Aula 4 Lodo ativado

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LODO ATIVADO
PROF.: MSC. CARLA SUNTTI
Videira, Agosto de 2015
UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA
ENGENHARIA QUÍMICA
TRATAMENTO DE RESÍDUOS INDUSTRIAIS
Material professores: Dra. Alessandra Pelizzaro Bento, Dr. Paulo Belli Filho e Drª. Rosane H. de Campos
SISTEMAS DE LODOS ATIVADOS E SUAS VARIANTES
Definição 
Meio constituído de flocos produzidos em esgotos ou
decantados através do crescimento de bactérias zoogléias ou
outros organismos, na presença de oxigênio dissolvido, e
acumulado em concentrações suficientes devido ao retorno do
floco previamente formado.
SISTEMAS DE LODOS ATIVADOS E SUAS VARIANTES
Conceito do processo 
O processo biológico aeróbio. Nele o afluente e o lodo ativado são
aerados, misturados e agitados (tanque de aeração). Após ocorre a
aração dos lodos ativados e do efluente (por sedimentação em
decantador). A maior parte do lodo retorna ao processo, enquanto
uma parcela menor é retirada para tratamento específico ou destino
final (lodo em excesso). O efluente tratado ou efluente final é retirado
pelo decantador.
LODOS ATIVADOS: 
1. DEFINIÇÃO
� Tratamento biológico aeróbio de esgotos domésticos e/ou 
industriais;
� Baseia-se na retenção de elevada concentração de biomassa ativa - o 
lodo ativado em um reator aerado mecanicamente;
� Consiste de 2 unidades básicas: um reator aerado e um decantador; 
� A biomassa é separada do esgoto tratado por meio de unidades de 
formato cônico - decantadores;
� Uma parte do lodo retorna ao reator biológico e a fração excedente 
é descartada; 
LODOS ATIVADOS: 
2. OBJETIVOS DO SISTEMA
�Reduzir a matéria carbonácea contida nos efluentes;
�Remover as formas nitrogenadas e fosforadas dos 
efluentes;
�Reduzir a concentração de microrganismos patogênicos;
�Produzir efluentes clarificados. 
LODOS ATIVADOS: 
3. ELEMENTOS ATUANTES
�Biológicos - microrganismos
�Físicos - sedimentação, fatores hidráulicos
�Ambientais - Temperatura
�Químicos - disponibilidade de substrato, nutrientes, 
oxigênio, pH, etc.
Variantes + utilizadas
Quanto a Idade 
do lodo
Convencional Aeração 
prolongada
Contínuo Intermitente 
(batelada)
Esgoto 
bruto
Decantador 
primário
Reator 
anaeróbio
Outro processo
Sistemas de Lodos Ativados e suas variantes
Quanto ao 
fluxo
Quanto ao 
afluente
Classificação do sistema quanto a idade do lodo
Idade do lodo Carga DBO aplicada/unidade volume Faixa de idade do lodo Denominação usual
Reduzidíssima Altíssima Inferior a 3 dias Aeração modificada
Reduzida Alta 4 a 10 dias Lodos ativados convencional
Intermediária Intermediária 11 a 17 dias -
Elevada Baixa 18 a 30 dias Aeração Prolongada
Essa classificação se aplica tanto para fluxo intermitente quanto fluxo contínuo
Sistemas de Lodos Ativados e suas variantes
Convencional
Princípio de sistema de lodo 
ativado de fluxo contínuo 
• O reator e decantador são 
localmente separados 
• O reator biológico sempre é 
totalmente misturado
• A recirculação de lodo é 
fundamental para uma operação 
adequada. 
Fluxo contínuo
Idade do lodo = 4 a 10 dias
TRH = 6 a 8 horas
Sistemas de Lodos Ativados e suas variantes
Classificação do sistema quanto ao fluxo
Aeração 
prolongada
Também denominada de oxidação
total estações compactas de
tratamento, valos de oxidação e
estações de tratamento de porte
médio.
Fluxo contínuo
Idade do lodo = 18 a 30 dias
TDH = 16 a 24 dias
 
Classificação do sistema quanto ao fluxo
Sistemas de Lodos Ativados e suas variantes
Aeração 
prolongada
Fluxo contínuo
Valos de oxidação
Sistemas de Lodos Ativados e suas variantes
Classificação do sistema quanto ao fluxo
O processo se dá:
• Na fase respiração endógena;
• O tempo de aeração é bastante prolongado;
• A idade do lodo é elevada;
• A produção de lodo final é reduzida;
• A DBO final é reduzida
• Tempo de aeração – 12 a 24h
• Grande quantidade de lodo ativado
(SSTA: 4000 A 8000 mg/L)
• Relação A/M baixa
• A energia necessária é alta.
• População pequena/média
Valos de oxidação
Sistemas de Lodos Ativados e suas variantes
O processo:
• Aeração prolongada ou aeração total
• φ > φ clássico
• Fluxo orbital ou carrosel
• P/ populações < 10.000 hab (rotor com
eixo horizontal – convencional)
• Carrosel p/ populações > 40.000 hab (rotor
com eixo vertical – orbital)
Vantagens:
• Relação DBO: 2: 1
•Decantador secundário - opcional
• Maior eficiência no efluente, lodo mineralizado
• Construção simples do tanque de aeração
• Lodo denso com menor IVL e com boa sedimentação
LODOS ATIVADOS: 
4. VARIANTES DE PROCESSO
�Classificação dos sistemas quanto ao fluxo:
� Fluxo contínuo
� Fluxo intermitente (batelada)
LODOS ATIVADOS: 
5. CONCEITOS FUNDAMENTAIS
�Determinação da matéria orgânica: DBO, DQO, COT, proteínas, 
carboidratos e lipídios;
�Determinação da biomassa: SS - Sólidos Suspensos
(1 - 10-3µ), SSV - Sólidos Suspensos Voláteis.
� Sedimentabilidade do lodo - Total de mL de lodo sedimentados 
em 1 litro de amostra do tanque de aeração, disposta em proveta 
de 1L
� IVL - Índice volumétrico do lodo - Sedimentabilidade do lodo/SS 
(mL/g). 
LODOS ATIVADOS: 
5. CONCEITOS FUNDAMENTAIS
�Carga de DBO aplicada por volume
�Relação A/M 
�Tempo de detenção hidráulico (horas)
� Idade do lodo (dias) 
LODOS ATIVADOS: 
6. MICROBIOLOGIA
�MICROFLORA: 0,5-25micra
- Microestrutura (Bactérias formadoras de flocos)
- Macroestrutura (Bactérias filamentosas)
�Papel: - Oxidação da matéria orgânica;
- Formação de flocos;
- Oxidação da amônia;
- Retenção do fósforo.
FORMAÇÃO DOS FLOCOS
�Equilíbrio entre macro e microestrutura 
�Macro - sustentação
�Micro - produção de polímeros extracelulares
�Forças de adesão relacionadas as fases do 
crescimento;
LODOS ATIVADOS: 
6. MICROBIOLOGIA 
�MICROFAUNA: - Protozoários (5 - 1000 micras)
- Micrometazoários
- Fungos
�Papel: - Remoção de bactérias;
- Degradação da matéria orgânica;
- Contribuição na floculação;
- Manutenção do equilíbrio ecológico;
- Bioindicadores;
- Redução da produção de lodo. 
6. BIOQUÍMICA:
OXIDAÇÃO AERÓBIA DA MATÉRIA ORGÂNICA
CHONS + O2 CO2 + H2O + produtos + E
CHONS + O2 + E C5H7NO2 (síntese bacteriana)
C5H7NO2 + 5 O2 CO2 + NH3 + 2H2O + E
(respiração endógena)
OXIDAÇÃO DA AMÔNIA NITRIFICAÇÃO
NH4+ + 3/2O2 NO2- + 2H+ + H2O + E
Nitrossomonas sp
NO2- + 1/2O2 NO3- + E
Nitrobacter sp
REDUÇÃO DE NITRATOS 
DESNITRIFICAÇÃO - ANÓXICO
2NO3- + H2O N2 + 2,5O2 + H2O 
�Bactérias anaeróbias facultativas: Pseudomonas sp, 
Achromobacter sp, Bacillus sp e Paracoccus sp.
�Produção de alcalinidade
AMONIFICAÇÃO
RNH2 + H2O + H+ ROH + NH4+
�O nitrogênio orgânico é convertido em nitrogênio 
amoniacal para ser assimilado pelos microrganismos ;
FATORES AMBIENTAIS
PH
� Afeta o comportamento microbiano;
� 6,5<pH<8,5: bactérias predominam sobre os fungos;
� pH<6,5: fungos podem competir com as bactérias;
� 4,0<pH<5,0: fungos predominam;
� Baixo pH pode causar a desfloculação;
� Baixo pH + carência de nutrientes = bulking filamentoso de fungos;
�pH ideal: entre 6 e 9. 
� Causa de queda do pH:
- Cargas de choque momentâneas;
- Lodo muito velho
FATORES AMBIENTAIS
NUTRIENTES
� Indispensáveis para a síntese celular;
�Macronutrientes essenciais: C, N e P; 
� Relação DBO:N:Pideal = 100:5:1 ou 100:3,5:0,7
�Os microrganismos são os responsáveis; 
�Carência de nutrientes: desfloculação e crescimento excessivo 
de filamentosas;
FATORES AMBIENTAIS
OXIGÊNIO DISSOLVIDO - OD
�Concentração ideal de OD entre 1,0 e 4,0 mg/L;
�Menor que 1,0 mg/L - fator limitante ao crescimento dos 
microrganismos aeróbios, pode levar a condição de 
anaerobiose no interior dos flocos e ao intumecimento do 
lodo;
�Para nitrificação: OD deve ser maior que 2mg/L, devido a 
competição entre heterotróficas e quimioautotróficas.
FATORES AMBIENTAIS
TEMPERATURA
�Afeta a velocidade de crescimento dos microrganismos e a 
velocidade de remoção dos substratos;
�Alteram a solubilidade dos gases;
� Elevadas temperaturas causam desnaturação de proteínas e redução 
da atividade bacteriana;
� Baixas temperaturas diminuem o crescimento da biomassa e a 
eficiência do sistema;
� Temperaturas ótimas: entre 200C e 400C
FATORES OPERACIONAIS
TEMPO DE DETENÇÃO HIDRÁULICO
�TRH = V
Q
�Convencional: 6 a 8 horas
�Aeração prolongada: 16 a 24 horas
FATORES OPERACIONAIS
RELAÇÃO A/M
�Relação A/M = DQO(mg/L)*Q(L/dia)
SSV(mg/L)*V(L)
�Aeração prolongada: 0,05 a 0,10kgDBO.kgSSV.dia-1 e 3.000 
a 6.000 mg/L de SST;
�Convencional: 0,2 a 0,5kgDBO.kgSSV.dia-1 e 1.500 a 3.000 
mg/L de SST;
FATORES OPERACIONAIS
IDADE DO LODO
�Tempo médio de permanência da biomassa no reator;
�0c = V(L)*SSV
Vldesc.*SSVdesc.
�Convencional: entre 4 e 10 dias
�Aeração prolongada: maior que 20 dias
FATORES OPERACIONAIS
IVL
�IVL = SSd (mL)
SST (g/L)
�IVL ideal entre 80 e 120 mL/g
�IVL > 150 = lodo intumecido
�IVL < 50 = microflocos
VANTAGENS DO SISTEMA
�Grande adaptação as transições hidráulicas e de carga;
� Elevada eficiência na remoção de matéria orgânica e nitrogênio;
�Utilização de menores áreas para implantação;
� Boa capacidade de mineralização do lodo;
� Flexibilidade operacional, permitindo diferentes objetivos de 
qualidade;
� Possibilidade de uso do lodo na agricultura. 
DESVANTAGENS DO SISTEMA
�Elevados custos de investimento, operação e manutenção;
�Necessidade de operação 24 h por dia;
�Alto consumo energético (aeração, recirculação, descarte e 
manutenção de equipamentos);
�Emissões de ruídos;
�Menor eficiência de remoção de elementos conservativos 
(metais pesados, pesticidas...);
�Grande produção de lodo. 
Valos de oxidação
SISTEMAS DE LODOS ATIVADOS E SUAS 
VARIANTES
Valos de oxidação
SISTEMAS DE LODOS ATIVADOS E SUAS 
VARIANTES
SISTEMAS DE LODOS ATIVADOS E SUAS 
VARIANTES
Ar
Sistemas de Aeração
Oxigênio puro
Difusores
Agitadores mecânicos
Combinação dos 2 sistemas
SISTEMAS DE LODOS ATIVADOS E SUAS 
VARIANTES
Sistemas de Aeração
SISTEMAS DE LODOS ATIVADOS E SUAS 
VARIANTES
Sistemas de Aeração
SISTEMAS DE LODOS ATIVADOS E SUAS 
VARIANTES
Sistemas de Aeração