Gerenciamento de Efluentes Líquidos Domésticos e Industriais Iana Alexandra Alves Rufino.
Microbiologia do Tratamento de Efluentes Líquidos Juliana Calabria de Araujo.
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Microbiologia do Tratamento de Efluentes Líquidos
Juliana Calabria de Araujo
Tratamento Biológico•Evitar a poluição ou promover a despoluição Ambiental.
•Tratamento de Esgotos : remoção da matéria carbonácea (reduzir a DBO), material em suspensão, patógenos e nutrientes (N e P).
•Respiração:
matéria orgânica + O2 CO2 + H2O + energia (ATP)
e N, P e S são oxidados a NO3-, PO4
3- e SO42-.
•Tratamento Biológico : Aeróbio e Anaeróbio
Auto depuração e Tratamento
Respiração: matéria orgânica + O2 CO2 + H2O + energia (ATP)
e N, P e S são oxidados a NO3-, PO4
3- e SO42-.
Composição do Esgoto Doméstico(Metcalf & Eddy, Inc. 1991)
Constituinte Porcentagem/ Concentração
Proteínas 40% - 60%
Carboidratos 25% - 50%
Gorduras e óleos 10%
Uréia (NH3-N) 25 – 50 mg/L
P total 8 – 15 mg/L
C. Orgânicos traços(pesticidas, surfactantes, fenóis, e outros poluentes)
Nível do Tratamento
NívelPreliminar SS grosseiros (materiais de maiores dimensões e areia)
SS sedimentáveisDBO em suspensão
NutrientesPatogênicosCompostos não biodegradáveisMetais PesadosSólidos inorgânicos dissolvidosSS remanescentes
Terciário
Secundário
Remoção
DBO em suspensão( não removida no tratamento primário)
Primário
Remoção de PoluentesNível do tratamentoEficiência do tratamento
Fonte: Von Sperling, 1996
DBO solúvel
PROTOZOÁRIOS
O2
biomassa
CO2H2O
matéria orgânica+
biomassa
FUNGOSBACTÉRIAS HETEROTRÓFICAS
RESPIRAÇÃO AERÓBIA
+
+
LODOS ATIVADOSEsgoto proveniente do tratamento primário
Tanque de aeração
Retorno de lodo ativado
Tanque de sedimentação
Efluente
Excesso de lodoLodo digerido
AR
Biomassa em suspensão
Menores áreas Recirculação de lodo Maior consumo energia Maior custo com O e M Idade do lodo: 10 dias
MO + LA + O2 CO2+ H2O+ Energia + lodo
tanque de aeração
decantador secundário
T. Aeróbio: Lodos ativados
Floco biológico
Microrganismos presentes em sistemas de Lodos Ativados
GÊNEROS FUNÇÕESPseudomonas Remove carboidratos e promove
desnitrificaçãoZooglea Formação de flocosBacillus Degradação de ProteínasAthrobacter Degradação de CarboidratosMicothrix Degradação de Gorduras,
crescimento filamentosoNocardia Crescimento filamentoso,
formação de espuma e escumaAcinetobacter Remoção de FósforoNitrosomonas NitrificaçãoNitrobacter NitrificaçãoAchromobacter DesnitrificaçãoFonte: Horan, 1999.
Nostocoida limicola
Beggiatoa sp.
Microrganismos indicadores dos lodos ativados
Protozoários indicam boas condições de aeração; são sensíveis a substâncias tóxicas. Ausência ou falta de locomoção = ambiente tóxico. Rotíferos também são indicadores de LA estável. ciliados são responsáveis pela remoção de E.coli (é reduzida de 91 a 99% no processo de LA).
Aspidisca costata- nitrificação Arcella sp.- Boa depuração
Vorticella-lodo bomRotífero –Lecane sp. “pin floc” –lodo má qualidade
Lodos ativados• MO estabilizada por bactérias que crescem dispersas
no tanque de aeração• TDH líquido – 6 a 8 horas• Idade do lodo – 4 a 10 dias• Remoção contínua do lodo biológico excedente• Lodo não é estabilizado no processo• Fornecimento de O2 – aeradores mecânicos ou ar
difuso
Lodos ativadosLodos ativados
• SS sedimentáveis e MO suspensa são removidos no decantador primário
• Decantador secundário – biomassa sedimenta• Efluente sai clarificado• Lodo secundário retorna para o tanque de aeração –
aumento de eficiência do processo• Remoção de DQO de 70 a 90%
Lodos Ativados modificado para a remoção biológica de N e P
NH3 +2O2 NO3- +H+ +H2ONO3
- NO2- N2
DESNITRIFICAÇÃO
Remoção biológica de N convencional= nitrificação + desnitrificação
NitrificaçãoNitrosomonas: (Nitrosospira, Nitrosococcus)
NH4+ + O2 2NH2OH+ 2H+
NH4+ + 1.5O2NO2
-+2H++H2O + 275KJ
Nitrobacter: NO2
- + 0.5 O2NO3-+75KJ
(Nitrospira, Nitrococcus)
Desnitrificação6NO3 +5CH3OH3N2+5CO2+7H2O+6(OH)-
Pseudomonas, Bacillus, Spirillum, Hyphomicrobium, Agrobacterium, Acinetobacter,Propionobacterium, Rhizobium, Corynebacterium,Cytophaga, Thiobacillus, Alcaligenes.
Nitrosomonas sp.Fonte: www.koioriental.com/images
Complexidade microbiana de lodo ativado contendo OAP
Coloração com azul de Metileno,OAP células roxas
Coloração de Gram, filamentos de“Nostocoida limicola”G + e G-
(Crocetti et al., 2000 AEM 66: 1175)
Tratamento anaeróbio metanogênico
• Objetivo: degradação biológica da matéria orgânica em ausência de luz e aceptores de é (SO4
–2, NO3-, etc);
• Processo global do C: - Mat. Orgânica CO2 + CH4 + biomassa (lodos
anaeróbios)- Energética da digestão:Glicose + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O G0’-2870 KJ/mol
Glicose 3 CO2 + 3 CH4 G0’-390 KJ/mol
Conseqüências: baixo rendimento de biomassa e cooperação eficiente entre os microrganismos que participam do processo
Digestão Anaeróbia da Matéria OrgânicaPolímeros Complexos
(proteínas, lipídeos, polissacarídeos)
Monômeros(açúcares, aminoácidos)
Propionato, Butirato(ácidos graxos, alcoois, lactato)
H2 + CO2
FormiatoACETATO
CH4 + CO2
2-Fermentação
3-Acetogênesee desidrogenação
(BRS, Syntrophomonas)
4-Metanogêneseacetoclástica
Metanogênesehidrogenotrófica
Celulose, hemicelulose elignina
1-Hidrólise(Clostrídios, Eubacterium, Acetivibrio cellulolyticus)
Acetogênese
Fonte: Zehnder, 1988
CO2
biomassa
CO2H2O
matéria orgânica+
biomassa
Metanogênicas - Methanosaeta
Bactérias hidrolíticas, fermentativas,acidogênicas
RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA
+
+
CH4
+
SO4
Metanogênicas - Methanosarcina
Paul
o Li
bâni
o
REATORES UASB: Esquema de funcionamento
Exemplos de reações que ocorrem nos biodigestores anaeróbios (Zinder apud Glazer & Nikaido, 1995)
Reações G 0’
(Kcal/reação)
G’
(Kcal/reação)
Metanogênese do hidrogênio e dióxido de carbono
4H2 +HCO3- + H+ CH4 + 3H2O
-32,4 -7,6
Acetogênese do hidrogênio e dióxido de carbono
4H2 +2HCO3- + H+ CH3COO- + 4H2O
-25,0 -1,7
Oxidação do butirato a acetato
CH3CH2CH2COO- + 2H2O 2CH3COO- + H+ + 2H2
+11,5 -4,2
Oxidação do propionato a acetato
CH3CH2COO- + 3H2O CH3COO- + HCO3-
+ H+ + 3H2
+18,2 -1,3
Um microrganismo sozinho não pode realizar a reação completa
• Há separação de funções metabólicas nestes microrganismos;
• Muitos são especialistas;• Bactérias Generalistas- hidrolíticas e fermentadoras: variam segundo o
substrato (ex: Clostridium, Acetivibrio) Bactérias especialistas- Fermentadoras redutoras obrigatórias de
prótons: propionato, butirato, etanol, lactato (Syntrophomonas wolinii, S. wolfei)
- Metanogênicas: acetato, H2, e formiato
Características das arquéias metanogênicas
• Domínio Archaea (Woese et al., 1990);
• Características únicas de metabolismo (diferentes substratos), Co-enzimas (transportadoras de é): CoM e F420 (fluorescente), lípidios da membrana celular com ligação éter e não éster.
• Trabalham em sintrofia com as bactérias acetogênicas, reduzindo a [H2].
• Fase crítica da Digestão Anaeróbia, pois trabalham em pH ótimo de 6,8 a 7,4 , portanto acúmulo de ácidos orgânicos pode inibir esta etapa
• Baixíssimos requisitos de área: 0,05 a 0,10 m2/hab.
• Custos de implantação: 30,00 a 40,00 R$/hab.
• Custos operacionais: 1,50 a 2,00 R$/hab x ano
• Apesar das grandes vantagens, encontram dificuldades em produzir efluentes que se enquadrem aos padrões ambientais– Necessidade de pós-tratamento (N, P, e
patógenos)
REATORES ANAERÓBIOS: Alguns aspectos relevantes
Processo ANAMMOX• Oxidação Anaeróbia da Amônia
(Anaerobic Ammonium Oxidation);
• Descoberta em 1990 por Mulder et al., Holanda
NH4+ + NO2
- N2 + 2 H2O (G= - 358
KJ/mol NH4+)
Crescimento lento (9d), autotróficas, comumente encontradas na natureza (< proporção);
• DQO =3.000mg/L• N-amoniacal=800-1200 mg/L;
Fixação N
NitrificaçãoDenitrificação
Processo Anammox para águas residuárias ricas em amônia
Em Roterdam,Tratando efluente de um biodigestor de lodo
Referências Bibliográficas• Palmisano, A.C., Barlaz, M.A. Microbiology of Solid Waste. CRC,
224p.,1996; • Bitton, G. Wastewater Microbiology. Wiley-Liss, 478p., 1994;• Zehnder, A.J.B. Biology of anaerobic microorganisms. John Wiley
and Sons, EUA. 872p., 1988;• Vazoller et al. Microbiologia de Lodos Ativados. São Paulo, CETESB,
1989.• Jenkins, D. et al. (1988) Manual de las Causas y El control del
Bulking y de la Formacion de espumas em el Fango activado. WRC & US EPA.
• Sekiguchi et al. (1999) Applied and Environmental Microbiology 65:1280-1288
• Von Sperling, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 3a ed. UFMG, Belo Horizonte, 452p.,2005