EXERCÍCIOS RESOLVIDOS TRATAMENTOS FÍSICO E QUÍMICO DE ÁGUAS

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LISTA DE EXERCÍCIOS 1 – OP1
 1. Explique os processos anaeróbios e aeróbios em relação à remoção de matéria orgânica, relativamente a produtos finais, produção de biomassa, necessidade de nutrientes. Devem ser apresentadas as reações gerais de cada processo. 
	
	Anaeróbios
	Aeróbios
	Matéria Orgânica
	Convertem a M.O. sem a utilização de oxigênio dissolvido no meio. 
	Convertem a MO com a utilização de oxigênio dissolvido no meio
	Produtos Finais
	Novas células, metano, CO2, H2 e outros produtos 
	Novas células, CO2, H2O, energia e outros produtos
	Produção de biomassa
	5% a 20% da MO são transformadas em novas células (gera menos lodo). Cada g de DQOrem produz 0,35 L de CH4 nas CNTP.
	40% a 60% da MO é transformada em novas células. 
	Necessidade de nutrientes
	Necessita menos quando comparado ao processo aeróbio, pois a produção de biomassa é menor. Determinada de acordo com a produção de biomassa. Relação DBO:N:P de 400:7:1 para processos de alta carga e 1000:7:1 para processos de baixa carga.
	Necessita de mais nutrientes.
N = síntese de novas células
P = para armazenamento de energia
Relação DBO:N:P de 100:5:1
Em relação a produção de biomassa de 10% a 12% de nitrogênio e 1% a 2% de P, base seca.
	Reações gerais
	MO + bactérias Novas células + CH4 + CO2 + H2S + H2 + outros energia
	MO + O2 + bactérias novas células + H2O + CO2 + Energia + outros
 2. Apresente o fluxograma do mecanismo simplificado de oxidação anaeróbia da matéria orgânica e explique todas as suas etapas comentando o destino desta. 
Hidrólise (etapa que ocorre externamente ao microrganismo) de biopolímeros (proteínas, carboidratos, e lipídios)
Fermentação de aminoácidos e açúcares
Oxidação anaeróbia de ácidos graxos de cadeia longa e álcoois;
Oxidação anaeróbia de produtos intermediários (tais como ácidos voláteis, com exceção do acetato)
Conversão do acetato a metano; conversão do hidrogênio a metano
 
3. Explique detalhadamente as fases que ocorrem na degradação de matéria orgânica do processo anaeróbio de acordo com a figura abaixo. 
A degradação de matéria orgânica em um processo anaeróbio se inicia com a hidrólise, onde ocorre a quebra de um composto orgânico complexo para a produção de um composto orgânico de cadeia simples, podendo esta ser interna ou externa no microrganismo, dependendo do tamanho da molécula. As bactérias liberam enzimas extracelulares, que vão quebrar as partículas maiores para que fiquem menores e então se tornem mais solúveis no meio aquoso. As enzimas são as principais responsáveis por esta etapa. O resultado é um substrato solúvel que será efetivamente metabolizado. 
Nessa fase de hidrólise, as proteínas e os carboidratos produzem aminoácios e açúcares, e os lipídios produzem açúcares; porém, a maior parte dos lipídios vai para ácidos graxos (cadeia longa), e estes são compostos que podem ser metabolizados, ou seja, transformados intracelularmente, e então ocorre a fermentação para aminoácidos e açúcares e a oxidaçã anaeróbia para ácidos graxos. A fermentação utiliza aminoácidos e açúcares e produz propionato, butirato, acetato, álcoois, hidrogênio, CO2,...; já a oxidação anaeróbia utiliza ácidos graxos e produz acetato, H2 e CO2. O acetato pode ser convertido para CO2 e H2 e vice-versa por bactérias homoacetotróficas.
Então, o processo vai para a última etapa que é a metanogênese. Nesta etapa ocorre a produção de metano, sendo que dois microrganismos são responsáveis por essa transformação: as arqueas acetotróficas (heterotróficas Corgânico) e as arqueas hidrogenotróficas (autotróficas Cinorgânico). As primeiras convertem o acetato em metano e CO2, correspondente a 70% da produção de metano, já as segundas convertem o hidrogênio a CH4 e CO2, correspondente a 30% da produçao de metano.
4. Cite e comente três desvantagens e três vantagens do processo anaeróbio com separação de fases. 
Nos processos com separação de fases cada reator está projetado para uma determinada fase (reator acidogênico, reator metanogênico).
Vantagens:
Maior rapidez na partida para sistemas operando com altas cargas: devido a possibilidade de otimização da fase acidogênica e metanogênica, a partida do reator torna-se mais rápida.
Aumento da estabilidade do processo: como em cada reator ocorre uma fase, a acidogênese ocorrerá em um ambiente otimizado para as fases de hidrólise e acidogênese. Dessa forma, a produção de acetato ocorre principalmente nessa fase, evitando o aparecimento de microrganismos acidogênicos na fase metanogênica, o que poderia reduzir a estabilidade devido à competição entre bactérias redutoras de enxofre e APM.
Aumento da eficiência do processo: como as fases estão separadas em reatores diferentes, o efluente que entrará na segunda fase, proveniente da fase acidogênica, conterá mais acetato (substrato para as arqueas metanogênicas) permitindo uma maior eficiência de conversão de MO para metano.
Melhor conversão de sólidos suspensos
Desvantagens:
Custos de investimento maiores: devido à construção de dois reatores e um sedimentador secundário para a fase acidogênica;
Necessita de maior controle: deve haver controle da vazão de reciclo, descarte do excesso de lodo com maior frequência, controle da concentração de biomassa em dois reatores e controle de pH.
Eventual controle de pH: para se otimizar totalmente as etapas de hidrólise e de acidogênese, é preciso que se tenha um controle do pH no reator acidogênico, com posterior acerto de pH na entrada do reator metanogênico. Esse controle aumenta o custo operacional também.
 5. Quando e porque a velocidade ascencional deve ser trocada pela Carga Orgânica Volumétrica como parâmetro de projeto de um reator UASB. 
Em um reator UASB, quando a DQO do efluente for elevada (lixiviados de AS, vinhoto...) deve-se utilizar o critério de COV como parâmetro. Obs: este parâmetro está diretamente ligado ao dimensionamento do reator, relacionando-se indiretamente com o TDH).
Já quando a DQO do efluente for baixa (domésticos), deve utilizar o critério de velocidade ascencional. Obs.: a velocidade acensional é o principal parâmetro de projeto de um reator UASB, pois garante um melhor contato entre o substrato afluente e a biomassa).
 6. Explique os possíveis efeitos de um choque de carga hidráulica em um processo anaeróbio. 
O processo anaeróbio é relativamente sensível a possíveis variações de carga. O choque de carga hidráulica ocorre quando há o aumento da vazão do afluente para dentro do reator. Com isso, o tempo de detenção hidráulico diminui, reduzindo ou compromenetendo a eficiência do processo, e ocasionado o arraste de biomassa (washout), podendo ocasionar também em um maior teor de sólidos suspensos elevados e produção de odores desagradáveis; além disso, não irá atingir os parâmetros desejados de redução de MO.
7. Porque os processos anaeróbios necessitam de menor quantidade de nutrientes do que os aeróbios? 
Em processos anaeróbios a produção de biomassa é menor do que em processos aeróbios, por isso necessitam de menor quantidade de nutrientes.
Os nutrientes são necessários na fase lag (alimentação/adaptação) e log (síntese de novas células). A relação de nutrientes é determinada de acordo com a produção de biomassa, sendo que em processos anaeróbios de 5% a 20% da MO é convertida em biomassa, enquanto que em processos aeróbios de 40% a 60% da MO é convertida. Um menor crescimento de biomassa demana menos N (parede celular/estrutura) e menos P (armazenamento de energia/ATP/ADP). 
 8. O que pode ocorrer em um reator anaeróbio quando existir concentrações de sulfato? Explique todas as possibilidades. 
Surgimento de sulfetos: o que pode ocasionar uma diminuição na geração de biogás, devido à competição pelo substrato entre as bactérias redutoras de enxofre e arqueas metanogênicas, sobrando menos MO para ser transformada em metano;
Toxicidade: sulfetos em altas concentrações podem ocasionar toxicidade para as arqueas metanogênicas, fazendocom que não consigam processar a MO, podendo ocasionar um aumento da DQO no efluente líquido, e consequentemente reduzindo a qualidade e a quantidade do biogás.
Em ambos os casos (maior ou menor concentração de sulfato) pode haver a precipitação de sulfetos metálicos insolúveis. Quando a concentração de sulfato for elevada, pode contribuir para a toxicidade ocasionada pelo sulfeto. Quando o sulfato estiver em baixas concentrações, pode ocasionar a falta de sulfeto como nutriente.
 9. Porque as bactérias redutoras de sulfato degradam o substrato preferencialmente às arqueas metanogênicas? 
As bactérias redutoras de sulfato degradam o substrato (hidrogênio e aceato) preferencialmente às arqueas metanogênicas pois sua taxa de crescimento específico (µmáx) é superior. Além disso, possuem menor ks e menor energia de Gibbs (ΔG).
A energia livre da reação de redução de enxofre via hidrogenotrófica ou acetotrófica é bem menor do que a energia livre da reação de metanogênese. Então, as reações em que as redutoras de enxofre se relacionam ocorrem mais facilmente e demandam menor energia do que as reações nas quais as arqueas se relacionam.
 
10. Explique detalhadamente porque, teoricamente, não é possível haver formação de metano em reatores anaeróbios tratando efluentes com sulfato quando existir uma relação DQO/SO4-2 menor que 0,67. É obrigatório o uso de reação química. 
Em reatores anaeróbios que tratam efluentes com sulfato, a produção de metano ocorrerá somente quando a relação DQO/SO4 for maior do que 0,67, caso isso não aconteça, a produção de metano não ocorrerá devido à competição entre as arqueas metanogênicas e as redutoras de enxofre. As redutoras de enxofre demandam menos energia de Gibbs, sendo favorecidas.
Assim, as arqueas metan só produzem metano em reatores com efluente contendo sulfato quando existir substrato em quantidade maior do que a exigida para a redução de enxofre presente na forma de sulfato. A reação que explica esse processo é:
S-2 + 2O2 SO4-2 + S-2
Nesta reação, para cada mol de SO4-2 reduzido é necessário 64 g de oxigênio para oxidar 32 g de enxofre com sulfeto. Também há a necessidade de remover essa mesma quantidade de oxigênio do sulfato para proceder a biodegradação do substrato. Essa quantidade de O é definida como DQO. Então, para transformar 96 g de sulfato em sulfeto, as bactérias redutoras de enxofre precisam de 64 g de DQO. Portanto, a relação DQO/SO4 é 64/96, o que resulta em 0,67. Se for menor ou igual a 0,67, teoricamente não haverá formação de metano pois esta relação significa que toda DQO (MO) foi consumida para reduzir sulfato em sulfeto. Um ambiente sem MO não ocorre reação com bactérias metanogênicas e assim, não ocorre formação de metano, pois para formar metano é melhor que se tenha bastante MO.
11. Que tipo de alcalinidade é a mais importante para processos anaeróbios e por quê? Explique, utilizando reações. 
A alcalinidade é importante para a manutenção do equilíbrio entre as fases de produção de ácidos e metanogênese, é a capacidade de neutralizar compostos ácidos.
A alcalinidade mais importante é a proveniente de bicarbonatos, pois quando suficientemente elevada, ocorre o tamponamento do pH no reator, evitando assim um acúmulo de ácidos orgânicos voláteis que diminuiriam o pH, ou seja, permitindo o reator de adquirir uma capacidade tampão e resistir a variações momentâneas de pH. Com a degradação anaeróbia da MO nitrogenada ocorre a formação de amônio, que quando combinado com H2CO3 produz bicarbonato de amônio:
		NH4 + H2CO3 NH4HCO3 + H2O
A digestão do acetato de sódio levaria a formação de NaHCO3.
 		CH3COONa + H2O CH4 + NaHCO3
Pode-se observar que em ambos os casos, o bicarbonato é fornecido ao sistema de forma direta, sem depender de reações para formar HCO3.
12. Qual a importância de controlar a relação AV/AT (concentração de ácidos voláteis dividido pela concentração de alcalinidade total) para o processo anaeróbio? Comente os casos em que os valores dessa relação estejam fora da faixa ótima e dentro da faixa ótima. 
A relação AV/AT representa o equilíbrio entre a concentração de ácidos voláteis no reator e a alcalinidade total do sistema, o que indica a eficiência do processo anaeróbio devido à capacidade de tamponamento do sistema. 
Se:
AV/AT ≤ 0,1 processo está em equilíbrio, pois todo ácido que está sendo produzido, está sendo consumido
0,1 ≤ AV/AT ≤ 0,3 processo está estável, porém o equilíbrio pode ser instável, é o ponto de equilíbrio que a comunidade encontrou
AV/AT > 0,5 acidogênese prepondera, deve-se entrar com medidas para recuperar o sistema
AV/AT > 1 acidificação total, deve-se retirar o lodo do reator e inocular de novo (o custo é menor do que tentar recuperar sem trocar a biomassa)
13. Foi detectado que em um reator anaeróbio está entrando uma concentração muito elevada de metais. Tu és chamado para avaliar e resolver o problema. Quais seriam as ações que poderiam fazer parte da estratégia escolhida? Algumas ou todas podem necessitar de equações e reações para apoiar o texto explicativo. Tu deverás obrigatoriamente utilizá-las. 
14. O que pode ocorrer em um processo anaeróbio se houver um acréscimo de 100% da concentração de DQO por 15 dias, com a mesma vazão? Cite e explique. 
Poderá ocorrer um colapso, já que o aumento da carga orgânica reduzirá a eficiência do processo. Ocorrerão alterações no pH, o efluente ficará com altas cargas orgânicas, haverá desetabilização dos microrganismos, arraste de biomassa, formação do fenômeno bulking e foaming, redução do tempo de detenção hidráulico. Além disso, ocorrerá um desequilíbrio nos microrganismos presentes, já que com uma maior quantidade de matéria orgânica entrando no sistema as bactérias se desenvolverão mais.
Bulking: é um manto de microrganismos filamentosos que se forma na superfície. As bactérias filamentosas estão presentes nos processos de lodos ativados, no interior ou no entorno dos flocos bacterianos formando sua macro estrutura. O crescimento em abundância delas pode resultar no bulking. Uma macroestrutura se forma, parecendo uma rede, interferindo na sedimentação e compactação do floco. Consequências: má decantabilidade dos sólidos, perda da eficiência de remoção de DQO e DBO, perda de sólidos pelos vertedores no decantador secundário, reduzindo a qualidade do efluente tratado. 
Foaming: formação de espuma por microrganismos, devido ao desequilíbrio de nutrientes e vazão.
16. Tu és chamado para analisar e estabelecer uma estratégia de correção do pH e da relação AV/AT em um reator anaeróbio tipo UASB. Este reator está apresentando um comportamento histórico de AV/AT cujos valores estão crescendo e estão perigosamente ultrapassando o valor de 0,3. Explique, passo a passo, qual a tua estratégia para corrigir este comportamento. Para cada etapa de sua estratégia justifique à luz da teoria que a fundamenta. 
AV/AT = 0,3 processo está se encaminhando para acidogênese.
Em primeiro lugar, deve-se verificar o pH na alimentação. Caso o pH esteja fora da faixa ótima para o processo (6,8 – 7,2), a metanogênese começa a não ser significativa, pois para valores cada vez menores de pH, maior será a acidogênese, aumentando a relação AV/AT.
Verificar a concentração de DQO na alimentação. Com esses dois valores chegar a COV e comparar com a de projeto. Se houver um aumento significativo da COV, as arqueas metanogênicas podem não responder a este aumento como as bactérias acidogênicas, aumentando a concentração de ácidos, e consequentemente a relação AV/AT.
Verificar a vazão de biogás e sua composição, já que assim pode-se saber quanto de metano está sendo produzido e fazer uma relação com a eficiência de remoção da DQO.
Então, calcular a produção líquida de alcalidade produzida e com a concentração de ácidos voláteis pode-se calcular a quantidade de alcalinidade a ser adicionada para que a relação AV/AT fique abaixo de 0,1. Para isso, utiliza-se a equação: AT = AB + 0,85x0,833xAV.
Caso o produtoadicionado não seja suficiente para corrigir o pH, adiciona-se uma base para que o pH possa ser corrigido até sua faixa ótima.
21. Tu és responsável pela operação de uma Estação de Tratamento de Efluentes que utiliza processo de Lodos Ativados de uma indústria. A direção da indústria apresenta um plano de expansão da produção e pede um diagnóstico do processo de Lodos Ativados para verificar a necessidade de ampliação ou não deste processo. Como seria este diagnóstico? Explique porque tomaria cada ação no diagnóstico e a conseqüência destas no processo. Obrigatoriamente deverão ser utilizadas equações para apoiar a resposta. 
Para fazer este diagnóstico, alguns parâmetros devem ser avaliados:
Relação alimento/microrganismo: indica a proporção entre a carga orgânica alimentada ao tanque de aeração e a massa de microrganismos presente no mesmo. Se a carga aumentar, deve-se aumentar a concentração de biomassa no reator, para manter a relação em bons níveis (de 0,3 a 0,6), e para isso aumenta-se o reciclo. Se a DQO aumentar, a COV aumentará também, aumentando a concentração de biomassa.
Idade do lodo: é o tempo em que o microrganismo fica sob aeração antes de ser descartado. A idade do lodo varia de 4 a 20 dias.
θc= [(Xa x V)/(So) x Q] = (Xa x t)/(So)
Verifica-se também a potência de aeração, para saber se é suficiente para a necessidade de oxigênio.
	 Caso a aeração não seja suficiente para suprir a necessidade do sistema, deve-se pensar em alterar o sistema existentes ou mudar o tipo de aeração. 
Por fim, caso seja necess aumentar o volume do reator ou o volume total do sistema, deve-se levar em consideração a quantidade de substrato disponível aos microrganismos, a produção de lodo e a necessidade de oxigênio.
22. Explique a relação entre IVL e A/M para processos de lodos ativados, sua importância e implicações. Quais os processos que podem ocorrer entre os intervalos de A/M e cuidados que devem ser tomados se necessário. 
O IVL está relacionado com a relação A/M. Quanto maior o
IVL, pior será sua sedimentação. Para melhorar a sedimenta-
bilidade, é preciso aumentar a relação A/M, e para isso deve-se
diminuir SSV, ou seja, diminuir a vazão de reciclo. Porém, isso
pode alterar a idade do lodo (no caso, diminuir).
A relação IVL (índice volumétrico de lodo) e A/M 
(alimento/microrganismo) tem um efeito direto na 
sedimentabilidade da biomassa em um processo de lodos 
ativados. Quanto menor o valor de A/M, maior será o 
IVL e, consequentemente menor será a velocidade de 
sedimentação do floco, ou seja, em processos de lodos 
ativados convencionais poderá haver arraste de biomassa devido a baixa sedimentabilidade. Isso ocorre porque a biomassa tem pouco substrato a disposição e o floco torna-se mais leve. A melhor característica de sedimentabilidade de uma biomassa ocorre quando a faixa de valores de A/M for entre 0,3 kgDBO5/kg SSV.d e 0,6 kgDBO5/kg SSV.d. Nesta faixa, como mostra o gráfico, os valores de IVL são os mais baixos, o que significa uma maior massa especifica dos flocos e um lodo floculento e, consequentemente, uma velocidade de sedimentação maior. 
 Para valores de A/M muito pequenos (má sedimentabilidade – cápsulas das célula) ou muito grandes (má sedimentabilidade – organismos filamentosos), pode ocorrer os fenômenos de bulking ou foaming, estes dificultam a sedimentação devido a presença de microrganismos filamentosos que podem se estabelecer majoritariamente quando há uma baixa oferta de substrato.
23. Explique o funcionamento do reator em batelada utilizada em processos de lodos ativados comentando todas as suas etapas. 
O processo de lodos ativados em batelada ocorre em um único reator, com diferentes etapas, sendo cinco no total:
Enchimento: o efluente é bombeado para o reator até alcançar o nível máximo. Os aeradores podem ser acionados no início do enchimento. Geralmente, 25% do volume do reator é ocupado pelo liquor (efluente + biomassa) e 25% do tempo do ciclo.
Aeração: reação de degradação da matéria orgânica e nitrificação. O sistema de aeração permanece ligado pelo período estabelecido em projeto. A concentração de biomassa dentro do reator é mantida entre 2000 mg.L-1 e 4000 mg.L-1. O volume de liquor é de 100% da capacidade máxima e 35% do tempo de ciclo.
Sedimentação: os aeradores são desligados e são dadas condições para que a biomassa seidmente. A concentração de biomassa pode alcançar até 8000 mg.L-1. O tempo necessário para sedimentação geralmente corresponde a 25% do tempo de ciclo.
Esvaziamento: os aeradores continuam desligados e é efetuada a remoção do sobrenadante. O tempo necessário geralmente corresponde a 15% do tempo de ciclo e o volume ocupado pelo sobrenadante residual e pela biomassa sedimentada é de 35% da capacidade máxima do reator.
Descanso: retirada do excesso de lodo. A grande importância dela é corrigir o tempo entre os reatores que estão em operação.
24. Por que a vazão de reciclo e de retirada do excesso de lodo influencia na concentração de biomassa em um reator biológico? É obrigatória a utilização de equações. 
Porque se retirarmos mais lodo do que o produzido (elevarmos a Q), haverá uma redução da concentração de biomassa no interior do reator. Já se houver uma redução da retirada do excesso de lodo (diminuição de Q), tem-se um aumento da vazão de reciclo (Qr), aumentando então a concentração de biomassa no interior do reator. 
• Lodo entrando no decantador secundário: 
•(Q + Qr) x Xa = [Q x (1 + r)]x Xa 
• Lodo saindo do decantador e sendo recirculado 
•Qr x Xu = r x Q x Xu 
• Combinando as equações, teremos: 
•Q x (1 + r) x Xa = r x Q x Xu 
•r = Xa/(Xu - Xa) 
Então, se ocorre uma variação de Qr e Qu, como a vazão de alimentação é constante, o que irá variar será a razão de reciclo.
25. Explique como são os sistemas de aeração por difusores e por aeração superficial mecânica. Comente suas diferenças. 
Difusores:
São localizados e uniformemente distribuídos no fundo do tanque de aeração ou próximo ao fundo. O ar é fornecido por meio de um compressor, instalado na sala de compressores. O ar é transportado através de tubulações até os difusores. Muitas vezes são utilizados simples sopradores. 
Os difusores podem ser classificados de fixos ou móveis. A vantagem do difusor móvel é que sua limpeza e/ou manutenção pode ser efetuada sem o esvaziamento do tanque de aeração. No sistema fixo, os difusores somente podem ser limpos quando o tanque é esvaziado completamente. 
Quanto aos materiais empregados na sua fabricação podem ser classificados como porosos cerâmicos (pratos ou tubos cerâmicos), porosos não cerâmicos e difusores não porosos (bocais ou orifícios). 
Aeração superficial mecânica:
Os aeradores mecânicos ou superficiais podem ser montados sobre uma base fixa ou flutuante. 
Por este sistema o líquido é agitado e lançado para a atmosfera produzindo pequenas partículas e filmes delgados que irão entrar em contato com o ar oxigenando-se. Existe uma variante que é a introdução de ar diretamente para o meio líquido por efeito Venturi. Os aeradores podem ser montados fixos (em tanques com profundidade da ordem de 3,5 a 4,5 m) ou sobre flutuadores (mais utilizados em lagoas aeradas). 
26. Qual a importância dos microrganismos filamentosos no processo de lodos ativados? 
1º) Em concentrações normais, é necessário. A macroestrutura do lodo ativado consiste de organismos filamentosos que formam uma rede dentro do floco sobre a qual as bactérias formadoras de flocos se unem. Esta rede de organismos filamentosos provê os flocos de lodos ativados com força e o estrutura para alcançar um grande tamanho.
2º) Em grandes quantidades afeta negativamente o sistema, causando os efeitos de bulking e foaming.
27. Cite 8 fatores que podem alterar a eficiência no processo de lodos ativados. 
(1) Idade do lodo: quanto maior a idade do lodo menor a produção de biomassa. 
(2) Valores de A/M muito baixos (<0,2, flocos com baixa massa específica); Valores de A/M elevados(>0,6, proliferação de filamentosos que dificulta a sedimentação); 
(3) pH fora do padrão; 
(4) Temperatura fora do padrão: temperatura influencia a cinética microbiana, bioquímica e química;
(5) Quantidade insuficiente de nutrientes: é necessário ter um equilíbrio, um balanço de nutrientes para que possa ocorrer síntese de novas células e o metabolismo celular ocorra. 
(6) Pouca mistura durante o processo; Eficiência da mistura: evita zonas mortas no reator. 
(7) Concentração de oxigênio dissolvido a nitrificação será prejudicada, caso haja pouco oxigênio dissolvido. 
(8) Quantidade inadequada de DBO solúvel; 
(9) Ocorrência do bulking. 
(10) Concentração de microrganismos ativos no tanque de aeração; 
(11) Cinética de crescimento: vai influenciar na produção de biomassa;
(12) Concentração de compostos tóxicos: afetam negativamente o metabolismo bacteriano, quanto menor [Ctox]/[SSV], maior é a resistência do sistema;
(13) Treinamento dos operadores
(14) Manutenção dos equipamentos
28. Cite a função dos seguintes microrganismos no sistema de lodos ativados e o que eles representam: bactérias, protozoários e rotíferos. 
Bactérias: são os microrganismos de maior importancia para o processo de lodos ativados pois elas são as responsáveis pela degradação/ estabilização da matéria orgânica e pela formação dos flocos. Em lodos ativados encontram-se bactérias heterotróficas aeróbias, bactérias nitrificantes e outras bactérias filamentosas. As bactérias filamentosas são responsaveis pela formação da macro estrutura do floco, porem quando em quantidade elevada ocasionam os fenomenos de bulking e forming.
Protozoários: por serem estritamente aeróbios, são indicadores da qualidade do efluente. Os protozoários se alimentam de bactérias que não flocularam.
Rotíferos: também são indicadores da qualidade do efluente. Os rotíferos alimentam-se de pequenas partículas sólidas e pequenos flocos de bactérias. São responsaveis pelo "polimento final" do efluente auxiliando na remoção de matéria orgânica e principalmente na redução da turbidez do efluente.
IVL
A/M
0,3
0,6
29. Faça o gráfico e explique a relação entre A/M xIVL e suas conseqüências em um processo de lodos ativados. 
								A relação IVL (índice volumétrico de lodo) e A/M 
(alimento/microrganismo) tem um efeito direto na 
 sedimentabilidade da biomassa em um processo de lodos 
 ativados. Quanto menor o valor de A/M, maior será o 
 IVL e, consequentemente menor será a velocidade de 
 sedimentação do floco, ou seja, em processos de lodos
ativados convencionais poderá haver arraste de biomassa devido a baixa sedimentabilidade. Isso ocorre porque a biomassa tem pouco substrato a disposição e o floco torna-se mais leve. A melhor característica de sedimentabilidade de uma biomassa ocorre quando a faixa de valores de A/M for entre 0,3 kgDBO5/kg SSV.d e 0,6 kgDBO5/kg SSV.d. Nesta faixa, como mostra o gráfico, os valores de IVL são os mais baixos, o que significa uma maior massa especifica dos flocos e um lodo floculento e, consequentemente, uma velocidade de sedimentação maior. 
 Para valores de A/M muito pequenos (má sedimentabilidade – cápsulas das célula) ou muito grandes (má sedimentabilidade – organismos filamentosos), pode ocorrer os fenômenos de bulking ou foaming, estes dificultam a sedimentação devido a presença de microrganismos filamentosos que podem se estabelecer majoritariamente quando há uma baixa oferta de substrato.
30. Cite e comente pelo menos 7 causas que pode ocasionar o “bulking”. Utilize necessariamente equações para apoiar o texto. 
(1) Concentrações de oxigênio dissolvido: concentrações de oxigênio deficitárias poderá proporcionar condições para que microrganismos filamentosos ocorram em uma concentração superior a desejada. Assim, a massa de oxigênio necessária deverá ser calculada de acordo com a seguinte equação:
(2) Eficiência de mistura: uma eficiência de mistura inadequada poderá promover zonas anóxicas e/ou anaeróbias. Assim, deverá ser calculada uma densidade de potência adequada para garantir uma boa mistura. 
(3) Balanço de nutrientes: com as quantidades de nutrientes alteradas poderá ocorrer o surgimento de microrganismos filamentosos. A relação ideal na alimentação DQO5:N:P t determina 100:5:1.
(4) Taxa de reciclo e retirada do excesso de lodo ativado: poderá influenciar na concentração da biomassa no tanque de aeração, com consequente efeito na idade do lodo e relação A/M.
 ; ; ; 
(5) Velocidade de degradação: a velocidade de remoção de matéria orgânica poderá ser afetada devido a alguns compostos tóxicos que influenciarão negativamente, oportunizando o surgimento de um grande número de organismos filamentosos.
(6) Idade do lodo: influenciará no surgimento de algumas espécies de microrganismos filamentosos, alterando a taxa de remoção de substrato, A/M e concentrações de biomassa no tanque de aeração.
 ; 
(7) pH: valores de pH muito baixos ou que oscilam muito poderão ocasionar o surgimento de microrganismos filamentosos.
31. Tu és responsável pela operação de uma Estação de Tratamento de Efluentes que utiliza processo de Lodos Ativados de uma indústria. Ocorreu um evento de “bulking”. Qual (is) a(s) ação(ões) que tu tomarias para que o processo volte ao normal o mais rápido possível? Explique porque tomaria cada ação e a conseqüência desta no processo. Obrigatoriamente deverão ser utilizadas equações para apoiar a resposta. 
Bulking é um manto de microrganismos filamentosos que ser forma na superfície. As bactérias filamentosas estão presentes no processo de lodos ativados no interior ou no entorno dos flocos bacterianos formando a sua macroestrutura. O crescimento em abundância destas podem resultar em um fenômeno conhecido como bulking. Este processo consiste na formação de uma macroestrutura semelhante a uma rede, que interfere na sedimentação e compactação do floco bacteriano. Tendo como consequência, além da má decantabilidade dos sólidos, a perda de eficiência de remoção de DQO, DBO e principalmente a perda de sólidos pelos vertedores no decantador secundário, contribuindo para a redução da qualidade do efluente tratado e com prejuízos para o corpo receptor. 
As ações corretivas deste problema dependem principalmente da identificação da espécie predominante responsável belo bulking e das causas que favorecem o seu desenvolvimento. Mas antes deve-se parar com o evento imediatamente, uma forma de fazer-se isso é adicionando hipoclorito de sódio. Após, faz-se a identificação das causas, sendo estas: 
Concentrações de oxigênio dissolvido: concentrações baixas proporcionam condições para que microrganismos filamentosos ocorram em uma concentração superior a desejada. 
Eficiência de mistura: se for inadequada poderá promover zonas anóxicas e/ou anaeróbias. 
𝑑𝑝= 𝑃(𝑊)𝑉
Balanço de nutrientes: com as quantidades de nutrientes alteradas poderá ocorrer o surgimento de microrganismos filamentosos. A relação ideal na alimentação DQO5:N:P t determina 100:5:1. 
Taxa de reciclo e retirada do excesso de lodo ativado: poderá influenciar na concentração da biomassa no tanque de aeração, com consequente efeito na idade do lodo e relação A/M. 
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Velocidade de degradação, compostos tóxicos: a velocidade de remoção de matéria orgânica poderá ser afetada devido a alguns compostos tóxicos que influenciarão negativamente oportunizando o surgimento de um grande número de organismos filamentosos.
pH: valores de pH muito baixos ou que oscilam muito poderão ocasionar o surgimento de microrganismos filamentosos. 
𝑝𝐻=−log [𝐻+]
32. Tu és responsável pela operação de uma Estação de Tratamento de Efluentes de uma indústria que utiliza processo de Lodos Ativados. Durante um fim-de-semana inteiro choveu e esta água originada da precipitação pluvial entrou na ETE aumentando em 200% a vazão de entrada. Todas as tubulações suportaram este aumento de vazão e não houve transbordamento denenhuma unidade. O que pode ter ocorrido com o processo de Lodos Ativados? Cite e explique o que pode ter ocorrido. Qual(is) a(s) ação(ões) que tu tomarias para que o processo volte ao normal o mais rápido possível? Explique porque tomaria cada ação e a conseqüência desta no processo. Obrigatoriamente deverão ser utilizadas equações para apoiar a resposta. 
Com o aumento da vazão devido à precipitação, ocorrerá a diluição deste efluente. Isso faz com que o tempo de detenção no tanque de aeração e no decantador secundário diminua, não permitindo que ocorra a sedimentação da biomassa. Com isso a biomassa é arrastada juntamente com o efluente tratado, havendo uma perda de biomassa que compromete o reator. 
Ações a serem tomadas: Aumentar a vazão de reciclo, ou mesmo não realizar a descarga de lodo excedente, para promover o aumento de SSV no reator, fazendo com que a biomassa se restabeleça até atingir os parâmetros de projeto. Realizar análise da carga que está entrando no lodo ativado, a fim de verificar se a quantidade de biomassa existente conseguirá degradá-la no tempo de detenção pré-estabelecido.
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33. Tu és responsável pela operação de uma Estação de Tratamento de Efluentes que utiliza processo de Lodos Ativados de uma indústria. Durante um fim-de-semana inteiro entrou efluente bruto na ETE com uma vazão 200% maior que a vazão de entrada normal. Todas as tubulações suportaram este aumento de vazão e não houve transbordamento de nenhuma unidade. O que pode ter ocorrido com o processo de Lodos Ativados? Cite e explique o que pode ter ocorrido. Qual(is) a(s) ação(ões) que tu tomarias para que ao processo volte ao normal o mais rápido possível? Explique porque tomaria cada ação e a conseqüência destas no processo. Obrigatoriamente deverão ser utilizadas equações para apoiar a resposta. 
Ocorreria sobrecarga hidráulica e orgânica. Esta variação na vazão de alimentação pode ocasionar o surgimento de fenômenos como o bulking e o foaming, o primeiro caracteriza-se por uma espécie de manto de microrganismo na superfície e o segundo há formação de uma espuma formada por microrganismos devido a um desiquilíbrio de nutrientes e de vazão, também na superfície do tanque de aeração. 
A alteração da carga orgânica implica na concentração de oxigênio dissolvido no tanque de aeração e contribui para o surgimento de microrganismos filamentosos que favorecem a ocorrência dos fenômenos. 
A maior vazão no reator implica na redução do tempo de detenção hidráulico, consequentemente diminuindo a eficiência de decomposição de matéria orgânica e aumentando a quantidade de substrato disponível para os microrganismos. Com o aumento da vazão há também o aumento na necessidade de oxigênio, uma vez que a massa de oxigênio é diretamente proporcional a vazão. 
Outro parâmetro alterado é a eficiência do processo pois a taxa de utilização de substrato é menor, as bactérias não conseguem converter toda a disponibilidade de substrato, resultando em maior quantidade de substrato na saída. A carga orgânica volumétrica e a taxa de aplicação superficial aumentam pois são diretamente proporcionais. 
As açoes a serem tomadas são: adicionar base para manter o pH entre 7,5 e 8,0 e aumentar o reciclo de lodo. 
Restabelecendo o pH ira reduzir a emanação de compostos que possam causar maus odores, tal como o sulfeto, manter o pH em valores que evitem a acidificação do meio e estabilizar o pH na faixa de valores que a nitrificação ocorre de forma maximizada, permitindo uma rápida retomada desta. 
Aumentando o reciclo, haverá um aumento da concentração de biomassa com consequente redução da relação A/M, conforme equação anteriormente apresentada. Com o aumento da relação A/M, haverá uma redução do valor de IVL, com aumento da sedimentabilidade.
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35. Explique porque a relação A/M pode ser considerada um parâmetro de projeto. Utilize equações para demonstrar qualquer afirmativa.
A relação alimento/microrganismo constitui um importante parâmetro de projeto que mede a razão entre o alimento presente no efluente, ou substrato, e os microrganismo no tanque de aeração, ou seja, indica a proporção entre a carga orgânica alimentada ao tanque de aeração (COe) e a massa de microrganismos presentes no mesmo, expressa em kgDQO/kgSST.d. Este parâmetro pode ser usado para o dimensionamento do tanque de aeração, pois uma vez escolhidos A/M e Xva, resulta o volume V do tanque de aeração. Pode ser utilizado também como um fator de controle operacional, buscando-se operações específicas na ETE que façam manter a relação desejada.
36. Cite e explique as funções do oxigênio no tanque de aeração. 
O oxigênio deve ser suficiente para: 
1. Satisfazer a necessidade para degradar a DBO5: como o processo de lodos ativados ocorre em meio aeróbio deve-se promover este meio com oxigênio dissolvido suficiente para que a DBO5 seja oxidada bioquimicamente, a expressão que representa esta parcela na equação do calculo da demanda de oxigênio é:
 
2. Satisfazer a necessidade para a respiração endógena: Outra necessidade é para que a parcela de biomassa oxidada (respiração endógena) possa ser realizada.
3. Prover mistura adequada: para manter uma mistura adequada, a quantidade de oxigênio deve estar associada a uma densidade de potência de aeração suficientemente grande para promover a condição de mistura completa e assim possibilitar um melhor contato entre o substrato e biomassa. Através da equação:
4. Manter um mínimo de 1 a 2 mg/L de concentração de OD: esta condição é relevante, principalmente quando o processo de lodos ativados é projetado para nitrificar, além de realizar a oxidação da matéria orgânica. Através da equação:
37. Comente a respeito de valos de oxidação, suas vantagens, desvantagens, características do processo, etc. Utilize pelo menos 20 linhas. 
Esta unidade de tratamento tem os mesmos princípios básicos dos demais processos biológicos de lodos ativados com período de aeração maiores que os de costume adotados nos processos convencionais e características que incluem na modalidade de aeração prolongada ou oxidação total.
O valo de oxidação é um canal de alvenaria ou concreto, de fundo plano, na forma de um circulo achatado onde o efluente bruto circula durante algumas horas, impulsionado por rotores de pás fixas transversalmente ao fluxo, que tem função de difundir o O2 na massa líquida, agitação da superfície do liquido e aumento da superfície do liquido em contato com a atmosfera. Sua eficiência pode chegar a mais de 95%. Os valos exigem menos investimentos, menos problemas operacionais, removem nitratos e fosfatos. Suas desvantagens estão nos gastos com a movimentação dos rotores e os gatos referentes à aeração.
39. Um efluente industrial tem uma concentração de DQO de 8.000 mg/L, DBO5 de 6.000 mg/L e SSV de 4.000 mg/L, sendo 50% biodegradável e 1.000 mg/L de sulfato. Tu deves escolher um processo para tratar este efluente. Sabe que a primeira etapa é anaeróbia, a qual poderá ser constituída de UASB, Reator Anaeróbio Fluidificado ou Filtro Anaeróbio. Qual deles você optaria e por que. Após, haverá um reator aeróbio (lodos ativados). Quais os cuidados que deverá ser tomado no processo de lodos ativados? Por que? 
Optaria pelo UASB, como há grande concentração de biomassa no interior do reator, este sistema faz com que o tempo de residência dos microrganismos seja muito maior que o tempo de detenção hidráulico, inclusive dos organismos de mais lento crescimento. Apresenta maior contato entre biomassa e despejo e proporciona uma melhor atividade da biomassa. Os reatores com leito fluidizado tem como desvantagem alto consumo de energia e de implantação, filtros anaeróbios apresentam baixa eficiência quando comparados com UASB (E=60). 
Cuidados a serem tomados no UASB: 
- formação de curtos-circuitos, caminhos preferenciais que diminuem o contato; 
- formação de zonas mortas; 
- entupimento de sistemas de distribuição. 
Cuidados a ter no Lodo Ativado: 
- principalmentecom balanço nutricional, pois o UASB só retirará matéria orgânica.
40. Tu és chamado para resolver um problema de “bulking” em processo de lodos ativados. Qual a estratégia que adotaria? Explique à luz da teoria que a fundamenta. Todas as respostas deverão ser apoiadas em equações quando possível. 
(1) Verificar a COV do sistema, a partir da DBO de entrada e do volume do tanque. Se esta estiver muito baixa ou muito alta, irá refletir na falta ou excesso de nutrientes promovendo o surgimento de filamentosos:
 ; DBO:N:P = 100:50:1
(2) Verificar a eficiência da mistura, que está associada a densidade de potência. Dividir a potência que está sendo aplicada ao sistema pelo volume do tanque:
(3) Verificar o pH de entrada no reator, se estiver muito ácido podem ocorrer o surgimento de filamentosos:
(4) Verificar se o oxigênio dissolvido é suficiente, pois valores deficitários poderão proporcionar condições para que filamentosos ocorram em concentração superior a desejada.
Após verificar qual a causa do problema, deve-se tomar ações imediatas de acordo com cada caso:
(1) reduzir a concentração de DQO ou aumentar o volume do reator;
(2) aumentar a potência de mistura;
(3) corrigir o pH do meio, utilizando compostos a base de carbonato de cálcio;
(4) aumentar a taxa de oxigenação do sistema.