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Biotecnologia Profa. Liliana Lemos TRATAMENTO BIOLÓGICO DE RESÍDUOS 3 Biotecnologia e Micro-organismos.

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1 Biotecnologia Profa. Liliana Lemos TRATAMENTO BIOLÓGICO DE RESÍDUOS 3 Biotecnologia e Micro-organismos

2 Tratamento Anaeróbico de Crescimento Suspenso Nos últimos 15 anos um número de processos anaeróbicos têm sido desenvolvido no tratamento de lodos e efluentes orgânicos com elevada força iônica.

3 Digestão Anaeróbica No processo de digestão anaeróbica, o material orgânico, como resultado da mistura de decantados primários e secundários (lodos biológicos), é convertido biologicamente, em condições anaeróbicas, à uma variedade de produtos finais incluindo metano (CH 4 ) e dióxido de carbono (CO 2 ). O processo é conduzido num reator hermético.

4 O lodo, introduzido continuamente ou intermitentemente, é retido no reator por diferentes períodos de tempo. O lodo estabilizado, retirado continuamente ou intermitentemente do reator é diminuído em conteúdo orgânico e patogênico e, é não putrescível.

5 Os dois tipos de digestores anaeróbicos comumente utilizados são identificados como digestores de velocidade padrão e de alta velocidade. O processo de digestão com velocidade padrão, dentro do digestor, é usualmente não aquecido e não misturado.

6 O tempo de retenção para o processo com velocidade padrão varia de 30 a 60 dias. No processo de digestão com alta velocidade, o conteúdo dos digestores é aquecido e completamente misturado. O tempo de retenção necessário para esse tipo de digestor é tipicamente de 15 dias ou menos.

7 Tratamento Anaeróbico de Crescimento Suspenso Processo de digestão com velocidade padrão

8 Tratamento Anaeróbico de Crescimento Suspenso Processo de digestão com alta velocidade

9 Tratamento Anaeróbico de Crescimento Suspenso A combinação dos dois processos básicos (de alta velocidade e padrão) é conhecido como processo em dois estágios. A função primária do segundo estágio é separar os sólidos digeridos no licor sobrenadante; no entanto, digestão adicional e produção de gás podem ocorrer.

10 Tratamento Anaeróbico de Crescimento Suspenso Processo em dois estágios

11 Microbiologia do Processo A conversão biológica de matéria orgânica em lodo, nas plantas de tratamento, sabe-se que ocorre em três etapas. A primeira etapa do processo envolve uma transformação, mediada por enzimas (hidrólise), de compostos com alta massa molecular em compostos apropriados para o uso como fonte de energia e carbono celular.

12 A segunda etapa (acidogênese) envolve a conversão bacteriana dos compostos resultantes da primeira etapa em compostos intermediários identificáveis (ácidos, principalmente o acético) com baixa massa molecular.

13 A terceira etapa (metanogênese) envolve a conversão bacteriana dos compostos intermediários em produtos finais, principalmente metano e CO 2.

14 Microbiologia do Processo Em um digestor o consórcio de organismos anaeróbicos trabalham juntos na realização da conversão de lodos orgânicos em resíduos. Um grupo de organismos é responsável pela hidrólise de polímeros orgânicos e lipídios em blocos estruturais básicos tais como monossacarídeos, amino ácidos e outros compostos do gênero.

15 O segundo grupo de bactérias anaeróbicas fermenta os produtos originários do processo anterior em simples ácidos orgânicos, sendo o mais comum o ácido acético. Este grupo de micro-organismos, descrito como não- metanogênico, consiste de bactérias anaeróbicas facultativas. Microbiologia do Processo

16 Coletivamente, esses micro-organismos são frequentemente identificados na literatura comoacidogênicos ou formadores de ácidos. Entre essas bactérias, que foram isoladas de digestores anaeróbicos estão a Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actinomyces, Staphylococcus e Escherichia coli. Microbiologia do Processo

17 Um terceiro grupo de micro-organismos converte o hidrogênio e ácido acético formado pelos formadores de ácido em metano e CO 2. As bactérias responsáveis por esta conversão são anaeróbicas estritas e são chamadas de metanogênicas.

18 Coletivamente, elas são identificadas na literatura como metanogênicas ou formadoras de metano. Muitos dos organismos metanogênicos identificados em digestores anaeróbicos são similares àqueles encontrados no estômago de animais ruminantes e em sedimentos orgânicos retirados de lagos e rios.

19 Os principais Gêneros de micro-organismos que têm sido identificados incluem os bastões (Methanobatcterium, Methanobacillus) e esferas (Methanecoccus, Methanesarcina). As bactérias mais importantes do grupo das metanogênicas são aquelas que utilizam ácido acético.

20 Microbiologia do Processo Elas possuem baixas taxas de crescimento e, como resultado, seus metabolismos são considerados limitantes de velocidade no tratamento anaeróbico de um resíduo orgânico. A estabilização de um resíduo na digestão anaeróbica é realizada quando metano e CO 2 são produzidos. O gás metano é altamente insolúvel e a sua fuga da solução representa a estabilização real do resíduo.

21 É importante notar que metano-bactérias podem usar somente um número limitado de substratos para a formação de metano. É conhecido que as metanogênicas usam os seguintes substratos: CO 2 + H 2, formiato, acetato, metanol, metilamina. As reações típicas de conversão com produção de energia envolvendo esses compostos são: Microbiologia do Processo

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23 Diagrama Esquemática do Modelo do Fluxo de Carbono em uma Digestão Anaeróbica

24 Digestores Anaeróbicos

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26 High-efficiency anaerobic bioreactors used for sludge digestion and methane production Digestores Anaeróbicos

27 Em digestor anaeróbico, os dois caminhos principais envolvidos na formação de metano são: 1) a conversão de hidrogênio e CO 2 em metano e água: 2) a conversão do acetato em metano e CO 2 :

28 Os metanogens e acidogens formam um relacionamento sintrófico (mutuamente benéfico) no qual os metanogens convertem os produtos finais da fermentação, tais como H 2, formiato e acetato em metano e CO 2.

29 Os metanogens são capazes de utilizar o H 2 produzido pelos acidogens devido às suas eficientes hidrogenases. Visto que os metanogens são capazes de manter uma pressão parcial de hidrogênio extremamente baixa, o equilíbrio das reações de fermentação é direcionado para a formação de produtos mais oxidados.(ex.: formiato e acetato).

30 Etapas do processo de Digestão Anaeróbica com Fluxo de Energia


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