Precipitação da estruvita a partir de urina: recuperação de fósforo e inativação de micro-organismos patogênicos

Abstract

Devido ao crescimento populacional e do lançamento inadequado de esgotos sanitários sem tratamento, uma parcela significativa da população brasileira enfrenta desafios relacionados à escassez de saneamento básico. O lançamento irregular de esgoto, contendo elevada carga orgânica e nutrientes, pode resultar na eutrofização dos corpos hídricos e consequentemente na perda da qualidade da água. Entre esses nutrientes, destaca-se o fósforo, um recurso mineral finito de extrema importância para a agricultura, sendo amplamente utilizado nos fertilizantes agrícolas. Diante desse cenário, têm-se buscado alternativas para a recuperação do fósforo, e uma técnica que se destaca é a precipitação da estruvita a partir de urina humana, por ser uma técnica simples, de baixo custo e alta eficiência de recuperação de nutrientes. Sendo assim, essa pesquisa tem como propósito investigar o processo de precipitação de estruvita a partir de urina humana separada na fonte, visando a recuperação de fósforo, análise do comportamento das bactérias Escherichia coli, Salmonella enterica e Enterococcus faecalis durante o processo de produção da estruvita, inativação desses micro-organismos patogênicos durante o processo de secagem do precipitado e avaliação da fitotoxicidade da estruvita em sementes de Lactuca sativa (alface) e Eruca sativa (rúcula) quando aplicada em diferentes concentrações. Os ensaios de precipitação foram realizados em reator piloto, o precipitado de estruvita foi seco em temperatura ambiente e em estufa a 35°C por 4 dias, sendo realizadas análises microbiológicas diariamente ao longo do período de secagem. A produção obtida nos ensaios foi de 1,51 gramas de estruvita para 1 litro de urina, com eficiência de recuperação de fósforo de 83,7%. A caracterização por meio de DRX mostrou que o precipitado é de fato estruvita. A redução da concentração das bactérias Escherichia coli, Salmonella enterica e Enterococcus faecalis durante o processo de precipitação foi de 5,92log10, 6,57log10 e 4,96log10, respectivamente. A redução da concentração das bactérias no processo de secagem foi a mesma em temperatura ambiente e em estufa para a Salmonella entérica (2,75log10) e Enterococcus faecalis (4,68log10), a Escherichia coli reduziu 4,22log10 em temperatura ambiente e 4,24log10 em estufa. A estruvita mostrou-se fitotóxica para Lactuca sativa somente na concentração de 10%, enquanto para Eruca sativa apresentou fitotoxicidade em todas as concentrações analisadas.

Due to population growth and the inadequate discharge of untreated sewage, a significant portion of the Brazilian population faces challenges related to the lack of basic sanitation and drinking water. The irregular discharge of wastewater, containing a high organic load and nutrients, can result in the eutrophication of water bodies and, consequently, the loss of water quality. Among these nutrients is phosphorus, a finite mineral resource of extreme importance for agriculture, widely used in agricultural fertilizers. Given this scenario, alternatives have been sought for phosphorus recovery, and one technique that stands out is the precipitation of struvite from human urine, as it is a simple, low-cost, and highly efficient nutrient recovery technique. Therefore, the purpose of this research is to investigate the process of precipitating struvite from human urine separated at source to recover phosphorus and analyze the behavior of Escherichia coli, Salmonella enterica, and Enterococcus faecalis bacteria during the struvite production process, inactivation of these pathogenic microorganisms during the precipitate drying process and evaluation of the phytotoxicity of struvite on Lactuca sativa (lettuce) and Eruca sativa (rocket) seeds when applied at concentrations of 10%, 5%, and 3%. The precipitation trials were conducted in a pilot reactor, the struvite precipitate was dried at room temperature and in an oven at 35°C for four days, and microbiological analyses were carried out daily throughout the drying period. The yield obtained in the tests was 1.51 grams of struvite per 1 liter of urine, with a phosphorus recovery efficiency of 83.7%. Characterization by XRD showed that the precipitate is indeed struvite. The reduction in the concentration of Escherichia coli, Salmonella enterica, and Enterococcus faecalis bacteria during precipitation was 5.92 log10, 6.57log10, and 4.96log10, respectively. The decrease in the concentration of bacteria in the drying process was the same at room temperature as in the oven for Salmonella enterica (2.75log10) and Enterococcus faecalis (4.68log10). At the same time, Escherichia coli was reduced by 4.22log10 at room temperature and 4.24log10 in the oven. Struvite was phytotoxic to Lactuca sativa only at a concentration of 10%, while it was phytotoxic to Eruca sativa at all the concentrations analyzed.