Microbiologia do Tratamento de Efluentes Líquidos

Apresentação em tema: "Microbiologia do Tratamento de Efluentes Líquidos"— Transcrição da apresentação:

1 Microbiologia do Tratamento de Efluentes Líquidos
Juliana Calabria de Araujo

2 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-, PO43- e SO42-. Tratamento Biológico : Aeróbio e Anaeróbio

3 Auto depuração e Tratamento
Respiração: matéria orgânica + O2  CO2 + H2O + energia (ATP) e N, P e S são oxidados a NO3-, PO43- e SO42-.

4 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)

5 Nível do Tratamento Eficiência do tratamento Remoção de Poluentes
DBO solúvel Fonte: Von Sperling, 1996

6 RESPIRAÇÃO AERÓBIA O2 matéria orgânica biomassa biomassa + CO2 H2O + +
BACTÉRIAS HETEROTRÓFICAS FUNGOS PROTOZOÁRIOS

7 LODOS ATIVADOS MO + LA + O2 CO2+ H2O+ Energia + lodo Menores áreas
Esgoto proveniente do tratamento primário Tanque de aeração Retorno de lodo ativado Tanque de sedimentação Efluente Excesso de lodo Lodo digerido AR Menores áreas Recirculação de lodo Maior consumo energia Maior custo com O e M Idade do lodo: 10 dias Biomassa em suspensão MO + LA + O2 CO2+ H2O+ Energia + lodo

8 T. Aeróbio: Lodos ativados
tanque de aeração Floco biológico decantador secundário

9 Microrganismos presentes em sistemas de Lodos Ativados
Nostocoida limicola Beggiatoa sp.

10 Microrganismos indicadores dos lodos ativados
Aspidisca costata- nitrificação Arcella sp.- Boa depuração Rotífero –Lecane sp. “pin floc” –lodo má qualidade Vorticella-lodo bom 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).

11 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

12 Lodos 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%

13 Lodos Ativados modificado para a remoção biológica de N e P
NO3- NO2-  N2 NH3 +2O2 NO3- +H+ +H2O DESNITRIFICAÇÃO Remoção biológica de N convencional= nitrificação + desnitrificação

14 6NO3 +5CH3OH3N2+5CO2+7H2O+6(OH)-
Nitrificação Nitrosomonas: (Nitrosospira, Nitrosococcus) NH4+ + O2 2NH2OH+ 2H+ NH O2NO2-+2H++H2O + 275KJ Nitrobacter: NO O2NO3-+75KJ (Nitrospira, Nitrococcus) Nitrosomonas sp. Fonte: Desnitrificação 6NO3 +5CH3OH3N2+5CO2+7H2O+6(OH)- Pseudomonas, Bacillus, Spirillum, Hyphomicrobium, Agrobacterium, Acinetobacter, Propionobacterium, Rhizobium, Corynebacterium, Cytophaga, Thiobacillus, Alcaligenes.

15 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)

16 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’ KJ/mol Glicose  3 CO2 + 3 CH G0’-390 KJ/mol Conseqüências: baixo rendimento de biomassa e cooperação eficiente entre os microrganismos que participam do processo

17 Digestão Anaeróbia da Matéria Orgânica
Celulose, hemicelulose e lignina Polímeros Complexos (proteínas, lipídeos, polissacarídeos) 1-Hidrólise (Clostrídios, Eubacterium, Acetivibrio cellulolyticus) Monômeros (açúcares, aminoácidos) 2-Fermentação Propionato, Butirato (ácidos graxos, alcoois, lactato) 3-Acetogênese e desidrogenação (BRS, Syntrophomonas) Acetogênese H2 + CO2 Formiato ACETATO Metanogênese hidrogenotrófica 4-Metanogênese acetoclástica CH4 + CO2 Fonte: Zehnder, 1988

18 RESPIRAÇÃO ANAERÓBIA matéria orgânica CO2 biomassa SO4 CH4 biomassa +
H2O + SO4 Bactérias hidrolíticas, fermentativas,acidogênicas Metanogênicas - Methanosarcina Metanogênicas - Methanosaeta

19 REATORES UASB: Esquema de funcionamento
Paulo Libânio

20 Exemplos de reações que ocorrem nos biodigestores anaeróbios (Zinder apud Glazer & Nikaido, 1995)
(Kcal/reação) G’ 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

21 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

22 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

23 REATORES ANAERÓBIOS: Alguns aspectos relevantes
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)

24 Processo ANAMMOX NH4+ + NO2- N2 + 2 H2O (G= - 358 KJ/mol NH4+)
Oxidação Anaeróbia da Amônia (Anaerobic Ammonium Oxidation); Descoberta em 1990 por Mulder et al., Holanda NH4+ + NO2- N2 + 2 H2O (G= KJ/mol NH4+) Crescimento lento (9d), autotróficas, comumente encontradas na natureza (< proporção); DQO =3.000mg/L N-amoniacal= mg/L; Fixação N Nitrificação Denitrificação

25 Processo Anammox para águas residuárias ricas em amônia
Em Roterdam, Tratando efluente de um biodigestor de lodo

26 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: Von Sperling, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 3a ed. UFMG, Belo Horizonte, 452p.,2005