Tratamento biológico de efluentes - Engenharia Bioquímica

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ 
DEPARTAMENDO DE CIÊNCIA EXATAS E TECNOLÓGICAS 
ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE 4 – TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAROLINE DA COSTA PAGANI 
201310339 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ILHÉUS - BAHIA 
2013
 
LODOS ATIVDADOS 
É um sistema de tratamento de efluentes líquidos que apresenta elevada eficiência de 
remoção de matéria orgânica presente em esgotos de natureza doméstica/sanitária e efluentes 
industriais. O processo de tratamento é exclusivamente de natureza biológica, que pode ser 
definido como um sistema no qual uma massa biológica cresce e flocula, sendo continuamente 
recirculada e colocada em contato com a matéria orgânica do despejo líquido na presença de 
oxigênio puro. Essa massa denominada de lodo (lodo ativo, ativado ou biológico) é formada 
de uma colônias de microrganismos. 
O sistema é mundialmente utilizado tanto para o tratamento de esgotos de origem 
doméstica/sanitária (fezes, urina e águas de lavagem em geral) quanto de origem industrial. 
Necessita de um alto grau de mecanização quando comparado a outros sistemas de tratamento, 
implicando em uma operação mais sofisticada e, consequentemente, exige maior consumo de 
energia elétrica. 
O processo é constituído de duas unidades: o tanque de aeração e o decantador 
secundário. No tanque de aeração ocorre a decomposição aeróbia do substrato orgânico solúvel 
e a formação de flocos biológicos para posterior sedimentação no decantador secundário. A 
elevada concentração de biomassa no tanque de aeração é mantida através da recirculação dos 
sólidos sedimentados no decantador secundário, possibilitando a maior permanência da 
biomassa no sistema e a garantia de uma elevada eficiência na remoção da matéria orgânica. 
Uma parcela dos sólidos sedimentados e não recirculados é removida do processo, o que 
caracteriza a produção excedente de lodo (lodo secundário). Da mesma forma que o lodo 
primário, o lodo secundário deve ser espessado, estabilizado e desidratado. O tanque de aeração 
é dotado de dispositivos de aeração (ar difuso ou aeradores superficiais) para o fornecimento 
do oxigênio necessário ao processo de estabilização biológica aeróbia. O decantador 
secundário apresenta configuração similar ao decantador primário. O processo de lodos 
ativados pode ou não ser precedido do tratamento primário. 
Basicamente, os componentes de um sistema de tratamento de lodos ativados são: 
tanque de aeração ou reator biológico, sistema de aeração, tanque de decantação e sistema para 
recirculação de lodo, conforme se apresenta a seguir. 
 
 
 
 
 
Principais equipamentos 
Tanque de aeração ou reator biológico: tanque onde ocorrem as reações e os processos de 
(bio)degradação ou depuração da matéria orgânica presente no esgoto. 
Sistema de aeração: sistema responsável pelo fornecimento de oxigênio necessário para que 
ocorram as reações e os processos de (bio)degradação ou depuração da matéria orgânica 
presente no esgoto. 
Tanque de decantação: tanque onde ocorre a separação da fase líquida sobrenadante da 
(bio)massa formada e que se deposita ao fundo do tanque formando o lodo. 
Sistema para recirculação de lodo: sistema responsável pela recirculação do lodo formado para 
o interior do tanque de aeração ou reator biológico com o objetivo de aumentar a concentração 
da (bio)massa, ou seja, aumentar a concentração dos microrganismos responsáveis pela 
(bio)degradação ou depuração da matéria orgânica. 
 
Algumas vantagens do sistema de tratamento por lodos ativados são: 
 Necessidade de pequena área física disponível para sua implantação. 
 Relativo baixo custo de investimento e elevado grau de eficiência de remoção de 
matéria orgânica. 
 Apresenta relativa flexibilidade de operação. 
 
Quanto às desvantagens, pode-se mencionar: 
 Elevado custo operacional (grande consumo de energia elétrica). 
 Necessidade de análises físico-químicas e bacteriológicas frequentes para 
monitoramento e controle do processo. 
 Volume de lodo resultante elevado, devido ao baixo teor de sólidos. 
 
A eficiência da remoção de DBO nesse sistema pode superar 95%. 
 
FILTRO BIOLÓGICO 
São unidades de tratamento de esgotos destinados a oxidação biológica da matéria 
orgânica remanescente de decantadores. O efluente do decantador é aspergido continuamente 
sobre um leito de pedras justapostas entre os quais o ar pode circular. 
O ambiente ecológico desempenhado pelo filtro biológico tem como condicionantes a 
matéria orgânica, luz, oxigênio temperatura e pH. O leito de pedras, atravessado por líquido 
contendo matéria orgânica e os outros fatores acima citados, propicia o desenvolvimento de 
microrganismos aeróbios. A variabilidade dos fatores de oxigenação também permite 
desenvolvimento anaeróbio resultando uma alternância de condições que permite a 
predominância de organismos facultativos. 
As populações microbianas nos leitos dos filtros biológicos são principalmente 
bactérias heterotróficas formadoras da zooglea, são consumidoras da matéria orgânica 
predominante e por isso consideradas os principais agentes primários da purificação. 
São constituídos basicamente de um leito de material ao qual os microrganismos 
aderem e através do qual o fluente a ser tratado é percolado, após ser distribuído sobe o topo 
do leito por um distribuidor rotativo geralmente adicionado pela reação do jato do líquido. 
Geralmente feitos em concreto com um dreno inferior para a coleta do efluente tratado e dos 
sólidos biológicos que se desprendem do material do leito. O sistema de drenagem é importante 
tanto para coletar líquidos já percolados, como para permitir a circulação do ar através do leito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 O líquido coletado é encaminhado a um decantador, onde os sólidos são separados do 
efluente final, uma parte do qual pode ser recirculada de volta ao filtro. Para minimizar 
problemas de entupimento do filtro, é utilizado sempre uma decantação primária antes do filtro 
biológico. 
 A matéria orgânica presente no despejo é adsorvida na camada biológica ou limo. Na 
parte mais externa da camada biológica a matéria orgânica é degradada pelos microrganismos 
aeróbios; um ambiente anaeróbio se forma próximo a superfície do material de enchimento do 
filtro. 
 
 
 
 
 
Podem ser classificados em função das taxas de aplicação hidráulica e orgânica, como 
filtros de baixa taxa (ou convencional), taxa intermediária, alta taxa e taxa super alta. 
O material de enchimento ideal deve apresentar as seguintes características: 
 Elevado volume de vazios; 
 Elevada área superficial; 
 Ser estruturalmente forte; 
 Ser suficientemente leve; 
 Ser biológica e quimicamente inertes; 
 Apresentar o menor custo possível por unidade de DBO removida. 
Exemplos de materiais utilizados: pedra britada, pedregulho, sabugo de milho e plásticos. 
A eficiência dos filtros biológicos é medida em termos de redução da DBO, que pode 
alcançar cifras da ordem de 70 a 80% de redução. 
 
LAGOAS 
1. Lagoas de Estabilização 
Que são grandes tanques de pequena profundidade, definidos por diques de terra, e onde 
as águas residuárias são tratadas por processos biológicos inteiramente naturais, envolvendo 
principalmente bactérias e algas. Nessas condições, a velocidade de oxidação é baixa e por 
isso, tem-se longos tempos de retenção hidráulica, sendo necessárias grandes extensões de 
terreno. 
Apesar disso, o custo de construção, operação e manutenção são bastante reduzidos,não necessitando de cuidados operacionais especializados. Esse tipo de tratamento se mostra 
bastante eficaz na remoção de microrganismos patogênicos, devido aos longos tempos de 
retenção, da ordem de dias. 
De uma forma geral, as algas tem o papel de fornecedores de oxigênio, que por sua vez 
é utilizado pelas bactérias para degradação da matéria orgânica. As bactérias produzem gás 
carbônico, que é utilizado pelas algas para sua fotossíntese. 
As profundidades mais utilizadas são: 
 Lagoas facultativas ou maturação: 1 a 2 m; 
 Lagoas anaeróbias: 2 a 6 m; 
A relação entre comprimento e largura é geralmente de 2 a 3 para 1. 
Existem vários tipos de lagoas de estabilização: anaeróbias, facultativas, de 
maturação e fotossintéticas aceleradas. Tem sido observado que o efluente final de uma série 
de lagoas apresenta melhor qualidade do que o de uma única lagoa de área equivalente à do 
sistema. 
Consegue-se máxima eficiência de uma série de lagoas, quando o tempo de retenção 
em cada lagoa é o mesmo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Lagoas Aeradas 
Obtidas a partir de lagoas de estabilização, nas quais em períodos críticos o oxigênio 
era fornecido por meios artificiais. Correspondem à unidade de lodos ativados operando sem 
retorno de lodo; o fornecimento de oxigênio é feito através de aeradores mecânicos de 
superfície. 
As lagoas aeradas, seguidas de um sistema de separação de sólidos, fornecem eficiência 
de remoção de DBO elevada. A área necessária em geral é da ordem de 1 a 10% daquela 
necessária para lagoas de estabilização fotossintética. 
Podem ser de 2 tipos: aeróbias ou facultativa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
É indispensável a separação de sólidos do efluente, para que se tenha alta eficiência no 
tratamento. No caso de lagoas aeradas, são utilizadas lagoas de decantação ligadas em série 
com a lagoa aerada. 
Recomenda-se para a maioria dos casos que o projeto de lagoa de decantação siga linhas 
gerais: 
i. Um tempo de retenção mínima de 1 dia para sedimentação dos sólidos em 
suspensão; 
ii. Para evitar crescimento de algas, o tempo de retenção máximo recomendado é 
de 1 a 2 dias; 
iii. Para controle de odores, é recomendado que a altura máxima da água a ser 
mantida sobre os depósitos de logo seja de 1 metro. 
 
 
 
 
 
 
 
DIGESTORES 
A digestão anaeróbia de substâncias biodegradáveis é realizada através da fermentação 
bacteriana que ocorre em ambientes isentos de oxigênio livre. Como consequência, a matéria 
orgânica complexa é convertida a metano e gás carbônico (biogás). 
Sistemas que possuem baixa concentração de oxigênio como pântanos, estuários, mares 
e lagos facilitam a ocorrência de digestão anaeróbia. Desenvolveu-se esse processo 
fermentativo para ser utilizado em tratamento de esgoto doméstico e esse processo pode ser 
representado ocorrendo em 3 etapas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Na primeira etapa, espécies de bactérias fermentativas hidrolisam polissacarídeos como 
a celulose, e degradam os produtos destes ácidos orgânicos, álcoois, gás hidrogênio e gás 
carbônico. Essas bactérias também fermentam proteínas e lipídeos. 
Na segunda etapa, as bactérias acetogênicas produtoras de hidrogênio obtém energia 
para o crescimento produzindo acetato e gás hidrogênio. 
Na terceira etapa, as bactérias metanogênicas utilizam os produtos das duas primeiras 
etapas, produzindo metano e gás carbônico. 
Embora para o entendimento o processo possa ser separado em 3 etapas, isso não ocorre 
em um digestor. Cada grupo depende do funcionamento do outro, chamada de ação sinérgica, 
que significa ação conjunta. Os processos anaeróbios são mais lentos que os aeróbios, exigindo 
assim maiores tempos de retenção. 
As condições do processo devem ser tais que se aproximem de condições ótimas de 
crescimento para bactérias metanogênicas e o tempo de retenção deve ser baixo o suficiente 
para que não ocorra “lavagem” daquelas bactérias, pois caso contrário, corre-se o risco de 
desbalancear o processo, aumentando gradativamente a concentração de ácidos voláteis não 
transformados em metano. 
Visando viabilizar o uso do processo de digestão anaeróbia no tratamento de grandes 
volumes de efluentes, foram desenvolvidos alguns tipos de digestores capazes de operar com 
tempos de retenção hidráulica reduzidos. Exemplos são: fluxo ascendente com leito de lodo, 
filtro anaeróbio, anaeróbio de contato, leito fluidizado. 
Os digestores citados anteriormente podem ser operados desde que se obtenha uma 
população elevada das bactérias responsáveis pelo processo e isso é obtido de duas maneiras: 
 Retendo-as dentro do digestor; 
 Deixando que saiam e retornando-as (procedimento que assegura uma perda 
muito pequena de bactérias, mantendo o tempo de retenção celular praticamente 
infinito)