Microbiologia aplicada ao tratamento de águas residuárias Profª. Drª. Beatriz Missagia

Os tipos microbianos presentes nos diferentes sistemas de tratamento dependem principalmente: Características da água residuária a ser tratada (composição, concentração) Teor de oxigênio dissolvido no sistema (aeróbio, anaeróbio, anóxico) Organização da biomassa (crescimento disperso ou aderido) Em geral, os diferentes tipos microbianos nos processos biológicos atuam conjuntamente, formando uma cadeia alimentar com interações nutricionais facultativas e obrigatórias.

Microbiologia: é o estudo dos organismos microscópicos ‘unicelulares’ (procarióticos e eucarióticos) Ecologia: é o estudo das relações entre os organismos e o meio ambiente Microbiologia Ambiental: é o estudo dos microrganismos e de sua interação com o meio biótico e abiótico

Células procarióticas e eucarióticas Microrganismos procarióticos: bactérias e cianobactérias Microrganismos eucarióticos: algas, fungos, protozoários, nematóides, animais, plantas

Fontes de energia e carbono Fototróficos Quimiotróficos Fontes de carbono Orgânico (glicose, acetato) Fotoheterotróficos Quimioheterotróficos Inorgânico (CO2) Fotoautotróficos Quimioautotróficos

Metabolismo Cooperação de sistemas multienzimáticos Vias: Catabólicas (produção de energia-degradação) Anabólicas (utilização da energia liberada-biossíntese) Carboidratos, proteínas, lipídeos CATABOLISMO Açúcares, ácidos graxos, aminoácidos, bases nitrogenadas Células, membrana celular, DNA/RNA, enzimas ANABOLISMO

Catabolismo: Conservação de energia Para os quimiotróficos duas formas de energia são conhecidos: RESPIRAÇÃO ( Catabolismo oxidativo) Aceptor final de elétrons externo: - Aeróbia: oxigênio - Anaeróbia: sulfato, nitrato, dióxido de carbono. FERMENTAÇÃO (Catabolismo fermentativo) Aceptor final de elétrons interno (produzido pela própria célula): - m. o. reduzida. OBJETIVO: PRODUZIR ENERGIA!

Geração de energia nas células microbianas Microrganismos aeróbios estritos: utilizam apenas o oxigênio livre em sua respiração Microrganismos anaeróbios facultativos: utilizam preferencialmente o oxigênio, e em sua ausência utilizam nitrato como aceptor de elétrons Microrganismos anaeróbios estritos: utilizam o sulfato ou dióxido de carbono como aceptores de elétrons, não podendo obter energia através de respiração aeróbia

Geração de energia nas células microbianas

Força oxidativa: quanto mais positiva maior habilidade oxidante do sistema

Geração de energia nas células microbianas Condições aeróbias: Condições anóxicas: redução de nitratos (desnitrificação) Condições anaeróbias: redução de sulfatos (dessulfatação) Condições anaeróbias: redução de CO2 (metanogênese hidrogenotrófica) Condições anaeróbias: metanogênese acetotrófica Condições aeróbias: Condições anóxicas: redução de nitratos (desnitrificação) Condições anaeróbias: redução de sulfatos (dessulfatação) Condições anaeróbias: redução de CO2 (metanogênese hidrogenotrófica) Condições anaeróbias: metanogênese acetotrófica C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O 2 NO3-N + 2 H+ N2 + 2,5 O2 + H2O CH3COOH + SO42- + 2 H+ H2S + 2 H2O + 2 CO2 4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O CH3COOH CH4 + CO2

Assimilação das matérias solúvel e em suspensão

Formas de associação microbiana em reatores Biomassa de crescimento disperso: Biomassa livre: microrganismos dispersos no meio líquido Biomassa associada: microrganismos associados formando estrutura biológica (grânulo e floco) Biomassa de crescimento aderido: Biofilmes: microrganismos aderidos a um meio suporte, e dessa forma, mantidos no reator (alta concentração de biomassa, sistemas mais compactos, alta atividade metabólica – altas taxas de aplicação em menores tempos de detenção hidráulica, melhor qualidade do lodo)

Biofilme

Crescimento aderido: biofilmes Sistema DHS – Downflow Hanging Sponge Anéis plásticos Aparas de conduíte Escória

Microrganismos característicos

Floculação Condição nutricional baixa: favorece a agregação e o metabolismo endógeno (condição fisiológica no limite, liberação de polímeros que não estão sendo utilizados para a divisão celular, ex. polissacarídeos, auxiliando na formação dos flocos) Ocorre comumente em sistemas de lodos ativados Objetivo: separar eficientemente a biomassa da água residuária e retornar o lodo (biomassa acumulada) ao tanque de aeração.

Floco biológico ideal Apresenta estrutura heterogênea, contendo material orgânico adsorvido, material inerte dos esgotos, microrganismos, células vivas e mortas.

Floco biológico pulverizado (pin-point floc) Predominância dos microrganismos formadores do floco, causando insuficiente rigidez, formando um floco pequeno, fraco e com má sedimentação

Intumescimento do lodo - “bulking” Predominância de bactérias filamentosas que se projetam para fora do floco aumentando o volume de lodo de difícil decantabilidade.

Grânulos Agregação de microrganismos durante o tratamento anaeróbio de águas residuárias. Comum em reatores anaeróbios de manta de lodo (UASB) e de leitos fluidizados. Granulação envolve inicialmente a participação de microrganismos filamentosos (matriz estrutural), seguida pela proliferação de microrganismos produtores de exopolímeros (aderência).