Efeito da microaeração por agitação na remoção de nitrogênio em reator anammox

Limpeza de águas residuais com mais eficiência

Fábricas e cidades modernas produzem águas residuais carregadas de nitrogênio e poluição orgânica que podem danificar rios, lagos e zonas costeiras. Tratar essa água é caro, sobretudo porque os métodos tradicionais exigem muito ar e produtos químicos adicionados. Este estudo investiga um processo mais novo e de baixo consumo energético chamado anammox e coloca uma pergunta prática: adicionar apenas um pouco de ar no fundo de um tanque anammox pode melhorar a limpeza da água sem matar os microrganismos sensíveis ao oxigênio que sustentam o processo?

Uma nova forma de remover nitrogênio

Anammox, abreviação de oxidação anaeróbia de amônio, é um atalho biológico para a remoção de nitrogênio. Em vez do processo usual em várias etapas que requer grandes sopradores e produtos ricos em carbono adicionados, as bactérias anammox convertem amônio e nitrito diretamente em gás nitrogênio inofensivo em condições sem oxigênio. Isso as torna atraentes para tratar efluentes industriais, como os de processamento de soja e frutose, onde os níveis de nitrogênio são altos e a economia de energia é importante. No entanto, essas águas residuais do mundo real também contêm matéria orgânica, medida como demanda química de oxigênio (DQO), que pode favorecer microrganismos de crescimento mais rápido que competem com as bactérias anammox e enfraquecem a remoção de nitrogênio.

Agitação suave com pequenas quantidades de ar

Os pesquisadores montaram um reator coluna alto de acrílico preenchido com grânulos anammox marrom-avermelhados e água residual industrial real. Testaram três taxas de aeração muito baixas na base do tanque: praticamente sem agitação (1,5 L/h), microaeração moderada (12 L/h) e aeração relativamente forte (45 L/h). O objetivo era duplo: ajudar microrganismos aeróbios próximos ao fundo a consumir matéria orgânica e usar as bolhas ascendentes como uma ferramenta de agitação suave para misturar a água residual e as bactérias sem transformar todo o reator em um ambiente rico em oxigênio. Ao longo de semanas de operação estável, monitoraram DQO, diferentes formas de nitrogênio, oxigênio dissolvido e a atividade das bactérias anammox-chave.

Encontrando o ponto ideal para o ar

A microaeração moderada mostrou-se o compromisso mais eficaz. A 12 L/h, o reator removeu cerca de 63% da DQO e quase 73% do nitrogênio total, com mais de 92% dessa remoção de nitrogênio ocorrendo via via anammox. A atividade específica das bactérias anammox aumentou para cerca de 0,25 gramas de nitrogênio removido por grama de biomassa por dia, indicando que os micróbios centrais estavam trabalhando mais e com maior eficiência. As bolhas forneceram oxigênio suficiente para que outras bactérias degradassem a matéria orgânica e atuaram como misturador interno, melhorando o contato entre poluentes e o lodo granular. Quando a aeração era muito baixa, a matéria orgânica se acumulava e suprimia o desempenho anammox; quando a aeração era muito alta, o oxigênio começou a prejudicar a comunidade anammox sensível ao oxigênio.

Observando a mudança no elenco microbiano

O sequenciamento de DNA revelou como o elenco microbiano mudou conforme a aeração variou. Com microaeração ótima, o grupo de bactérias que realiza anammox (do filo Planctomycetota, incluindo o gênero Candidatus Brocadia) representou uma parcela substancial da comunidade, compatível com a forte remoção de nitrogênio observada no reator. Quando o fluxo de ar foi elevado para 45 L/h, essas bactérias anaeróbias benéficas praticamente desapareceram, substituídas por organismos que preferem oxigênio, como certos Bacillus e Proteobacteria. Embora a remoção global de DQO tenha permanecido similar, o reator passou a depender menos do anammox e mais de vias convencionais dirigidas por oxigênio, que são menos eficientes em termos energéticos e reduzem a principal vantagem da tecnologia.

Implicações para estações de tratamento do mundo real

O estudo mostra que a microaeração cuidadosamente controlada — ar suficiente apenas para agitar e polir os orgânicos, mas não a ponto de inundar o tanque com oxigênio — pode tornar reatores anammox mais robustos para águas residuais industriais. Para um público não especializado, a mensagem é direta: uma lufada suave de ar no nível certo ajuda essas bactérias especializadas a desempenhar melhor seu papel, removendo carbono e nitrogênio das águas residuais enquanto consome menos energia que os sistemas tradicionais. Mas ar demais desequilibra o sistema, prejudica os micróbios-chave e compromete o desempenho. Encontrar e manter esse “ponto ideal” de microaeração será crucial para projetar futuras estações de baixo consumo energético que protejam corpos d’água de forma mais sustentável.

Citação: Yan, Z., Xu, Y., Yang, H. et al. Effect of micro-aeration stirring on nitrogen removal in anammox reactor. Sci Rep 16, 6561 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37758-7

Palavras-chave: tratamento de águas residuais, anammox, microaeração, remoção de nitrogênio, efluente industrial