3 Biotecnologia geral Tratamento biológico de efluentes

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Biotecnologia geral 
TER 00101 
 
Prof. Natalia Ribeiro 
Aula 2 
Processos biotecnológicos 
Bioprocessos 
- Controle da poluição hídrica 
Águas residuárias/efluentes 
• 80 a 95% da água consumida é descarregada como efluente líquido; 
 
• Estes efluentes caracterizam-se principalmente por: 
 
- Alta carga orgânica; 
- Alto conteúdo de gordura; 
- Flutuações de pH em função do uso de agentes de limpeza ácidos e 
básicos; 
- Altos conteúdos de nitrogênio, fósforo e sal; 
- Teores significativos de sais 
- Eventualmente, teores significativos de compostos aromáticos 
diversos; 
- Flutuações de temperatura (uso de água quente e fria). 
Águas residuárias/efluentes 
• Agricultura 
• Agroindústria (ex. abatedouros, frigoríficos) 
• Indústria 
• Chorume 
• Esgoto 
 
Águas residuárias/efluentes 
• Principais constituintes 
- Água (99,9 %) 
 
- Sólidos (0,1%) 
 
Sólidos suspensos 
Sólidos dissolvidos 
Matéria Orgânica 
Nutrientes 
Organismos patogênicos 
LODO 
Porque tratar os efluentes? 
O objetivo do tratamento de efluentes consiste na remoção 
da poluição presente (inorgânica ou orgânica) pelo uso de 
processos químicos, físicos e biológicos para posterior 
lançamento nos corpos receptores. 
Porque tratar os efluentes? 
Remoção da matéria orgânica e inorgânica 
 
Remoção de nutrientes 
 
Remoção de sólidos em suspensão 
 
Remoção de organismos patogênicos 
 
Remoção do odor 
Tratamento biológico de efluentes 
Tratamento biológico de efluentes 
 - Biodegradação: Degradação de matéria orgânica, 
a partir da ação de microrganismos. Pode ocorrer 
em condições: 
 
• Aeróbias (com presença de O2); 
• Anaeróbias (sem presença de O2) 
• Facultativas 
 
- Biodegradabilidade: substâncias químicas usadas 
como substratos por microrganismos. 
 
Tratamento biológico de efluentes 
- Substância orgânica recalcitrante – substância 
orgânica resistente à biodegradação (não 
biodegradável) 
 
 
 
Tratamento biológico de efluentes 
Características das substâncias orgânicas recalcitrante 
 
• totalmente resistentes ao ataque microbiano e que não são 
metabolizadas sob quaisquer condições, até o presente 
momento; 
 
• Compostos que são lentamente metabolizados na natureza; 
 
• Compostos que são rapidamente destruídos em alguns 
ambientes ou sob certas circunstâncias, mas persistem em 
outros ambientes ou circunstâncias. 
 
Tratamento biológico de efluentes 
- Substância orgânica biodegradável – matéria 
orgânica passível de degradação por processos 
bioquímicos  ação de microrganismos vivos 
 Matéria 
orgânica 
CO2 
 
H2O 
 
CH4 
Microrganismos 
Tratamento biológico de efluentes 
- Substância orgânica tóxica – substância cuja a 
exposição, contato ou ingestão a uma certa 
quantidade chega a afetar sua toxidade a saúde 
humana  câncer e defeitos congênitos 
 
Exemplo: organoclorados – pesticidas (fungicidas, herbicidas e 
inseticidas), PCB, PAH 
Tratamento biológico de efluentes 
- Floculação biológica – nos reatores biológicos 
aeróbios a matéria orgânica dos efluentes é 
biodegradada pela ação de microrganismos  
lodo biológico 
 
Biomassa (lodo biológico ativo) 
 Floco biológico Degradação da matéria orgânica 
Separação da fase líquida 
Tratamento biológico de efluentes 
Biomassa (lodo biológico ativo) 
 
 Floco biológico Degradação da matéria orgânica Separação da fase líquida 
Matéria orgânica + O2 + NH3 + PO4
3- Novas células + CO2 + H2O 
Tratamento biológico de efluentes 
 Sistemas complexos 
 Populações mistas 
 Atuação antagônica 
 Sinergia 
Tratamento biológico de efluentes 
Tratamento biológico de efluentes 
- Reator Biológico: Unidade que concentra 
microrganismos e onde ocorrem às reações 
bioquímicas. 
 
- Tempo de Detenção Hidráulica: Tempo necessário para 
que os microrganismos procedam a estabilização da 
biomassa. 
 
 
 
 
Tratamento biológico de efluentes 
- Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5,20): 
Quantidade de oxigênio consumido para estabilizar 
bioquimicamente o material orgânico biodegradável 
contido no efluente, sob condição aeróbia, no teste de 
incubação durante cinco dias, a 20°C. 
 
- Demanda Química de Oxigênio (DQO): Quantidade de 
oxigênio consumida para oxidação da matéria orgânica 
contida no efluente, estimada através da reação 
química, utilizando o dicromato de potássio como 
reagente, sob condição ácida e quente. 
 
 
 
Tratamento biológico de efluentes 
• Fatores limitantes para processos biológicos: 
- Presença de óleos e graxas 
- Variações de temperatura e pH 
- Salinidade 
- Nutrientes 
- Micronutrientes 
- Dureza 
- Oxigênio (aeróbio/anaeróbio) 
- Tipos de microrganismos presentes 
- Concentração de microrganismos degradadores 
Tratamento biológico de efluentes 
Fatores limitantes para processos biológicos 
Parâmetros Aeróbio Anaeróbio Facultativo Faixa ideal Inibidora 
Temperatura 12-35 °C 30 – 35 °C 15 – 35 °C 30 – 35 °C > 36 °C 
pH 5,0 – 10,6 6,8 – 7,2 5,5 – 9,0 6,8 – 7,2 Variações 
bruscas 
Nutrientes 
(DBO:N:P) 
100:5:1 350:5:1 100:5:1 - Ausência 
Micronutrientes Concentrações semelhantes às encontradas nos lodos 
ativados 
Ausência 
Óleos e graxas < 12 mg/L < 12 mg/L < 12 mg/L 0 – 5 mg/L > 12 mg/L 
Dureza < 50 mg/L < 50 mg/L < 50 mg/L < 20 mg/L > 50 mg/L 
Sais dissolvidos < 7000 mg/L < 7000 mg/L < 7000 mg/L < 1000 mg/L > 8000 mg/L 
Tratamento biológico de efluentes 
Tratamento biológico de efluentes 
Tratamento biológico de efluentes 
Tipos de sistemas de tratamento 
 
1) Lodos ativados 
2) Filtros biológicos 
3) Lagoas aeradas 
4) Lagoas anaeróbias 
5) Biodigestores 
 
 
Tratamento biológico de efluentes 
• Lodos ativados 
processo fundamentado no fornecimento de 
oxigênio para que os microrganismos 
biodegradem a matéria orgânica dissolvida e em 
suspensão nos efluentes. 
Efluente 
CO2 
H2O 
Flocos 
biológicos 
Tratamento biológico de efluentes 
• Lodos ativados 
Sistema no qual a massa biológica cresce e flocula, sendo 
continuamente recirculada e colocada em contato com a matéria 
orgânica do despejo líquido na presença de oxigênio (aeradores 
mecânicos de superfície) 
 Tanque de 
aeração 
Efluente 
tratado 
Decantador 
Descarte 
do lodo 
Efluente 
Tratamento biológico de efluentes 
• Filtros biológicos 
Sistema construído de um leito de material do qual os 
microrganismos aderem e por meio do qual o efluente é 
percolado, após ser distribuído sobre o topo do leito por um 
distribuidor rotativo, geralmente acionado pela reação de um 
jato de líquido. 
Tratamento biológico de efluentes 
Filtros biológicos 
Meio Filtrante: Material destinado a reter sólidos ou fixar microorganismos na 
sua superfície para depuração de efluentes. 
 
Tratamento biológico de efluentes 
Filtros biológicos 
 
Filtro Anaeróbio: Reator biológico com efluente em fluxo ascendente, 
onde atuam microrganismos anaeróbios, responsáveis pela 
biodegradação da matéria orgânica. (normalmente resulta em 
metanogênese). 
 
Filtro Aeróbio : Reator biológico composto de câmara reatora contendo 
meio filtrante submerso, basicamente aeróbia, onde ocorre a 
depuração do efluente. 
 
Filtro de Areia: Tanque preenchido de areia e outros meios filtrantes, 
com fundo drenante e com efluente em fluxo descendente, onde 
ocorre a remoção de poluentes, tanto por ação biológica quanto 
física. 
 
Tratamento biológico de efluentes 
• Filtro anaeróbio 
Reator biológico com esgoto em fluxo ascendente, 
composto de uma câmara inferior vazia e umacâmara 
superior preenchida de meio filtrante submersos, onde 
atuam microrganismos facultativos e anaeróbios, 
responsáveis pela estabilização da matéria orgânica. 
Tratamento biológico de efluentes 
• Filtro aeróbio 
Reator biológico composto de câmara reatora contendo meio 
filtrante submerso, basicamente aeróbia, onde ocorre a 
depuração do esgoto, e a câmara de sedimentação, onde os 
flocos biológicos são sedimentados e retornados para a câmara 
reatora. 
Tratamento biológico de efluentes 
• Lagoa aerada 
Seguida de um sistema de separação de sólidos 
(decantação), fornecem uma eficiência de remoção de 
DBO bastante elevada, mesmo a baixas idades de lodo. 
 
Ocupa uma área da ordem de 1 a 10% da necessária 
para lagoas de estabilização fotossintética. 
Tratamento biológico de efluentes 
• Lagoa aerada 
Tratamento biológico de efluentes 
• Lagoa anaeróbia 
As lagoas são profundas, entre 3 e 5 metros, para reduzir a 
penetração de luz nas camadas inferiores. Além disso, é lançada 
uma grande carga de matéria orgânica, para que o oxigênio 
consumido seja várias vezes maior que o produzido. 
 
O tratamento ocorre em duas etapas. Na primeira, as moléculas 
da matéria orgânica são quebradas e transformadas em 
estruturas mais simples. Já na segunda, a matéria orgânica é 
convertida em metano, gás carbônico e água. 
 
Tratamento biológico de efluentes 
• Reator anaeróbio 
É um reator fechado. O tratamento biológico ocorre por 
processo anaeróbio, isto é, sem oxigênio. A decomposição da 
matéria orgânica é feita por microrganismos presentes num 
manto de lodo. 
 
O esgoto sai da parte de baixo do reator e passa pela camada de 
lodo que atua como um filtro. A eficiência atinge de 65% a 75% 
e, por isso, é necessário um tratamento complementar que pode 
ser feito através da lagoa facultativa. É um mecanismo compacto 
e de fácil operação. 
 
Tratamento biológico de efluentes 
• Tanques sépticos 
Os tanques sépticos são unidades de tratamento primário 
de esgoto doméstico nas quais são feitas a separação e a 
transformação físico-química da matéria sólida contida no 
esgoto. O esgoto deve ser lançado em um tanque ou em 
uma fossa para que com o menor fluxo da água, a parte 
sólida possa se depositar, liberando a parte líquida. Uma 
vez feito isso bactérias anaeróbias agem sobre a parte 
sólida do esgoto decompondo-o. 
Tratamento biológico de efluentes 
• Biodigestores 
equipamento que cria ambiente propicio para que os 
microorganismos biotransformarem os resíduos orgânicos 
(esterco animal, restos vegetais, etc.) em substâncias úteis, no 
caso Biogás e Biofertilizante. 
 
A premissa básica para este ambiente é a ausência de oxigênio. 
Além disso, também é importante que não existam grandes 
variações de temperatura e que não sejam inseridos 
substâncias de difícil degradação. 
 
Tratamento biológico de efluentes 
Sistemas anaeróbios de alta carga 
(tratamento de águas residuais) 
Disposição final de efluentes 
Vala de infiltração 
 
É o processo de tratamento/disposição final do efluente que consiste na 
percolação do mesmo no solo, onde ocorre a depuração devido aos 
processos físicos (retenção de sólidos) e bioquímicos (oxidação). 
 
- Solo como meio filtrante, seu desempenho depende das características do 
solo, assim como do seu grau de saturação por água. 
 
- Vala escavada no solo, preenchida com meios filtrantes e provida de tubos 
de distribuição de efluente, destinada à remoção de poluentes através de 
ações físicas e biológicas sob condições essencialmente aeróbias. 
 
Disposição final de efluentes 
Sumidouros 
 
Poço escavado no solo, destinado à depuração e disposição 
final do efluente no nível subsuperficial. 
 
O sumidouro é a unidade de depuração e de disposição final do 
efluente de tanque séptico verticalizado em relação à vala de 
infiltração. Devido a esta característica, seu uso é favorável 
somente nas áreas onde o aqüífero é profundo, onde possa 
garantir a distância mínima de 1,50 m (exceto areia) entre o seu 
fundo e o nível aqüífero máximo. 
 
Disposição final do lodo 
Leito de Secagem 
 
Unidade destinada à desidratação de lodo removido, por 
processo natural de evaporação e infiltração, contendo 
dispositivo de drenagem do líquido. 
 
Disposição final de efluentes 
Resolução CONAMA Nº 357/2005 e 397/2008 
 
Enquadramento do corpo receptor segundo classes – 
definidas segundo parâmetros físicos, químicos e biológicos 
 
Marco zero para lançamento de efluentes 
Escolha e dimensionamento de sistemas 
 Levantamento de dados 
 
1) Produção de cargas poluidoras 
Efluentes são perdas de água e matérias primas ou produtos oriundos 
de um processo 
Processos produtivos 
Processos de limpeza 
 “Água não é 
vassoura” 
Escolha e dimensionamento de sistemas 
 Levantamento de dados 
3) Manutenção preventiva 
Entender como é feita e a periodicidade 
Paralização do processo  descarte de efluente fora dos padrões 
 
4) Possibilidade de contaminação do efluente 
- Embalagens de produtos químicos danificadas 
- Estoque excessivo de produtos 
- Vazamento de bombas e tubulações 
Escolha e dimensionamento de sistemas 
 Levantamento de dados 
 
5) Caracterização do processo 
- Lista de matérias primas 
- Fluxograma do processo (efluentes contínuos e 
intermitentes) 
- Características do ponto de lançamento 
- Sistemas de medição dos efluentes (vazão) 
- Operações de limpeza (qt./h) 
- Manutenção 
Escolha e dimensionamento de sistemas 
 Levantamento de dados 
 
6) Estudos/Ensaios de tratabilidade 
- Realizado antes da adoção de um processo de 
tratamento biológico, e durante a operação do 
sistema adotado 
- Coleta de amostras em diferentes matrizes 
- Dados climáticos 
Escolha e dimensionamento de sistemas 
 Escolha do sistema 
 
- Característica do(s) efluentes a serem tratados 
- Custo dos equipamentos 
- Custo operacional 
- Área disponível 
- Necessidade de remoção de nutrientes 
- Resistência a variações de cargas 
Monitoramento dos sistemas 
Centro de controle operacional (CCO) 
 
Monitoramento constante dos efluentes 
brutos e tratados 
Obrigada!