como aceptor final de elétrons, removendo o nitrogênio.
Fase Aeróbia
• Na presença de oxigênio, as bactérias acumulam o fosfato liberado na fase anterior, armazenando-o novamente em suas células na forma de polifosfatos;
• Os AGCCs produzidos na fase anaeróbia servem como fonte de carbono para a síntese de novos polifosfatos;
• Oxida a matéria orgânica e converte o nitrogênio amoniacal para nitrito e para nitrato, nesta ordem.

Maximizado
Além de métodos avançados, como membranas, automatização, sensores, Inteligência Artificial (IA) e análise de dados para monitorar e ajustar o processo oferecem controle mais preciso e eficiente do tratamento, maximizando a remoção de fósforo e minimizando custos operacionais e impactos ambientais:
• Os parâmetros críticos que os sensores monitoram são concentrações de fósforo, oxigênio dissolvido, pH e ORP (potencial de oxirredução) etc. Os dados são usados para ajuste automático dos processos biológicos e químicos da estação de tratamento, otimizando a remoção de fósforo;
• Os algoritmos de Inteligência Artificial dos controladores analisam os dados dos sensores para prever e ajustar o desempenho do sistema de remoção de fósforo, reduzindo o consumo de energia e reagentes químicos e melhorando a eficiência do processo;
• Os biorreatores de membrana combinam processos biológicos e filtragem física usando ultrafiltração ou microfiltração. Tornam a retenção dos microrganismos que realizam a remoção de fósforo mais eficiente e resultam em efluentes de alta qualidade, com níveis mínimos de fósforo e sólidos suspensos;
• Ferramentas de simulação computacional, como modelagem de processos, (BioWin e GPS-X, por exemplo), permitem que os operadores das ETEs simulem o comportamento do sistema de remoção de fósforo sob diferentes condições operacionais. O que otimiza os processos e previne problemas antes que ocorram no mundo real;
• Para análise preditiva, a coleta de grandes volumes de dados das operações das ETEs permite aplicar Big Data e Machine Learning para prever o comportamento do fósforo no sistema. O que ajuda a ajustar os processos operacionais com antecedência e garantir conformidade com os padrões ambientais.
Fonte: Opersan.

Resultados
Os resultados medidos pela Ecclo no tratamento de efluentes por wetlands se referem a mecanismos para redução de fósforo que ocorrem na zona de raízes dos jardins, incluindo: 
• Precipitação química, adsorção e assimilação. 
Por padrão, a eficiência do sistema composto por etapas aeróbia e anaeróbia pode chegar a 30% de remoção de fósforo total (Pt), porém varia, dependendo de diversos fatores, entre eles: 
• Configuração do sistema, época do ano, características do afluente e condições operacionais. 
“Em soluções implementadas, tivemos resultados superiores a 30% com uso de substratos específicos para essa finalidade, como carvão ativado, areia e minério de ferro” – menciona Maria Estela. Os resultados da tabela referem-se a wetlands construídos, tratamento 100% natural, sem adição de insumos externos e sem retirada de lodo. 

Como exemplo de tratamento de efluentes com remoção biológica de fósforo, a Opersan cita pesquisa de doutorado da Engenharia Hidráulica e Ambiental da Universidade Federal do ABC, que consistiu na construção e operação de reator piloto de tratamento de esgoto sanitário, operado em batelada. O sistema possui câmara anaeróbia, câmara anóxica e reator aeróbio, conforme foto:

Operado por cinco meses, o sistema obteve boas remoções de fósforo, que chegaram a 75% de eficiência, segundo mostram os gráficos:

O tratamento de EBPR por OAPs chega à eficiência de remoção de fósforo do influente de 80%. Como a remoção de fósforo está relacionada às concentrações de DQO, a uniformidade de DQO é essencial para alta eficiência do tratamento, conforme Metcalf e Eddy, 2016, citados por Ana Luiza e Raquel, da Acqua Expert.

Subestimada
Embora subestimada, a poluição por fósforo traz problemas ambientais. “O excesso de fósforo em corpos d’água desencadeia a eutrofização, crescimento excessivo de algas e plantas aquáticas. Este fenômeno leva à depleção de oxigênio na água, resultando na morte de peixes e organismos aquáticos e comprometendo a qualidade da água para consumo humano” – alerta Maria Estela, da Ecclo.
A poluição por fósforo pode ter consequências econômicas substanciais. “O tratamento de água potável torna-se mais complexo e custoso quando as fontes de água estão eutrofizadas. As atividades de pesca, turismo e recreação podem ser severamente afetadas pela degradação dos ecossistemas aquáticos” – aponta Maria Estela. 
A eutrofização causa problemas ambientais e prejuízos à sociedade, veja:
• Floração excessiva de algas forma camada na superfície da água que bloqueia a luz solar e afeta a fotossíntese de plantas aquáticas, desequilibrando o ecossistema;
• Em casos extremos, a eutrofização forma zonas mortas (hipóxia) nos corpos hídricos, áreas com baixíssimo nível de oxigênio onde quase nenhuma vida sobrevive. A decomposição das algas mortas consome grande quantidade de oxigênio dissolvido na água, reduzindo o oxigênio e criando zonas de hipóxia incapazes de sustentar a vida aquática, levando à morte de peixes e outros organismos;
• Leva à perda de biodiversidade e afeta toda a cadeia alimentar aquática;
• Degrada a qualidade da água, que fica turva, com odor desagradável e imprópria ao consumo humano; 
• A água poluída afeta ainda as atividades econômicas, como as indústrias de pesca e turismo, tornando-se inadequada para recreação e reduzindo a produtividade da pesca; 
• Prejuízos econômicos significativos, afetando setores, como turismo, pesca e abastecimento de água;
• Quando o fósforo contamina reservatórios de água potável, o tratamento da água fica mais caro e complicado para remover toxinas de certas espécies de algas;
• Algumas algas produzidas pela eutrofização liberam toxinas prejudiciais à saúde humana, causando doenças se ingeridas ou pelo contato com a água contaminada, trazendo problemas de Saúde Pública; 
• Excesso de fósforo no solo pode causar danos à vegetação, inibindo a absorção de outros nutrientes essenciais pelas plantas, como zinco e ferro. O que prejudica o crescimento das culturas agrícolas e reduz a produtividade das colheitas. Além disso, o acúmulo de fósforo pode contaminar o solo e os lençóis freáticos e afetar a qualidade das culturas agrícolas. 
Fontes: Gayatri e Opersan. 

Estratégias
Maria Estela destaca que o Novo Marco do Saneamento no Brasil, Lei nº 14.026/2020, traz diretrizes importantes para a gestão de efluentes. “Inclui maior eficiência na remoção de nutrientes no tratamento de esgoto, porém regulamentações mais rigorosas para o descarte de fósforo devem ser implementadas em nível nacional” – pontua a sócia da Ecclo.
Maria Estela cita o exemplo do Rio Grande do Sul no qual a Resolução Consema nº 355/2017 já exige eficiência mínima fixada em 75% de remoção de fósforo total para lançamento de efluentes líquidos em águas superficiais. “Por que essa exigência não é nacional? A recuperação de fósforo poderia ser difundida, pois contribui para a preservação ambiental e a Economia Circular” – questiona.
Estratégias em nível global que envolvem melhorias tecnológicas nas ETEs, regulamentação ambiental e práticas de recuperação de fósforo são implementadas para mitigar a poluição causada pelo fósforo. Entre elas:
• Implementação de sistemas de tratamento de esgoto eficientes para remover o fósforo antes do seu descarte nos corpos d’água;
• Muitas ETEs vêm adotando processos biológicos avançados, como a Remoção Biológica Reforçada de Fósforo (EBPR), que utiliza microrganismos especializados para capturar o fósforo do esgoto antes de sua liberação no ambiente;
• Tratamento químico do fósforo foi aprimorado. A precipitação química com compostos de ferro, alumínio ou cálcio captura o fósforo em formas insolúveis, que são removidas com o lodo;
• A legislação ambiental implementa leis e regulamentos mais rigorosos para controlar a emissão de fósforo em corpos d’água. As regulamentações sobre os níveis de fósforo permitidos em efluentes se tornam mais exigentes em muitos países, forçando as ETEs a melhorar seus tratamentos para reduzir as concentrações de fósforo nos efluentes;
• Agências ambientais intensificam o monitoramento e a fiscalização das fontes de poluição de fósforo e aplicam sanções para cumprimento das normas;
• Medidas para controle da erosão do solo, como plantio de cobertura vegetal e construção de terraços, reduzem o transporte de sedimentos ricos em fósforo para rios e lagos;
• Campanhas de conscientização educam agricultores e jardineiros sobre o uso racional de fertilizantes à base de fósforo, incentivando práticas agrícolas sustentáveis e criação de barreiras vegetais que reduzam o escoamento de nutrientes para corpos d’água;
• Incentivo à reciclagem de nutrientes com a recuperação de fósforo de lodo de esgoto e resíduos agrícolas, reduzindo a extração de fósforo mineral;
• Precipitação de fósforo para produzir estruvita – fosfato de magnésio e amônio – como fertilizante. Processo implementado em ETEs recupera o fósforo e o reutiliza na agricultura;
• Wetlands construídos são zonas úmidas artificiais para tratar efluentes que utilizam plantas e processos naturais para remover o fósforo da água de modo eficiente e sustentável;
• Certas plantas aquáticas absorvem fósforo da água. Programas de fitorremediação reduzem os níveis de fósforo em corpos d’água afetados.
Fontes: Gayatri e Opersan 


Contato das empresas
Acqua Expert: www.acquaexpert.com.br
Ecclo: www.ecclo.com.br
Gayatri Saneamento: www.gayatrisaneamento.com.br
Grupo Opersan: www.opersan.com.br 

Referências Bibliográficas

Opersan

AMANN, A.; ZOBOLI, O.; KRAMPE, J.; RECHBERGER, H.; ZESSNER, M.; EGLE, L. (2018) Environmental impacts of phosphorus recovery from municipal wastewater. Resources, Conservation and Recycling 130, 127–139. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.11.002

BUENO, R. F.; ANDRADE, T. M.; FARIA, J. K.; LIDUINO, V. S. Cyclic Sequential Batch Reactor: Nitrogen And Phosphorus Removal From Domestic Sewage. Desalination and Water Treatment (online), v. 20, p. 1-20, 2020.

EGLE, L.; RECHBERGER, H.; KRAMPE, J.; ZESSNER, M. (2016) Phosphorus recovery from municipal wastewater: An integrated comparative technological, environmental and economic assessment of P recovery technologies. Science of The Total Environment 571, 522–542. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.07.019

EGLE, L.; RECHBERGER, H.; ZESSNER, M. (2015) Overview and description of technologies for recovering phosphorus from municipal wastewater. Resources, Conservation and Recycling 105, 325–346. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2015.09.016

EGLE, L.; ZOBOLI, O.; THALER, S.; RECHBERGER, H.; ZESSNER, M. (2014) The Austrian P budget as a basis for resource optimization. Resources, Conservation and Recycling 83, 152–162. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2013.09.009

ZOBOLI, O.; LANER, D.; ZESSNER, M.; RECHBERGER, H. (2016) Added Values of Time Series in Material Flow Analysis: The Austrian Phosphorus Budget from 1990 to 2011. Journal of Industrial Ecology 20, 1334–1348. https://doi.org/10.1111/jiec.12381

ZOBOLI, O.; ZESSNER, M.; RECHBERGER, H. (2016) Supporting phosphorus management in Austria: Potential, priorities and limitations. Science of The Total Environment 565, 313–323. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.04.171

Acqua Expert

ARVIN, E., & JENKINS, D. (1985). Biological removal of phosphorus from wastewater. Critical Reviews in Environmental Control, 15(1), 25–64. https://doi.org/10.1080/10643388509381726

BRASIL. CONAMA 357, de 17 de março de 2005. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Brasília, DF: Diário Oficial da União, 2005.

CETESB. Fundamentos do controle de poluição de águas. São Paulo: Escola Superior da Cetesb, 2018.

METCALF & EDDY. Tratamento de Efluentes e Recuperação de Recursos. 5. ed. Porto Alegre: Amgh, 2016. 2012 p.

PEREIRA, Renato Crespo; GOMES, Abílio Soares. Biologia Marinha. Rio de Janeiro: Interciência, 2002.

REDFIELD, Alfred C. (Alfred Clarence). (1934). On the proportions of organic derivatives in sea water and their relation to the composition of plankton. [S.l.]: University Press of Liverpool.

VON SPERLING, Marcos. Lodos Ativados. 4. ed. ampliada. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2016. 461 p. (Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias).