Cama de Enxofre: Desnitrificação Biológica em Aquários de Recife

A excreção de ureia pelos peixes, associada aos resíduos metabólicos liberados por todos os organismos vivos presentes no aquário, constitui a principal fonte de nitrogênio reduzido em sistemas fechados. Esses compostos nitrogenados são rapidamente metabolizados por bactérias aeróbias nitrificantes, principalmente dos gêneros Nitrosomonas e Nitrobacter, que utilizam oxigênio dissolvido como aceptor final de elétrons para obtenção de energia.

Como produto final desse processo ocorre a formação de nitrato, um composto significativamente menos tóxico do que a amônia e o nitrito, porém quimicamente estável em ambientes ricos em oxigênio, o que faz com que se acumule progressivamente na água do aquário.

Em aquários de peixes, tanto marinhos quanto de água doce, concentrações de nitrato podem ultrapassar 100 mg/L sem efeitos clínicos imediatos aparentes. Em aquários de recife, no entanto, valores acima de 10 a 20 mg/L já são suficientes para desencadear crescimento excessivo de algas indesejáveis, comprometendo a estética do sistema e estabelecendo competição direta por nutrientes com corais e outros invertebrados fotossintéticos.

O controle do nitrato, portanto, não é apenas uma questão de toxicidade direta, mas de equilíbrio ecológico e estabilidade biológica a longo prazo.

Estratégias de Controle e a Desnitrificação

As estratégias clássicas de controle de nitrato incluem alimentação racional, trocas regulares de água e exportação biológica por meio de macroalgas, skimmers eficientes e mídias bacterianas. Entretanto, além dessas abordagens, existem processos biológicos naturais capazes de remover o nitrato do sistema de forma definitiva, convertendo-o em gás nitrogênio, que escapa para a atmosfera. Esse processo é conhecido como desnitrificação biológica.

Em ambientes aquáticos, a desnitrificação ocorre em zonas pobres em oxigênio, denominadas anóxicas ou anaeróbias, que podem se formar no interior de substratos profundos, rochas porosas ou áreas com circulação extremamente limitada. Nessas regiões, bactérias especializadas utilizam o nitrato como aceptor final de elétrons em substituição ao oxigênio.

Microbiologia das Zonas Anóxicas

Dependendo das condições ambientais e do tipo de metabolismo bacteriano predominante, diferentes reações podem ocorrer:

• Micrococcus e Bacillus: Podem obter energia reduzindo compostos férricos.
• Desulfovibrio e Desulfotomaculum: Reduzem sulfatos a sulfetos, produzindo sulfeto de hidrogênio (gás tóxico).
• Methanobacterium: Bactérias metanogênicas que produzem metano em condições redutoras.
• Pseudomonas e Achromobacter: Capazes de reduzir o nitrato a gás nitrogênio (processo desejável).

Existe ainda um grupo específico de bactérias autotróficas, representadas principalmente por Thiobacillus denitrificans, capazes de realizar desnitrificação utilizando enxofre elementar como doador de elétrons. Nesse processo, o nitrato é reduzido a gás nitrogênio enquanto o enxofre é oxidado a sulfato. A reação é altamente eficiente do ponto de vista da remoção de nitrato, porém acompanhada da liberação de prótons, resultando em acidificação significativa da água.

O Reator de Enxofre (ASD)

Nos aquários convencionais, a desnitrificação ocorre espontaneamente em pequena escala, principalmente no interior de rochas vivas e substratos profundos, onde se estabelecem colônias de bactérias heterotróficas desnitrificantes que utilizam compostos orgânicos dissolvidos como fonte de carbono. No entanto, a presença de bactérias do gênero Thiobacillus é praticamente inexistente nesses sistemas, uma vez que o enxofre elementar não está naturalmente disponível em quantidades significativas no aquário.

Com base nesse princípio, foram desenvolvidos filtros desnitrificantes específicos utilizando leitos de enxofre, conhecidos como camas de enxofre ou ASD (Auto Sulfur Denitrator). Nesses reatores, partículas de enxofre sólido servem simultaneamente como substrato físico e fonte energética para as bactérias autotróficas desnitrificantes.

Diferentemente dos filtros baseados em bactérias heterotróficas, esse sistema dispensa a adição de fontes orgânicas de carbono, eliminando uma das variáveis mais críticas do ajuste operacional.

Outra vantagem relevante das bactérias Thiobacillus é o fato de serem anaeróbias facultativas. Em condições com presença residual de oxigênio, essas bactérias conseguem utilizá-lo diretamente, mantendo-se metabolicamente ativas. Isso torna o sistema menos sensível a pequenas variações de fluxo quando comparado a filtros desnitrificantes heterotróficos.

Monitoramento de Precisão: A segurança operacional desses reatores atingiu um novo patamar com o uso de sondas de ORP (Potencial de Oxirredução). Ao monitorar o interior da câmara, o aquarista pode garantir que o ambiente permaneça na faixa ideal de redução (geralmente entre -150mV e -250mV), evitando tanto a ineficiência aeróbia quanto a zona de perigo da produção de sulfeto de hidrogênio.

Química, Acidificação e Segurança

Durante o processo de desnitrificação em uma cama de enxofre, o nitrato é convertido em gás nitrogênio e o enxofre é oxidado a sulfato. No ambiente marinho, esse aumento de sulfato é irrelevante do ponto de vista químico. O principal impacto negativo do processo é a acidificação da água.

Atenção: Para cada seis moléculas de nitrato reduzidas são liberados quatro prótons, o que pode provocar quedas abruptas de pH se não houver neutralização adequada.

Para mitigar esse efeito, é prática comum utilizar um leito de carbonato de cálcio, geralmente na forma de aragonita ou coral moído, posicionado após o leito de enxofre. O carbonato reage com os prótons liberados, formando dióxido de carbono e íons cálcio, estabilizando o pH e, no caso de aquários de recife, contribuindo positivamente para a manutenção dos níveis de cálcio.

Riscos Operacionais

Apesar de sua eficiência comprovada, a cama de enxofre não é isenta de riscos:

• Fluxo excessivamente baixo: Pode ocorrer produção de sulfetos, perceptível pelo odor de ovos podres no efluente.
• Fluxo elevado demais: Reduz a eficiência da remoção de nitrato.

O ajuste correto do sistema, bem como o monitoramento frequente de nitrato, pH e alcalinidade, são indispensáveis para sua operação segura.

Contexto Atual e Veredito

Atualmente, embora essa tecnologia continue sendo utilizada com sucesso em grandes sistemas, instalações públicas e estações de tratamento de água, seu uso em aquários domésticos é considerado avançado e altamente dependente da experiência do operador.

O Desequilíbrio da Redfield Ratio: Um efeito colateral da eficiência extrema do enxofre é a remoção exclusiva de nitrato, sem consumo proporcional de fosfato (PO₄ ). Isso pode levar o nitrato a zero enquanto o fosfato persiste, rompendo a relação N:P e favorecendo surtos de Cianobactérias. Recomenda-se o uso concomitante de mídias removedoras de fosfato (GFO ou resinas) para manter o equilíbrio biológico.

O desenvolvimento de skimmers mais eficientes, refúgios com macroalgas, mídias bacterianas modernas e métodos controlados de dosagem de carbono fez com que a cama de enxofre deixasse de ser uma solução de primeira linha para a maioria dos aquaristas. Ainda assim, permanece como uma ferramenta válida, robusta e eficaz quando aplicada de forma criteriosa, especialmente em sistemas com alta carga biológica e produção crônica de nitrato.

Nota de Escopo: A implementação de reatores de enxofre é uma técnica de aquarismo avançado. As diretrizes aqui apresentadas têm caráter educacional e não substituem a necessidade de monitoramento presencial rigoroso e a adaptação às variáveis biológicas únicas de cada sistema.

A compreensão do funcionamento da cama de enxofre não apenas amplia o repertório técnico do aquarista, mas também fornece uma visão profunda dos processos biogeoquímicos que governam a estabilidade dos ecossistemas aquáticos fechados. O domínio desses conceitos permite decisões mais conscientes e seguras na busca por sistemas equilibrados, estáveis e biologicamente eficientes.

Um grande abraço,
Denilson Balling