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1 Processos aeróbios Prof. Paulo Roberto Koetz. 2 Tratamento Biológico Remoção da matéria orgânica –Metabolização por microorganismos Aeróbio –presença.

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1 1 Processos aeróbios Prof. Paulo Roberto Koetz

2 2 Tratamento Biológico Remoção da matéria orgânica –Metabolização por microorganismos Aeróbio –presença de oxigênio Anaeróbio –ausência de oxigênio

3 3 Tratamento Biológico Metabolismo –Utilização pelas bactérias do material orgânico Fonte de energia Fonte material para a síntese celular.

4 4 Tratamento Biológico Catabolismo –Material orgânico Fonte de energia Anabolismo –Material orgânico Massa celular. Processos interdependentes Simultaneos

5 5 Divisão celular Parede celular Septo Membrana DNA Cromossoma

6 6 METABOLISMO BACTERIANO: AERÓBIO X ANAERÓBIO

7 7 Metabolismo Microbiano Classifica ç ão Fonte de energia Fonte de Carbono Microorganis mo Fotoautotr ó ficoLuzCO 2 Algas - Bactérias Quimioautotr ó ficos Redox inorgânica NH 3, NO 2, S -2 CO 2 Bactérias nitrificantes Quimioheterotr ó fico s Redox orgânica C org C org Fungos Bactérias Fotoheterotr ó ficosLuzC org Sulfobactérias

8 8 Classificação em função do metabolismo MetabolismoμOμORedutorReceptor e - Composto final Respiratório Aeróbios obrigatórios C org O2O2 H2OH2O Respiratório anóxicoAnóxicosC org NO 3 – NO 2 – SO 4 NO 2 – N - S -2 Metanogênico Anaeróbios obrigatórios C org CO 2 CH 4 Fermentativo aeróbio Anaeróbias facultativas C org O2O2 H2OH2O

9 9 Tratamento Biológico Objetivos – Coagular sólidos não decantáveis – Diminuir o tamanho da molécula – Diminuir a reatividade química. – Remover nutrientes, N e P – Remover substâncias orgânicas e inorgânicas. – Condicionar o efluente aos padrões de emissão de efluentes líquidos

10 10 Tratamento Biológico Os processos biológicos –Remoção da poluição dissolvida O efluente do tratamento primário –Sólidos particulados –Sólidos dissolvidos......Mas

11 11 Tratamento Biológico Redução do tamanho das moléculas –Esta redução não irá ocorrer no corpo receptor Liberação de C, N na atmosfera Formação de novas células As novas células quando removidas carregam as substâncias poluentes dos efluentes.

12 12 Tratamento Biológico Conhecimentos necessários – Características físico-químicas dos efluentes –Microbiologia do tratamento de efluentes –Cinética do crescimento dos microorganismos –Desenho de reatores

13 13 Tratamento Biológico Microorganismos envolvidos –Bactérias quimioheterotróficas Remoção da matéria orgânica em maior quantidade –Bactérias quimioautotróficas Transformações especiais –nitrificantes

14 14 Tratamento Biológico Microorganismos envolvidos –Protozoários –Fungos – Algas Metabolismo simbiótico das lagoas de estabilização –Outros organismos

15 15 Tratamento Biológico Aeróbio –Material orgânico é oxidado para produtos minerais Lodo Ativado Lagoa Aerada Filtro Biológico

16 16 Tratamento Biológico Anaeróbio –Produtos finais são gases Biogás –Metano –Dióxido de carbono –Lagoa Anaeróbia –Filtro Anaeróbio –Leito Fluidizado / Expandido –UASB –RALF

17 17 Sistemas Aeróbios: MO + O 2 + µO µO + CO 2 + H 2 O Sistemas Anaeróbios: MO + µO µO + CO 2 + CH 4 + H 2 O

18 18 Princípios do tratamento biológico Substrato –Metabolizado dentro ou fora da célula –Complexo enzimático –Substância poluente específica de um efluente Indústria de alimentos –proteínas, carboidratos e lipídios, mas também sais orgânicos e inorgânicos, ácidos orgânicos e inorgânicos e outros Substrato µO Metabólitos + µO

19 19 Princípios do tratamento biológico Microrganismos –Bactérias, archae fungos, leveduras, algas e cianobactérias. Metabólitos –Substâncias transformadas que não são mais utilizadas no metabolismo celular –Moléculas modificadas –Moléculas lisadas –¨Novos¨ resíduos Substrato µO Metabólitos + µO

20 20 Princípios do tratamento biológico Contem o material proveniente dos resíduos –Na forma de novas células ou adsorvidos na parede celular. A remoção destes microrganismos da massa líquida remove a poluição A massa de microrganismos –Biomassa ou lodo secundário –A biomassa retirada do sistema Biomassa em excedente Substrato µO Metabólitos + µO

21 21 Condições ambientais Temperatura pH Agitação Viscosidade do meio Macro-Nutrientes Micronutrientes Co-fatores Luz Pressão osmótica

22 22 Condições ambientais - Temperatura Psicrofílico – 5ºC a 20ºC Mesofílico - 20ºC a 50ºC Termofílico - 50ºC a 55ºC

23 23 Condições ambientais - Aeração Aeróbios obrigatórios – Necessidade absoluta de O 2 Bacillus e Pseudomonas Anaeróbios obrigatórios – Não se multiplicam em presença de O 2 Clostridium Anaerobios Facultativos – Crescem em presença ou ausência de O 2 Leveduras e Escherichia coli

24 24 Condições ambientais - Oxigênio Microaerofilas – Crescem em baixos níveis de O 2 2 % a 10% O 2 Maiores concentrações de oxigênio são tóxicas Aerotolerantes – Crescem em ausência ou presença de O 2 – As diferenças entre as necessidades de O 2 pelas bactérias são devidas aos sistemas enzimáticos

25 25 Condições ambientais - Nutrientes Carbono orgânico Nitrogênio Fósforo Micronutrientes

26 26 Tratamento Biológico A cinética dos processos biológicos é sempre feita a partir de experimentos com sólidos dissolvidos

27 27 Curva de crescimento Aceleração ln µO Lag Fase log Desaceleração estacionária Morte Tempo

28 28 Curva de crescimento Log nº células (x) dX Tempo (t) dt

29 29 Fase exponencial em TTBE O substrato é variado, simples e complexo A biomassa é heterogênea Os produtos intermediários são variados e complexos. As condições ambientais não são homogêneas A curva de crescimento dos microrganismos –não acontece com o mesmo desenho do que em cultura pura

30 30 Fase exponencial Divisão binária A população está crescendo em progressão geométrica As células se dividem em uma taxa constante – Dependendo das condições do meio e das condições de incubação Tempo de geração ou tempo de duplicação Taxa de crescimento exponencial de uma cultura Definição –Tg = t/n – n = número de gerações

31 31 Fase exponencial Os tempos de geração entre as bactérias variam de doze minutos até 24 hora ou mais. Muitas autotróficas, como as nitrificantes tem um tempo de geração mais longo Uma cultura bacteriana pode ser mantida em crescimento exponencial por um longo período de tempo usando um sistema de cultura contínua. As condições serão mantidas as mesmas que no final da fase continua em batelada A população cresce (formação de células) na mesma medida em que as células bacterianas são removidas do reator. A taxa de adição de novo substrato determina a taxa de crescimento das bactérias.

32 32 Quantificação das bactérias (biomassa) Microscopia direta Contagem globas de bactérias Turbidez. Medida de grande concentração de bactérias em meio líquido claro Método rápido e não destrutivo Sensibilidade > 10 7 celulas.mL -1 Medida de N total ou proteina Medida de atividade bioquímica

33 33 Quantificação das bactérias (biomassa) Sólidos suspensos voláteis –Centrifugação –Gravimetria –Considera todo o SSV como biomassa –O método mais usado em TTEF –Expresso como mg.L -

34 34 Reatores Contenção do efluente Otimização das condições de crescimento Fixação dos equipamentos auxiliares

35 35 Parâmetros de projeto B – Carga orgânica aplicada volumétrica TDH - Tempo de detenção hidráulico Velocidade de fluxo, Q/A Modelização

36 36 Parâmetros de projeto Sistemas Aeróbios –MO + O 2 + µO µO + CO 2 + H 2 O Sistemas Anaeróbios –MO + µO µO + CO 2 + CH 4 + H 2 O

37 37 Parâmetros de projeto Exemplos de cargas orgânicas aplicadas –0 kg.m -3 r.d -1 –4 kg.m -3 r.d -1 –10 kg.m -3 r.d -1 –20 kg.m -3 r.d -1 –Lagoas de estabilização Carga expressa em ha de superfície ou em volume –600 kg.ha -1 r.d -1

38 38 Tratamento biológico Sistemas Aeróbios MO + O 2 + µO µO + CO 2 + H 2 O Sistemas Anaeróbios MO + µO µO + CO 2 + CH 4 + H 2 O

39 39 Processos biológicos de tratamento Met. Sól – líq, S Ar Agitação Met. gasosos

40 40 Tipos de Reatores Batelada Pistão Mistura perfeita Filme fixo Leito Fluidizado

41 41 Escolha de um Reator Tipo de efluente a ser tratado Cinética do processo Necessidades do processo Condições locais ambientais –Mercado –Proselitismo –Experiência divulgada –Equipamentos disponíveis –Custo do investimento

42 42 Tratamento biológico Afluente Q = m 3.d -1 S 0 = mg.L -1 (S 0 ) = kg.d -1 V r = 500 m 3 Efluente S f = 100 mg.L 1


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