9 WASTE STABILIZATION PONDS
P>As bacias de estabilização de resíduos são uma série de uma ou mais bacias hipereutróficas, tipicamente com 1-2 m de profundidade. Devido à actividade das algas, as WSP terão normalmente altos níveis de oxigénio dissolvido e altos valores de pH. Têm custos de funcionamento muito baixos e são simples de construir, sendo a despesa primária geralmente o custo do terreno. A simplicidade física da WSP desmente a complexidade dos mecanismos de remoção de agentes patogénicos que têm lugar no seu interior. Pois, ao contrário dos sistemas que considerámos acima, a WSP pode ser concebida para optimizar a remoção de agentes patogénicos e o desempenho de dois sistemas no mesmo local pode variar em 3-4 ordens de magnitude. A nossa crescente apreciação do mecanismo através do qual isto é conseguido ainda não foi totalmente incorporada nas equações de concepção e a concepção de tais sistemas ainda é comparativamente grosseira. No entanto, uma compreensão adequada destes mecanismos é inestimável na concepção de WSP.
Lagos de algas de alta taxa (HRAP) são lagos de estabilização de resíduos especialmente concebidos, nos quais a população de algas é suavemente agitada mecanicamente, geralmente em alguma forma de configuração de pista de corrida para optimizar a produção de algas. Embora mais difíceis e caros de operar do que os tanques de algas, os HRAP não são, do ponto de vista dos agentes patogénicos bacterianos, diferentes de um WSP. Os HRAP também atingem pH elevado (por vezes mais elevado) e concentrações de oxigénio dissolvido e têm taxas de remoção de indicadores correspondentemente elevadas (Bahlaoui et al., 1997).
coliformes fecais são os organismos mais comummente utilizados para monitorizar a remoção de agentes patogénicos das estações de tratamento de águas residuais. Este indicador foi comparado com outros indicadores e salmonelas, campylobacter (ver Fig. 30.1) e com V. cholerae 01 (Curtis, 1996) e considerado adequado. O campylobacter sensível ao oxigénio morre presumivelmente devido às elevadas concentrações de oxigénio. A remoção de V. cholerae Ol é ligeiramente mais misteriosa, porque as V. cholerae não patogénicas intimamente relacionadas têm crescido na WSP (ver Curtis, 1996 para uma revisão abrangente). Foi recentemente descoberto que o gene toxínico que distingue os organismos patogénicos da forma não patogénica é codificado por uma bactéria filamentosa que é incorporada no cromossoma do organismo. Este fago é induzido pela luz solar (Faruque et al., 2000). Isto diminui a taxa de crescimento dos organismos e pode deixar o organismo toxigénico numa desvantagem suficiente para inibir a sua sobrevivência numa WSP.1
Os mecanismos de remoção de coliformes fecais não são surpreendentemente multifactoriais (Troussellier et al., 1986). No entanto, os factores podem ser divididos em rápidos e lentos. Os factores rápidos (3-0,1 log/h) são foto-oxidação e pH e estão associados à luz e, portanto, às partes superiores da lagoa durante as horas de luz do dia. Os factores lentos (> 0,1 log/h) são menos bem definidos, e presumivelmente incluem fome, predação e adsorção a sólidos. Os processos lentos são independentes da luz e pensa-se que funcionam a todo o momento a todas as profundidades. Embora a maioria da investigação se tenha centrado nos factores rápidos, a sua importância relativa depende da profundidade e localização do WSP. As WSP são heterogéneas no espaço e no tempo. Assim, o destino de uma bactéria patogénica numa WSP depende não só de quanto tempo permanece nesse tanque, mas também da parte do tanque por onde passa e a que horas do dia passa.
Na foto-oxidação a luz mata um organismo quando a energia na luz é absorvida por um químico ou sensibilizador. O sensibilizador entra num estado de excitação de curta duração no qual pode passar a energia da luz para o oxigénio e formar formas tóxicas de oxigénio, incluindo oxigénio simples, radicais hidroxil, radicais super-óxidos ou peróxido de hidrogénio. As formas tóxicas de oxigénio matam a célula oxidando componentes celulares vitais (Curtis, et al., 1992).
A taxa de foto-oxidação aumenta linearmente com a concentração de oxigénio, presumivelmente porque o aumento da concentração de oxigénio aumenta a probabilidade do sensibilizador excitado encontrar uma molécula de oxigénio. Além disso, o processo é sinérgico com o pH, pelo menos para alguns organismos (Davies-Colley et al., 1999). A base para o sinergismo não é clara; pode ser porque os radicais de oxigénio danificam a membrana, tornando assim as células sensíveis a valores de pH elevados. Pode também ser porque valores elevados de pH prolongam a vida dos radicais hidroxil. Uma vez que mesmo a luz vermelha de comprimento de onda longo tem energia suficiente para criar oxigénio de uma só vez, qualquer comprimento de onda de luz visível ou ultravioleta pode iniciar danos foto-oxidativos. Assim, a importância relativa de um dado comprimento de onda é governada pela natureza do sensibilizador, os comprimentos de onda da luz envolvida e a capacidade relativa destes comprimentos de onda para penetrar numa lagoa. Na WSP o principal sensibilizador para coliformes fecais são as substâncias húmicas que ocorrem naturalmente nas águas residuais. Outros organismos podem ter outros sensibilizadores, incluindo sensibilizadores dentro da célula (Davies-Colley et al., 1999).
Valores pH elevados são também considerados responsáveis por alguns processos de remoção rápida. Acredito que a morte ocorre quando a bactéria já não é capaz de acidificar o seu próprio citoplasma. Isto explicaria porque é que a relação entre a taxa de remoção e o pH não é linear, com valores de pH abaixo de um determinado valor limiar tendo pouco ou nenhum efeito na remoção do indicador bacteriano. Trabalhando com água de lago real, Parhad e Rao (1974) e Curtis (1991) reportaram um valor limiar de pH de cerca de 9,3, enquanto Pearson et al. (1987), trabalhando em tampão, reportaram um limiar de pH 8,9. É necessária uma quantidade considerável de energia para que uma célula acidifique o seu citoplasma (Booth, 1985), pelo que o limiar representa provavelmente o ponto em que este mecanismo homeostático é ultrapassado. Ao utilizar condições de baixo teor de nutrientes, Pearson et al. (1987) baixaram artificialmente o valor do limiar de pH. Assim, em lagos reais, a remoção muito rápida relacionada com o pH só ocorrerá acima do limiar mais elevado.
Mais e melhor trabalho (especialmente trabalho quantitativo e modelação) resta a ser feito nos processos rápidos. No entanto, é evidente que a excelente remoção observada em WSP em climas quentes está intimamente ligada às condições hipereutróficas observadas em WSP. Segue-se que as concentrações de algas deveriam realmente figurar na concepção para a remoção de bactérias patogénicas e que as propostas para lagos muito claros (James, 1987) provavelmente não funcionariam.
Os processos independentes da luz poderiam ser impulsionados por uma variedade de factores, os mais óbvios dos quais são a fome, a predação e a adsorção às algas. Quaisquer que sejam os mecanismos escuros, eles serão certamente muito importantes onde quer que os efeitos de pH e foto-oxidação sejam retardados pela profundidade ou localização da lagoa, por exemplo, em VJSP profundo ou WSP no Inverno em climas temperados. Infelizmente, não tem havido essencialmente um estudo sistemático destes factores nas lagoas. Num excelente artigo, Trousellier et al. (1986) procuraram relações lineares entre uma série de factores inter-relacionados na WSP e a remoção de coliformes fecais no Sul de França. Foi encontrada uma fraca relação negativa entre concentrações de algas e coliformes fecais, mas não entre o organismo indicador e a CBO5 ou a concentração de rotíferos. No entanto, se os efeitos fossem não lineares ou relativamente pouco importantes neste local de estudo, em comparação com os efeitos de luz e pH (que eram significativos), então o estudo não os consideraria significativos.
O claro que os processos de remoção mais rápidos serão ineficazes se os agentes patogénicos bacterianos não passarem muito tempo no sistema. Inversamente, mesmo uma taxa lenta de remoção pode ser adequada se for suportada por tempo suficiente. Tem havido sempre incerteza quanto à natureza do regime hidráulico na WSP. Recentemente, vários autores apontaram a importância do curto-circuito na remoção de agentes patogénicos na WSP (James, 1987; Fredrick e Lloyd; 1996; Salter et al., 1999). No entanto, é de notar que o curto-circuito está implícito na hipótese original de Marais (1974) de mistura completa (alguns dos influentes encontrar-se-ão instantaneamente no efluente). Além disso, trabalhos recentes de levantamento mostraram que as lagoas aproximam-se grosseiramente de reactores de mistura completos (Nameche e Vasel, 1998) e, por enquanto, esta suposição pode ser mantida e talvez utilizada em conjunto com um pequeno factor de segurança.
No presente, na prática, a melhor maneira de reduzir o impacto do curto-circuito é utilizar mais de uma lagoa em série (Mara, 1976). Outras formas de melhorar a hidrodinâmica WSP, por exemplo, deflectores, são concebíveis. No entanto, para serem utilizáveis, as melhorias não devem prejudicar outras características da WSP. Por exemplo, ao promover a acumulação de sólidos e deflectores de geração de sulfuretos na WSP facultativa, os deflectores podem causar fotossíntese de odores e preconceitos. Para além de serem utilizados na concepção, os melhoramentos devem ser previsíveis. Espero que o actual interesse na utilização da dinâmica dos fluidos computacional produza modelos verificados que sejam suficientemente baratos para justificar a sua utilização generalizada na optimização da concepção da WSP para a remoção de agentes patogénicos.