TRATAMENTO DE PERCOLADO DE ATERRO SANITÁRIO ATRAVÉS DE PROCESSO BIOLÓGICO COM FUNGOS

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1 TRATAMENTO DE PERCOLADO DE ATERRO SANITÁRIO ATRAVÉS DE PROCESSO BIOLÓGICO COM FUNGOS André Macêdo Facó (*) Universidade Federal do Ceará (UFC). Engenheiro Civil e Mestre em Saneamento Ambiental pela Universidade Federal do Ceará (UFC) Sandra Tédde Santaella Universidade Federal do Ceará (UFC) Endereço (*): Rua Fausto Cabral, 920, Apto Vicente Pizon Fortaleza Ceará Código Postal: Brasil - Tel.: (85) Celular: (85) afaco@hotmail.com RESUMO Nesta pesquisa avaliou-se, em escala laboratorial, a eficiência de processo biológico, com espécies fúngicas, no tratamento de percolado. Para isso o estudo foi dividido em duas fases. Na primeira fase foram isoladas e cultivadas as espécies fúngicas Aspergillus niger e Cladosporium herbarum que, posteriormente, foram testadas como inóculo, em reatores funcionando em regime de batelada, no tratamento de percolado, tendo sido estudados os tempos de detenção (TD) de 2, 4, 8 e 16 dias. Para cada reator inoculado com fungos havia um reator chamado de controle. Nesta fase as maiores remoções de DQO foram obtidas no TD de 16 dias, 62% para o reator inoculado e 86% para o controle. Na segunda fase, foram montados dois reatores de fluxo contínuo ascendente de crescimento aderido, um de controle e outro inoculado com as espécies fúngicas da fase anterior. Neste período foi estudado o desempenho do reator com controle de ph na entrada e com adição de fonte primária de carbono. As maiores remoções de material causador de DQO foram promovidas no tempo de detenção hidráulica (TDH) de 4 dias com adição de 0,5 g de glicose/l, 84% para o reator inoculado. Nesta fase foram observados ciclos de remoção e produção de nitrito e ortofosfato e produção de nitrato. De um modo geral, o processo biológico com espécies fúngicas se apresenta como uma nova alternativa para o tratamento de percolado de aterro sanitário, necessitando, no entanto, de estudos mais aprofundados. Palavras-chave: tratamento biológico, percolado, espécies fúngicas. INTRODUÇÃO O crescimento populacional, gerando uma procura maior por produtos; o processo de industrialização, aumentando a quantidade de produtos das mais diversas naturezas; a urbanização sem planejamento, contribuindo para uma diminuição dos prováveis locais para a destinação dos resíduos gerados, associados aos hábitos consumistas da sociedade resultam em um aumento vertiginoso de rejeitos, contribuindo, desta forma, para tornar a problemática dos resíduos sólidos uma das grandes preocupações da humanidade. O grande problema não se deve, somente, ao volume de resíduos gerados e à falta de espaço para disposição mas também à falta de uma solução tecnicamente adequada e economicamente viável, que possibilite a sua adoção pela maioria dos países em desenvolvimento. Neste contexto, os aterros sanitários aparecem como o método de disposição de resíduos sólidos mais difundido no mundo devido, principalmente, à simplicidade operacional e ao relativo baixo custo quando comparado com outras alternativas (Schalch, 1995). No entanto, no momento em que os resíduos são dispostos no aterro, processos físicos, químicos e biológicos começam a ocorrer resultando na liberação de subprodutos, como biogás e percolado. Segundo Ding et al. (2001), a maior preocupação devido à aterros sanitários está relacionada à descarga inadequada de percolado no ambiente, tendo como principal efeito negativo a poluição de recursos hídricos, tanto superficiais como subterrâneos. Pode-se definir percolado como sendo o líquido que infiltra na massa de resíduos sólidos extraindo substâncias dissolvidos ou em suspensão, sendo formado pela água que entra no aterro sanitário devido a fontes externas e pelo

2 líquido resultante da degradação dos resíduos (Sarubbi, 1998). O percolado oriundo de um aterro sanitário que recebe basicamente resíduos domiciliares e comerciais, excluindo quantidades significantes de resíduos industriais, pode ser caracterizado como uma água residuária contendo, principalmente, quatro grupos de poluentes: matéria orgânica, incluindo ácidos graxos voláteis e compostos refratários; compostos orgânicos específicos originários de produtos domésticos e produtos industriais; macrocomponentes inorgânicos e metais pesados. Devido às flutuações, tanto de quantidade como de qualidade, no decorrer do tempo dentro de um mesmo aterro sanitário, o tratamento de percolado tem sido considerado um problema de grande complexidade. Estes fatores dificultam a formulação de recomendações gerais que funcionem universalmente. No entanto, sabe-se que a escolha do tratamento mais eficaz para um dado percolado está relacionada à composição química deste, que por sua vez está diretamente associada ao grau de estabilização dos resíduos. Para percolados oriundos de aterros novos os processos de tratamento biológicos promovem uma remoção adequada dos compostos orgânicos, o mesmo não acontecendo para os processos físico-químicos. Já para percolados mais antigos ou tratados preliminarmente por processos biológicos, os processos físico-químicos proporcionam resultados mais eficazes que os processos biológicos. Sendo assim o principal objetivo deste trabalho foi propor uma nova alternativa para o tratamento de percolado através de processo biológico utilizando as espécies fúngicas Aspergillus niger e Cladosporium herbarum. MATERIAL E MÉTODOS O presente trabalho pode ser dividido em duas fases que obedecem uma seqüência lógica e complementar. Na primeira fase foram cultivadas espécies fúngicas que, posteriormente, foram testadas como inóculo, em reatores funcionando em regime de batelada, para o tratamento de percolado, tendo sido estudados os tempos de detenção (TD) de 2, 4, 8 e 16 dias. Para cada reator inoculado com fungos havia outro reator chamado de controle que recebeu só a água residuária, sem adição de inóculo. Portanto, para cada TD correspondia um lote de reatores, formado por um reator de controle e outro inoculado com fungos. Foram estudados os parâmetros DQO e ph. Esta fase teve duração de 46 dias entre o período de isolamento e multiplicação dos fungos e os ciclos de tratamento nos reatores em batelada. Como o foco desta fase era avaliar o desempenho das espécies fúngicas, procurou-se criar um ambiente que minimizasse ao máximo os riscos de contaminação dos reatores, principalmente por bactérias. Para isto, os reatores foram colocados em uma capela asséptica, previamente, esterilizada através da aplicação de raios ultravioleta. Além disto, adicionou-se o bactericida cloranfenicol, cerca de 1 g/l, nos reatores inoculados com a massa fúngica. À medida em que os reatores eram desmontados a massa fúngica contida no reator inoculado era armazenada em outro reator com aeração forçada contendo, além de percolado, uma mistura de glicose com alguns nutrientes. Este caldo nutritivo foi empregado por Santaella (1993), sendo composto por 5,2 g/l de glicose, 0,4 g/l de fosfato monobásico de potássio, 0,4 g/l de fosfato dibásico de potássio, 0,4 g/l de sulfato de magnésio, 0,3 g/l de cloreto de sódio e 0,05 g/l de cloreto de cálcio. Na segunda fase do estudo, buscou-se avaliar a eficiência dos mesmos fungos utilizados na fase anterior no tratamento de percolado. Para isso foram montados dois reatores de fluxo contínuo ascendente de crescimento aderido, um de controle e outro inoculado com fungos. Nesta fase foi estudado o desempenho do reator com a adição de 0,5 g de glicose/l e acidificação do ph do afluente para valor próximo a 5,0. Analisaram-se os parâmetros DQO, ph, para ambos os reatores, nitrato, nitrito e ortofosfato, para o reator com fungos, para os tempos de detenção de 2, 4 e 6 dias. Esta fase teve duração de 126 dias entre o período de adaptação das espécies ao novo regime hidráulico e água residuária e os testes definitivos. O percolado utilizado nesta pesquisa foi oriundo do Aterro Sanitário Oeste, localizado no município de Caucaia, na Região Metropolitana de Fortaleza. Este aterro recebe parte dos resíduos sólidos domiciliares dos municípios de Fortaleza e Caucaia, estando em operação há 9 anos. Durante todo o estudo foram feitas caracterizações do percolado. Estas análises físico-químicas foram feitas segundo os procedimentos descritos em APHA (1992). RESULTADOS E DISCUSSÃO CARACTERÍSTICAS DO PERCOLADO Foram feitas 11 coletas de amostras de percolado no decorrer de toda pesquisa, tendo sido observadas variações consideráveis em todos os parâmetros estudados. Os parâmetros encontrados nas diferentes fases do estudo estão mostrados na Tabela 1.

3 Tabela 1: Características do percolado utilizado no estudo Valores encontrados Parâmetros Mínimo Média Máximo Número de determinações Desvio Padrão ph 8,06 8,25 8,59 0,14 11 DQO (mg O 2 /L) Ortofosfato (mg PO 3-4 /L) 2,58 10,43 3,05 11 Nitrato (mg NO 3 -/L) 1,24 4,17 11,58 4,29 06 Nitrito (mg NO - 2 /L) 4,52 21,09 7,47 07 O percolado utilizado na pesquisa foi caracterizado como sendo proveniente de um aterro em fase avançada de estabilização. Tendo sido observado um valor médio de ph em torno de 8,25 e valor médio de DQO de 1506 mg O 2 /L. Em todos os parâmetros foram observadas oscilações consideráveis, tendo sido atribuído este fato às variações climáticas que ocorreram durante o estudo, entre junho a novembro de 2000 abrangendo desta forma diferentes regimes pluviométricos, conforme mostrado na Tabela 2. Tabela 2: Pluviometria durante o ano de 2000 nos postos pluviométricos da FUNCEME nº 38 e 363 Postos Pluviometria (mm) Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez ,3 129,2 422,0 409,9 124,9 67,0 100,4 74,0 123,6 0,0 0,0 7, ,9 115,9 274,1 351,8 152,2 77,5 204,12 130,0 165,7 0,0 6,2 6,7 Fonte: Valores consultados na FUNCEME (2002) Os dados de precipitação apresentados foram oriundos dos postos pluviométricos da Fundação Cearense de Metereologia e Recursos Hídricos (FUNCEME) n o 363, localizado em Fortaleza mais precisamente no campus do Pici da Universidade Federal do Ceará (UFC), e 38, localizado no município de Caucaia. Estes postos pluviométricos são os mais próximos ao Aterro de Caucaia. FASE I REATORES EM BATELADA Com relação à DQO, tanto para os reatores inoculados com fungos como nos de controle foram observadas remoções significativas em todos os ciclos estudados. A maior remoção observada para os reatores com fungos e para o reator de controle foi, respectivamente, 62 e 86% para o tempo de detenção (TD) de 16 dias. Os resultados causaram estranheza devido à superioridade da eficiência dos reatores de controle, apesar do bom desempenho dos fungos. Como não foi adicionado no reator de controle cloranfenicol ou outro tipo de agente esterilizante, provavelmente, microrganismos presentes no percolado, teoricamente já adaptados, promoveram a degradação da matéria orgânica. De acordo com Andreottola e Cannas (1997), há relatos da presença no percolado de espécies fúngicas, principalmente saprófitas, bactérias, vírus e parasitas. Supõe-se que os resultados obtidos pelos reatores com fungos se devem às características do percolado utilizado nesta fase, à falta de um período de adaptação das espécies fúngicas à água residuária, ao ph básico do meio, como também devido à maior carga orgânica facilmente degradável nos reatores inoculados em relação ao controle, por conta da presença de meio de cultura na massa fúngica, fazendo com que estes não necessitassem degradar inicialmente compostos mais resistentes. Na Figura 1 são apresentados os desempenhos dos reatores para cada ciclo.

4 Remoção (%) 100% 80% 60% 40% 20% 0% TD (dias) Reator com Fungos Reator Controle Figura 1: Remoção de DQO nos reatores de fluxo descontínuo para cada TD. Em todos os reatores, com fungos e de controle, o ph aumentou no efluente, tendo sido observado maiores valores para os reatores com TD de 16 dias. Este fato pode estar associado à aeração forçada, sem alteração da alcalinidade no líquido, causando dessorção do dióxido de carbono do meio. Outra hipótese pode estar associada ao consumo de ácidos graxos voláteis, já que estes se comportam como ácidos fortes (Van Haandel e Lettinga, 1994). Esta hipótese fica fortalecida se observado que os valores mais elevados de ph, no TD de 16 dias, coincidem com as maiores remoções de DQO nos reatores inoculados e controle. Na Figura 2 apresentam-se os valores de ph para os reatores inoculados com fungos e de controle. ph 9,2 8,7 8,2 Figura 2: Variação do ph nos reatores em batelada para cada ciclo. FASE II REATORES DE FLUXO CONTÍNUO TD (dias) Afluente Reator Inoculado Afluente Reator Controle Efluente Reator Inoculado Efluente Reator Controle Com relação à DQO, diferente do esperado, foram encontradas para o reator inoculado com TDH de 6 dias as piores remoções médias, 63% considerando a adição de glicose e 29% sem a fonte de carbono. Supõe-se que, apesar do tempo de adaptação, como este foi o primeiro TDH estudado, as espécies fúngicas inoculadas ainda estavam adequando seu metabolismo às novas condições hidráulicas e de substrato. Outra hipótese pode estar relacionada à sucessão de espécies já que ficou comprovado, após análise do meio suporte, o desaparecimento da espécie inoculada Cladosporium herbarum tendo sido detectada, além de Aspergillus niger, a presença de bolores do gênero Rhizopus e da bactéria Staphylococcus aureus. Já para o TDH de 4 dias, foram observadas as maiores remoções médias, tendo sido promovida uma redução de DQO de 84%, considerando a contribuição da glicose, e 65%, desconsiderando a fonte de carbono adicionada. Com relação ao ciclo de 2 dias foram observadas remoções de 66%, com adição de glicose, e 34%, sem esta

5 fonte, suspeitando-se que, embora os microrganismos presentes estivessem mais adaptados, a causa desta queda na eficiência pode ser o menor tempo de contato entre os microrganismos e o substrato. Já no reator de controle, foi observada, para o TDH de 6 dias, uma redução de DQO no efluente em relação ao afluente com glicose de 47%, no entanto a concentração no efluente foi maior que a concentração no percolado sugerindo, desta forma, que só ocorreu oxidação de parte da glicose adicionada. Já para os outros tempos de detenção estudados foram promovidas remoções de DQO, considerando o afluente com glicose e o percolado desconsiderando a contribuição da fonte de carbono, de, respectivamente, 72 e 39% para o ciclo de 4 dias, 56 e 13% para TDH de 2 dias. Estes resultados indicam que, apesar da acidificação, houve o crescimento progressivo de microrganismos no reator de controle. Isto foi confirmado na análise microbiológica feita na manta do reator de controle após o desmonte dos reatores, tendo sido constatada a presença da levedura do gênero Candida e da bactéria Staphylococcus aureus. Na Figura 3 são apresentadas as remoções médias dos reatores para os diferentes ciclos estudados. Apesar de matematicamente não existirem, são apresentadas remoções com valores negativos somente em caráter ilustrativo. Remoção (% ) 85% 75% 65% 55% 45% 35% 25% 15% 5% -5% Fungos (c/glic.) Fungos (s/glic.) Controle (c/glic.) Controle (s/glic.) Figura 3: Remoções médias de DQO nos reatores com fungos e de controle para cada TDH na fase de fluxo contínuo com adição de glicose Apesar de não ter sido possível a determinação da concentração afluente e efluente de nitrato para o TDH de 4 dias, foi observado, conforme mostrado na Figura 4, que para os tempos de detenção de 2 e 6 dias houve aumento do nutriente no meio. Este acúmulo de nitrato pode estar associado à presença de íons amônio, já que quando há no meio tanto o íon amônio (NH 4 + ) como nitrato (NO 3 - ) não só ocorrerá o consumo preferencial pelos fungos de NH 4 + como também a redução de NO 3 - será reprimida (Griffin, 1994).

6 Nitrato (mg NO3 - /L) 35, , ,00 1 5,00 Afluente (Fungos) 25, ,00 1 5,00 Efluente (Fungos) Figura 4: Concentrações médias afluente e efluente de nitrato no reator inoculado para cada ciclo estudado. Para o nitrito, observou-se que as concentrações no afluente e efluente dos reatores inoculados com fungos oscilaram, ora ocorrendo produção, nos ciclos de 6 e 2 dias, ora remoção, no TDH de 4 dias, tendo sido observado para este tempo quase que uma redução completa da concentração de 3,71 mg NO 2 - /L na entrada, em média 96%. Nos outros ciclos os valores tanto na entrada como na saída do reator foram bem menores, no TDH de 2 dias o nutriente não foi detectado na entrada, no entanto na saída foi constatada uma concentração média de 0,74 mg NO 2 - /L. Na Figura 5 apresenta-se as concentrações médias afluente e efluente de nitrito no reator inoculado para cada TDH. Nitrito (mg NO2 - /L) 4,00 3,00 2,00 1,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Afluente Efluente (Fungos) Figura 5: Concentrações médias afluente e efluente de nitrito para cada ciclo estudado. Estes períodos de produção de nitrato e redução e produção de nitrito sugerem a ocorrência do processo de nitrificação. Com relação ao ph, conforme Figura 6, foi observado um leve aumento no reator de controle em todos os tempos de detenção, ocorrendo o contrário no reator inoculado com fungos. Esta redução do ph no reator inoculado provavelmente se deve à decomposição da matéria orgânica, resultando em liberação de dióxido de carbono no meio, à possível síntese de ácidos orgânicos pelos fungos, como também devido à nitrificação. O aumento do ph observado no reator de controle e em algumas amostras do reator inoculado pode estar associado à liberação de substâncias no meio por microrganismos para tamponar o ph para valores adequados às suas necessidades.

7 ph 8,00 7,50 7,00 6,50 6,00 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 Afluente Efluente ( Fungos) Efluente (Controle) Figura 6: Valores de ph para os reatores para cada TDH estudado. Com relação ao ortofosfato, conforme mostrado na Figura 7, para os TDH de 2 e 6 dias foram observadas reduções médias de ortofosfato de 88 e 64%, respectivamente. No entanto para o TDH de 4 dias houve produção do nutriente. Supõem-se que estes ciclos de consumo e produção estão relacionados à quantidade de ortofosfato absorvida pelos microrganismos, sendo por este motivo que em certos períodos não há consumo deste nutriente pois eles estão utilizando o ortofosfato já acumulado. Portanto, o aumento da concentração de ortofosfato no efluente no reator para o TDH de 4 dias pode estar associado ao acúmulo do nutriente no meio, ao baixo valor de ph mantido no reator, possibilitando a solubilização do ortofosfato, como também à processos de quebra de proteína e morte de células antigas. Ortofosfato (mg PO4 3- /L) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 Afluente Figura 7: Concentrações médias de ortofosfato no reator inoculado para os ciclos estudados com adição de glicose. 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Efluente (Fungos) CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Os resultados obtidos do tratamento de percolado utilizando fungos permitiram concluir que: O percolado utilizado nesta pesquisa é, provavelmente, oriundo de uma trincheira em estado avançado de estabilização, sendo sua qualidade fortemente influenciada pelo regime pluviométrico da região. Em todos os tempos de detenção estudados na fase em batelada, os reatores inoculados removeram DQO, tendo sido obtida a maior redução, aproximadamente 62%, para o TD de 16 dias. Similarmente aos reatores inoculados, os reatores de controle também promoveram remoções em todos os ciclos estudados. No entanto, diferente do esperado, a maior remoção obtida nesta fase, cerca de 86%, foi promovida pelo reator de controle no TD de 16 dias.

8 Ao contrário da fase em batelada, na fase de fluxo contínuo com adição de 0,5 g de glicose/l a maior redução média de DQO, aproximadamente 84% da concentração do percolado acrescido da fonte de carbono, foi observada para o reator inoculado no TDH de 4 dias. Para os ciclos de 6 e 2 dias do reator com fungos foram promovidas remoções de 63 e 66% da concentração afluente, respectivamente. O reator de controle promoveu nos tempos de detenção hidráulica de 6, 4 e 2 dias reduções de 47, 72 e 56%. Durante os ensaios da fase de fluxo contínuo com adição de glicose, foram observados ciclos de produção e consumo para os nutrientes ortofosfato e nitrito. Excetuando o ciclo de 4 dias com adição de glicose no qual não foi possível analisar nitrato, foi observado produção deste nutriente no meio em todos os TDH. Apesar da acidificação do afluente na fase de fluxo contínuo não foi pissível evitar a contaminação por bactérias, tendo sido detectada a espécie Staphylococcus aureus em ambos os reatores. A partir destas conclusões sugere-se que: deve-se estudar mais profundamente o metabolismo fúngico no processo de tratamento de efluentes; estudar novas espécies fungicas que possam ser utilizadas nos processos de purificação de águas residuárias e verificar a influência de fatores ambientais no desempenho dos fungos, buscando assim traçar diretrizes para maximizar a capacidade depurativa destes microrganismos. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Andreottola, G.; Cannas, P. (1997) Chemical and Biological Characteristics of Landfill Leachate. In: Christensen, T. H.; Cossu, R.; Stegmann, R. (Editores). Landfilling of Waste: Leachate. London: Chapman and Hall Ltd., p APHA. (1992) Standart methods for the examination of water and wastewater. 18. ed. Washington: American Public Health Association. Ding, A. et al. (2001) Biological control of leachate from municipal landfills. Chemosphere, n. 44, 1-8p. FUNCEME. (2002) Comunicação Pessoal. Griffin, D. H. (1994) Fungal Physiology. 2. ed. New York: Wiley-Liss, 458p. Santaella, S. T. (1993) Remoção de cor causada pela presença de substâncias húmicas em águas, empregando Sarubbi, A. (1998) Lixiviado en rellenos sanitarios. Ambiente & Saneamiento, n. 3, 4-11p. Schalch, V. (1995) Curso de Gerenciamento Integrado de Resíduos Sólidos. Fortaleza: UFC. tratamento biológico. 161 p. Tese Doutorado Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Paulo. Van Handeel, A. O.; Lettinga, G. (1994) Tratamento anaeróbia de esgotos: um manual para regiões de clima quente. Campina Grande: Epgraf, 239 p.