Tratamento de esgotos e de residuos solidos

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Tratamento de efluentes líquidos (esgotos domésticos 
ou águas residuárias industriais)
� Redução da carga de carbono (DBO – demanda 
bioquímica de oxigênio)
� Redução de compostos tóxicos orgânicos
� Redução de nutrientes (N, P)
� Redução de material particulado
⇒⇒⇒⇒ Lodo ativado (aeróbio): 
compostos orgânicos ⇒⇒⇒⇒ CO2, NH3, H2O, biomassa
⇒ Reator anaeróbio
compostos orgânicos ⇒⇒⇒⇒ CO2, NH3, H2O, biomassa, 
metano, 
Esquema básico de sistemas de lodo ativado
� Tempo de residência hidráulica ~6 horas
� Idade do lodo (recirculação de sólidos) ~ 5 a 15 dias
� Concentração de biomassa: 1,5 a 6g/L
� Eficiência de remoção da carbono dissolvido: 85 a 95%
� Essencial: formação de flocos
Reatores de biofilmes suspensos: lodos 
ativados (aeróbios)
Lodo precisa 
decantar!
Floco é biofilme!
Lodo ativado: Microbiologia
� 95% bactérias (facultativas a maioria)
� Resto: protozoários e rotíferos
Problemas microbianos de relevância para a 
operação de plantas de lodo ativado:
� Flocos dispersos não decantáveis 
� Pin floc
� Toxicidade
� Bulking por bactérias filamentosas
� Problemas de nitrificação e denitrificação
� Problemas com remoção biológica de fósforo
Lodo ativado: Microbiologia
Flocos dispersos não decantáveis ou falta de formação 
de flocos:
Crescimento muito rápido de microrganismos, o que 
impede a produção de exopolímeros em quantidades 
suficientes para a formação da matriz e, portanto, do 
floco. Causado geralmente por excesso de carga 
orgânica, principalmente em sistemas de tratamento de 
águas residuárias industriais.
Falta de nutrientes essenciais para crescimento 
microbiano (BOD5:N:P ~100:5:1)
Lodo ativado: Microbiologia
Pin floc:
Flocos de tamanho muito pequeno (Ø 50µµµµm, normal Ø
1mm) formados em condições de baixa disponibilidade
de nutrientes.
Toxicidade:
Problema recorrente em unidades de tratamento de 
resíduos industriais e em unidades menores de 
tratamento de esgoto doméstico, devido ao baixo índice 
de diluição das descargas tóxicas.
H2S é um potente inibidor de bactérias aeróbias em pH 
abaixo de 7.0, correspondente ao pKa da molécula.
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Lodo ativado: Microbiologia
Desenvolvimento de bactérias filamentosas:
⇒⇒⇒⇒ Bulking: formação de flocos com baixa velocidade de 
decantação ou que se acumulam na superfície: 25 
espécies diferentes
⇒⇒⇒⇒ Escuma 3 espécies diferentes: Nocardia, Microthrix, etc.
Bulking Espuma
Efluente do 
decantador
secundário
Lodo 
filamentoso
Lodo 
bom
Lodo ativado: Bactérias filamentosas > 25 espécies
Razões da redução da sedimentação dos flocos por bactérias 
filamentosas:
� Formação de conexões entre flocos
� Estrutura pouco compacta pelo crescimento da bactéria 
filamentosa no interior do floco
Fatores que estimulam crescimento de filamentosas: baixa 
concentração de oxigênio dissolvido, baixa taxa de 
alimento/microrganismo, contaminação com esgoto séptico ou 
com óleos e graxas,falta de nutrientes (N ou P), pH baixo
Protozoários e rotíferos:
⇒ indicadores da eficiência de remoção de nutrientes no processo.
⇒ Organismos estritamente aeróbios
⇒ Consomem bactérias e matéria orgânica particulada: principais 
agentes de remoção de bactérias planctônicas do esgoto.
Lodo ativado: Microbiologia
Carchesium sp.
Opercularia sp. Vorticella convallaria
Reatores anaeróbios de tratamento de esgoto:
Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor - UASB
⇒⇒⇒⇒ Sistema preferencial de 
tratamento de águas residuárias
com elevados teores de matéria 
orgânica biodegradável
Grânulos de Reatores Anaeróbios
UASB
Grânulos de 
microrganismos de reator 
anaeróbio
Grânulos de Reatores Anaeróbios
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Esquema de Biorreator Anaeróbio em Aterro 
Sanitário
Degradação Anaeróbia de Polímeros Biogênicos:
Ambientes com baixa concentração de sulfato
Polímeros
Monômeros
Ácidos graxos de baixo 
peso molecular
Álcoóis
Lactato
Succinato
AcetatoH2, CO2,CH3-R, HCOO-
CH4, CO2
Fermentadores
primários
Fermentadores
secundários
Acetogênicos
Metanogênicos Metanogênicos
Fermentadores
secundários
Fermentadores
primários
Fermentadores
primários
Comparação lodos ativados - UASB
Item lodo ativado UASB
Consumo de energia alto baixo
Remoção de nutrientes sim não
Pós-tratamento não sim
Eficiência de remoção da matéria orgânica dissolvida alta alta
Tratamento de efluentes com teor elevado de 
Matéria orgânica não sim
Produção de metano não sim
Área ocupada grande pequena
Produção de lodo elevada baixa
Complexidade alta baixa
Partida rápida demorada
Remoção biológica de nitrogênio: nitrificação e 
denitrificação
Nitrosomonas (Nitrosococcus, Nitrosospira)
NH4+ + O2 ⇒⇒⇒⇒ NO2- + 3H+ + 2e-
Nitrobacter (Nitrococcus, Nitrospira)
NO2- + H2O ⇒⇒⇒⇒ NO3- + 2H+ + 2e-
⇒ Remoção da amônia que é tóxica para peixes
⇒ Organismos autotróficos
⇒ Crescimento lento, inibidos pela competição de 
outras bactérias em ambientes com altas 
concentrações de carbono biodegradável
Nitrosomonas
Nitrificação reduz a alcalinidade do 
meio, devido à fixação de HCO3- pelas 
bactérias para a produção de biomassa
Remoção biológica de nitrogênio: denitrificação
⇒ Remoção do nitrato formado durante a nitrificação, 
que é tóxico para seres humanos, particularmente 
recém-nascidos. O que é tóxico,na verdade, é o 
nitrito produzido pela denitrificação parcial do 
nitrato pelas bactérias do intestino.
⇒ Organismos heterotróficos
⇒ Respiração anaeróbia, inibida por oxigênio
Bactérias denitrificantes:
NO3- ⇒⇒⇒⇒ NO2- ⇒⇒⇒⇒ NO ⇒⇒⇒⇒ N2O ⇒⇒⇒⇒ N2
sludge recycle
influent settling
tank
effluentanoxic
sludge
wasting
aerobic
anoxic
aerobic
Remoção biológica de nitrogênio: 
configuração de reatores
nitrificação
denitrificação
Single
sludge
Multisludge
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Remoção biológica de nitrogênio: 
configuração de reatores
Bardenpho
Anamox 5NH4+ + 3NO3- ⇒⇒⇒⇒ 4N2 + 9H2O + 2H+
Anaerobic ammonium oxidation
Remoção biológica de fosfato: princípio microbiológico
⇒ Alternância entre condições anaeróbias e aeróbias
Acumulação de fosfato e 
degradação de 
polihidroxialcanoato
Mobilização de fosfato e 
acumulação de 
polihidroxialcanoato
Remoção biológica de fosfato: processos
⇒ Alternância entre condições anaeróbias e aeróbias
Remoção biológica de N e P: 
Processo da Universidade de Cape Town
Recirculação B: efluente nitrificado é recirculado para o tanque anóxico para 
denitrificação.
Recirculação A: efluente do tanque anóxico é recirculado para o tanque 
anaeróbio para acúmulo de PHA e posterior acúmulo de P no 
tanque de denitrificação.
Este processo evita a competição por substratos entre bactérias 
acumuladoras de fosfato e denitrificantes.
Anaeróbio Aeróbio Aeróbio
sem substrato com substrato
Aeróbios latente inativos crescendo
Nitrificantes latente crescendo crescendo
se há NH4+ se há NH4+
disponível disponível
Denitrificantes crescendo inativos crescendo
facultativos
Fermentadores crescendo inativo/ inativo/
crescimento lento crescimento lento
Acumuladores acumulando crescendo com crescendo com
de fosfato PHA PHA/acumulando PHA/acumulando
fosfato fosfato
Comportamento dos diferentes grupos de 
microrganismso nas diferentes etapas dos processo de 
tratamento de esgoto
Reatores de biofilme – rotating biological
contactors (RBC)
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Reatores de biofilme – moving bed biofilm
reactor (MBBR) Reatores de biofilme – reatores de 
leito fluidizado - BIOSTYR
Reatores de biofilme – trickling filter Reatores de biofilme – trickling filters: enchimentos
Reatores de biofilme – permitem a atividade 
simultânea de bactérias aeróbias e anaeróbias em 
ambientes aeróbios
Kühl & Jorgensen Appl. Env. Microbiol. 58: 1164-1174 (1997)
Reatores de biofilme – permitem a atividade 
simultânea de bactérias aeróbias e anaeróbiasem 
ambientes aeróbios
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Damgaard et al. Wat. Res. 35: 1379-1386 (2001)
Oxigênio
Metano
Reatores de biofilme – permitem a atividade 
simultânea de bactérias aeróbias e anaeróbias em 
ambientes aeróbios
De Beer et al. Appl. 
Env. Microbiol.
63: 973-977 (1997)
Reatores de biofilme – permitem a atividade 
simultânea de bactérias aeróbias e anaeróbias em 
ambientes aeróbios
Compostagem
Compostagem é um processo de decomposição controlada de resíduos 
vegetais e animais por microrganismos. A compostagem é um processo 
estritamente aeróbio e termofílico, ou seja, depende da ação de organismos, 
que emitem grande quantidade de calor durante a sua atividade metabólica. 
Este calor (55-80ºC na fase termofílica) é essencial para a sanitização do 
composto pela inativação de organismos patogênicos e de sementes de 
plantas daninhas. Como a parte externa da pilha é mais fria, é essencial 
remexer a pilha regularmente, também para evitar que as temperaturas no 
seu interior atinjam valores excessivos que causariam a inativação da 
microbiota. Quando o suprimento de substratos facilmente biodegradáveis é 
exaurido, o composto começa a esfriar, iniciando-se a etapa da cura, onde 
passam a predominar os fungos e actinomicetos que metabolizam a celulose 
cristalina e a lignina. O processo de cura é concluído com a conversão 
completa dos compostos biodegradáveis, sobrando primordialmente húmus. 
Compostos submetidos a cura incompleta ainda contém elevadas 
populações microbianas e concentrações de polímeros biodegradáveis 
relativamente altas, bem como ácidos orgânicos. O conjunto destes fatores 
pode resultar na acidificação do solo e na exaustão do oxigênio do solo onde 
foi aplicado composto mal curado. 
Compostagem
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Fases:
1 Mesofílica inicial: população dominada por 
bactérias mesofílicas, fase de aquecimento 
rápido, duração: poucas horas a poucos dias;
2 Termofílica: poucos dias a meses;
3 Mesofílica secundária: recolonização da pilha 
por bactérias mesofílicas, que foram 
eliminadas na etapa termofílica, poucas 
semanas.
4: etapa de maturação: comunidade de 
microrganismos dominada por actinomicetos e 
fungos. Duração: vários meses.
Compostagem: Parâmetros
Tamanho das partículas:
� O processo de compostagem é iniciado com partículas de tamanho 
grande (2,5 a 7,5cm, ideal 2,5 a 5cm) e termina com um granulado;
Compostagem: Tecnologias Intermediárias
Canteiros de Compostagem a Céu Aberto