A redução de fósforo para recuperação de ambientes aquáticos

A redução de fósforo tem sido o principal foco de estudos de recuperação de ecossistemas aquáticos (MOSS, 1990, SCHEFFER, 1998, TUNDISI, 2008; LÜRLING & TOLMAN, 2010; ESTEVES, 2011). O fósforo é um dos macro-nutrientes mais importantes e responsáveis pela eutrofização de águas naturais, que tem como consequências principais a desoxigenação das águas e crescimento acelerado de macrófitas e algas tóxicas como cianobactérias. Estes organismos podem apresentar uma série de vantagens competitivas que possibilita a formação de populações dominantes em diversos sistemas aquáticos (MOSS, 1990; JEPPESEN et al., 2003).

Os efeitos de sua proliferação geram problemas de qualidade da água e desequilíbrio ambiental em função da alta densidade e biomassa algal, provocando também odores e sabores alterados na água devido a produção de cianotoxinas, as quais resultam em perda de diversidade aquática e risco à saúde humana e de animais (BOUVY et al. 2000; ROCHA et al., 2002; MOLICA et al., 2005; CARMICHAEL, 1994).

Concentrações de fósforo total (PT) a partir de 0,03 mg.L^-1 são suficientes para causar florações de cianobactérias (Scheffer, 1998; Finkler Ferreira & Motta Marques, 2009). Embora o nitrogênio também seja responsável pela eutrofização, o fósforo é o macro-nutriente estequiometricamente limitante para a ocorrência de florações por ser metabolicamente necessário em concentrações menores comparado ao nitrogênio e carbono (MOSS, 1990; JONES, 1994, SCHEFFER, 1998, REYNOLDS, 2006; FINKLER FERREIRA & MOTTA MARQUES, 2009). Além disso, algumas das principais espécies tóxicas de cianobactérias possuem a capacidade de fixar o nitrogênio atmosférico (Reynolds, 2006). Sendo assim, a carga de nitrogênio afluente em um corpo da água receptor possui menor importância para o controle da eutrofização (VON SPERLING, 1996).

A entrada de fósforo em corpos da água pode ser proveniente de (a) origem antropogênica como despejo de esgoto doméstico; (b) efluentes industriais; (c) lixiviação e carreamento de fertilizantes da bacia ou estrume em áreas de agricultura. No Brasil, a combinação de cargas enriquecidas de fósforo durante períodos de estiagem e calor nas estações mais quentes do ano são fatores propulsores para a proliferação de cianobactérias (HUSZAR, et al. 2000; BOUVY et al. 2000).

Para reverter processos de eutrofização, a consagrada Organização Australiana CSIRO (Commonwealth Scientific e Industrial Research Organisation) desenvolveu após 10 anos de pesquisa um remediador ambiental denominado PHOSLOCK^® capaz de reduzir o estoque de fósforo em ambientes aquáticos (www.phoslock.com.br) continentais e marinhos (ROBB et al., 2003). PHOSLOCK^® é uma argila ionicamente modificada desenvolvida para reduzir >95% do estoque de fósforo em corpos da água e, assim, controlar florações macrófitas e cianobactérias potencialmente tóxicas, entre outros problemas de eutrofização associados. O remediador atua diretamente na adsorção dos íons de ortofosfato (PO₄), que é a forma solúvel de fósforo no meio aquático e, portanto, principal nutriente responsável pelo crescimento excessivo de produtores primários.

Descrição do remediador ambiental Phoslock

O produto é resultado de uma modificação iônica da argila bentonita por meio da adição do elemento lantânio (La⁺³), uma terra rara que possui elevada especificidade iônica por íons de ortofosfato (PO₄^-3). O ortofosfato é a forma dissolvida de fósforo e principal nutriente limitante para produtores primários. O produto Phoslock^® é composto por 95% de bentonita, na forma de grânulos (Figura 1), e 5% de lantânio Devido à sua capacidade de adsorção de ortofosfato, o lantânio é o ingrediente ativo do produto. As características físico-químicas do produto constam na Tabela abaixo.

Figura 1 – Aspecto dos grânulos da argila ionicamente modificada Phoslock®

Mecanismo de Ação – Adsorção de íon de Ortofosfato

Na presença do íon ortofosfato (PO₄^-3) o produto forma um complexo mineral insolúvel conhecido como rabdofânio (LaPO₄·n H₂O) (Figura 2).

Figura 2 – Demonstração da ligação iônica entre o elemento lantânio, presente na estrutura da argila, e os íons de ortofosfato na água.

A ligação iônica ocorre com maior eficiência em um faixa de pH de 5 a 9 (ROSS et al., 2008), sendo permanente em pHs de 4 a 11 (ROBB et al., 2003). Uma vez formado o complexo, a ligação iônica permanece estável mesmo sob condições anóxicas (AKHURSt et al., 2004; ROBB et al., 2003; ROSS et al., 2008). Com a redução do nutriente no meio aquático Phoslock o crescimento de cianobactérias é controlado, causando a morte gradual das células, sem que haja uma rápida liberação de toxinas para a massa da água. Uma tonelada de Phoslock é capaz de remover 34 kg de FRD ou ortofosfato (PO4), ou 11 kg de fósforo total (P).

Modo de Aplicação

Em grandes corpos hídricos, a aplicação do produto é realizada por meio de uma embarcação de baixo calado e fundo plano provido de um sistema de aplicação para dispersão homogênea do produto sobre a superfície da água (Figura 3).

Figura 3. Demonstração do modo de aplicação do remediador ambiental PHOSLOCK®.

Depois de aplicado sobre a superfície do corpo d’água, a argila decanta rapidamente em até 24 h, formando uma fina camada de partículas de 1 a 2 mm sobre o sedimento. Esta camada comporta-se como o próprio sedimento, misturando-se com material inorgânico e orgânico do fundo, sendo também naturalmente colmatada com o tempo.

Dinâmica do Remediador no Meio Aquático Naturalmente, o sedimento atua como uma fonte interna de fósforo para o sistema liberando nutrientes por difusão para a coluna da água. Com a eutrofização, este processo de difusão é magnificado em função da anoxia que geralmente ocorre nas camadas mais profundas do corpo hídrico (TUNDISI, 2008), pois sem oxigênio, o hipolímnio torna-se redutor acelerando a liberação de íons como o ortofosfato. Em condições oxigenadas esta difusão ocorre em uma taxa menor porque os íons se encontram adsorvidos ao elemento ferro presente em partículas inorgânicas do sedimento (ESTEVES, 2011).

Além do processo de difusão, outros processos naturais também atuam como agentes preponderantes da eutrofização interna, como (a) bioturbação, que consiste no revolvimento do sedimento por organismos e peixes bentônicos (JEPPESEN et al., 1995, 1998, 2005); (b) ressuspensão de sedimentos causada pela força de cisalhamento no fundo de lagos rasos em função da ação do vento (JAMES & BARKO, 2001) (Figura 4) e (c) inversões térmicas que trazem águas enriquecidas do hipolimínio para camadas superficiais (WETZEL, 2001).

Figura 4 – Representação dos principais processos que contribuem para aumentar o influxo de fósforo do sedimento para a coluna da água.

Com a aplicação de Phoslock o fósforo solúvel na massa da água é decantado pela argila. No fundo, o produto continua ativo adsorvendo os influxos de fósforo até que não haja mais sítios de ligação (Figura 5) (AKHURST et al., 2004) e argila se torne saturada com fosfatos. Uma vez que o nutriente foi adsorvido pelo Phoslock, o crescimento das cianobactérias é limitado pela depleção. Em qualquer corpo da água, Phoslock pode reduzir efetivamente a concentração de cianobactérias e manter a densidade destes organismos bastante baixa (0 – 400 células/ml) por tempo indeterminado enquanto não entrarem cargas significativas no sistema.

Figura 5 – Representação esquemática do efeito do remediador sobre o sistema, como controle dos principais mecanismos de difusão.