De Acqua Expert – Em 31 de janeiro de 2023

A DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) e DQO (Demanda Química de Oxigênio) são parâmetros que estão intimamente relacionados a quantidade de matéria orgânica presente no esgoto, pois no processo de degradação desses compostos ocorre obrigatoriamente o consumo de oxigênio.

Dessa forma, essas variáveis são amplamente utilizadas no controle operacional de tratamentos de esgotos, com o objetivo de avaliar o desempenho do sistema com base no atendimento aos padrões estabelecidos em legislação. Em outras palavras, são parâmetros utilizados para a avaliação da qualidade do efluente, que podem ser mensuradas através de determinações analíticas.

Sendo assim, para entender o processo de degradação de matéria orgânica, é necessário, primeiramente, conhecer a composição do esgoto. Como o esgoto doméstico apresenta características universais, utilizaremos sua composição como exemplo.

Composição do Esgoto Doméstico  

O esgoto doméstico é composto majoritariamente por água (FIGURA 1), enquanto uma pequena fração é constituída de sólidos, que podem ser de origem inorgânica ou orgânica (FIGURA 2) e podem se apresentar como material em suspensão ou material dissolvido.

A porção inorgânica compreende areia, sais e metais. Enquanto a porção orgânica é formada por material biológico.

FIGURA 1: Composição do esgoto doméstico

FIGURA 2 Composição dos sólidos presentes no esgoto doméstico.

Matéria orgânica

A matéria orgânica é todo o material de origem vegetal ou animal produzido no próprio ambiente aquático ou introduzido nele por meio de despejos ou carreamento, ou seja, pelo arraste por água de chuva (CETESB, 2020).

De uma forma geral, é formada basicamente por proteínas, carboidratos e gorduras. Devido a essa composição, a matéria orgânica pode ser utilizada como fonte de alimento para os microrganismos que habitam naturalmente o ecossistema aquático e, por esta razão, é considerada a principal fonte poluidora dos recursos hídricos.

Ainda, é possível que esses elementos sejam rearranjados em diversas formas moleculares, formando uma grande variedade de compostos orgânicos. Essas características desses compostos determinam o quanto o esgoto é passível de ser degradado biologicamente através de reações metabólicas, ou seja, a assimilação da matéria orgânica está relacionada com a capacidade de degradação bacteriana, que depende da biodegradabilidade do efluente.

A biodegradabilidade diz respeito a capacidade de degradação biológica de materiais orgânicos por microrganismos até as substâncias básicas, como água, dióxido de carbono, metano, elementos básicos e biomassa. Essa atividade ocorre através de um processo de hidrólise enzimática, onde as moléculas são quebradas em partículas menores e disponibilizadas para absorção das células bacterianas.

A quebra das moléculas depende dos elementos químicos de cada composto químico, bem como o tamanho das cadeias carbônicas. Todo composto orgânico possui uma cadeia de átomos de carbono interligados entre si, e que são associados a outros elementos químicos, como hidrogênio, oxigênio, nitrogênios e enxofre. O tamanho dessas cadeias é variável, assim como os tipos de ligações entre os átomos, que podem ocorrer de formas mais simples ou mais complexas, influenciando na facilidade de assimilação de um microrganismo sobre esse composto. Isso quer dizer que os compostos orgânicos mais fáceis de serem quebrados, são consumidos mais rapidamente. Enquanto os mais complexos, com ligações mais fortes em sua estrutura molecular, como o fenol, são mais difíceis de serem consumidos.

Em comparação, os surfactantes apesar de apresentam ligações simples, são formados por cadeias mais longas, tornando mais difícil o seu consumo.

Cada amostra possui características específicas devido ao processo produtivo em que o efluente é gerado. Sendo assim, a proporção entre os compostos biodegradáveis e não biodegradáveis é variável.

A biodegradabilidade pode ser dividida em três frações:

• Partículas orgânicas não biodegradáveis
• Orgânicos solúveis não biodegradáveis (compostos de cadeia carbônica longa)

• Orgânicos biodegradáveis (em suspensão e dissolvidos) A FIGURA 3 ilustra a entrada de diversos compostos no tanque de aeração, com uma fração biodegradável e uma fração não biodegradável. Os compostos biodegradáveis serão assimilados pela ação microbiológica no sistema de lodos ativados estimulando o crescimento de novas células bacterianas. Enquanto o material não biodegradável pode (ou não) ser adsorvido pelos flocos biológicos e, consequentemente, removidos do sistema pela sedimentação do lodo no decantador secundário. A qualidade do efluente final depende da eficiência de remoção da carga orgânica.

FIGURA 3: Sistema de tratamento biológico com destaque a remoção de compostos biodegradáveis e não biodegradáveis paralelamente ao crescimento bacteriano.

Consumo de Oxigênio

Os impactos do lançamento inadequado de matéria orgânica no ambiente aquático estão relacionados com o a assimilação desses compostos. Para que a matéria orgânica seja estabilizada, as bactérias aeróbias utilizam o oxigênio dissolvido na água para a realização dos processos metabólicos, como a respiração celular, que é o mecanismo responsável pela obtenção de energia a partir de uma molécula orgânica disponível no meio.

A seguinte equação (FIGURA 4) exemplifica o processo de respiração celular realizado por bactérias aeróbias, onde a fonte de carbono utilizada está sendo representada por uma molécula de glicose e que na presença de oxigênio é oxidada a gás carbônico liberando energia.

FIGURA 4: Oxidação de uma molécula de glicose a gás carbônico no processo de respiração aeróbica  gerando energia.

Por ser um elemento fundamental na degradação da matéria orgânica, o consumo de oxigênio se intensifica onde há maior disponibilidade de alimento, ou seja, no ponto de lançamento do esgoto, caso ele não seja devidamente tratado. Como resultado, pode ocorrer o completo esgo­tamento do oxigênio na água, provocando a mortalidade de organismos dependentes diretamente de oxigênio, e de toda a cadeia alimentar na qual eles fazem parte, por inviabilizar a transferência de energia de um nível trófico a outro, interferindo no equilíbrio da vida aquática.

A FIGURA 5 mostra a redução abrupta nas concentrações de oxigênio dissolvido na área de lançamento do efluente. É possível observar que à medida que o esgoto é diluído, os teores de oxigênio voltam a se reestabelecer. Com base nesse dinâmica, os fenômenos de autodepuração são amplamente utilizados como mecanismo de tratamento de efluentes.

FIGURA 5: Variação no consumo de oxigênio no corpo receptor em função do tempo/distância.

Partindo do princípio que para a estabilização da matéria orgânica é fundamental o consumo de oxigênio pelas bactérias, é possível correlacionar esses parâmetros entre si. De forma que, para avaliar o potencial poluidor que um esgoto apresenta, é possível inferir a quantidade de matéria orgânica presente no efluente, a partir do oxigênio consumido na estabilização desses compostos. Consequentemente, as metodologias empregadas são de avaliação indireta, através da medição de DBO e DQO. Não são utilizados métodos diretos, face à multiplicidade de formas e compostos que a MO pode se apresentar, levando a grande dificuldade na determinação laboratorial.

Conceitos de DBO e DQO

DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio

Corresponde a quantidade de oxigênio consumida pelos microrganismos na oxidação da matéria orgânica para uma forma inorgânica estável. Como nesse processo o agente responsável pela oxidação dos compostos são as bactérias, apenas a fração biodegradável do efluente pode ser mensurada.

Para a realização do ensaio, utiliza-se um frasco específico para o acondicionamento da amostra sob uma temperatura de incubação de 20°C por um período de 5 dias (DBO₅), conforme a FIGURA 6. O período de incubação pode ser estendido até 20 dias, para a obtenção da DBO Última. Porém, essa prática não é muito usual.

Com a finalidade de avaliar o consumo de oxigênio pelas bactérias no processo de degradação da matéria orgânica, as concentrações no início e final do ensaio são medidas e a diferença pode ser calculada. Vale lembrar que, nem todo composto biodegradável será consumido nesse processo de degradação da matéria orgânica durante o período do ensaio, mesmo que tenha duração de 20 dias. Isso porque, a biologia é uma ciência complexa.

FIGURA 6: Consumo de oxigênio por agentes oxidantes biológicos durante o ensaio de DBO.

Mas como calcular a DBO?

FIGURA 7: Equação cálculo da eficiência do DBO

DQO – Demanda Química de Oxigênio

É relativa a quantidade de oxigênio necessária para oxidação da matéria orgânica de uma amostra por meio de um agente químico, como o dicromato de potássio (CETESB, 2020). Portanto, nesse processo não é considerado o consumo biológico de oxigênio.

Os agentes químicos têm um poder de oxidação superior a ação microbiológica, sendo capazes de oxidar tanto o conteúdo biodegradável quanto o não biodegradável, e, por isso, os valores de DQO são sempre maiores em comparação a DBO.

Existem algumas formas de realizar essa análise, sendo a de maior praticidade através do uso de um kit específico, que contém uma solução composta por um agente oxidante (que normalmente é o dicromato de potássio), um catalisador para acelera as reações químicas (como o sulfato de prata), sob um meio ácido (ácido sulfúrico).

Uma alíquota da amostra é adicionada a essa solução, e o ensaio é mantido em um digestor sob uma temperatura de 148˚C por um período de 2 horas.

Como resultado a essa interação, o agente químico oxida as partículas orgânicas liberando oxigênio para o meio e a quantidade de oxidante consumida é expressa em termos de sua equivalência em oxigênio. Essa quantificação é realizada em um espectrofotômetro.

Nível de Biodegradabilidade

Ainda, é possível correlacionar os valores de DQO e DBO no intuito de avaliar a biodegradabili­dade do esgoto. Isto porque, a DBO mede a fração biodegradável da amostra, e, portanto, quanto mais estes valores se aproximarem da DQO, mais biodegradável será o efluente. (CETESB, 2020).

A relação DQO/DBO apresenta a seguinte escala:

            – < 2,5 – Efluente facilmente biodegradável

– 2,5 a 5,0 – Efluente com biodegradabilidade, onde pode ser necessário um tratamento preliminar para remoção da porção não biodegradável

– > 5 – Efluente dificilmente biodegradável, onde o processo biológico não é bem-sucedido

Exigências ambientais

No âmbito nacional, a CONAMA nº 430, exige uma eficiência na remoção de carga poluidora em termos de DBO₅ de 60%. Porém, as legislações estaduais podem ser mais restritivas, como no caso de do Estado de São Paulo, onde é estabelecido um limite máximo de DBO de 60 mg/L ou uma eficiência global mínima do processo de tratamento igual a 80%. (CETESB, 2020). Conhecemos alguns casos em que o órgão ambiental exige lançamento de DBO menor que 5 mg/L e dependendo da localização da ETE já há exigência de realizar o reuso dos efluentes, por não permitir lançamento em corpo d’água.

Assista nosso vídeo sobre este assunto, acessando: