APOSTILA TRATAMENTO DE ESGOTOS

massa de lodo, sendo obtido através de: 
 
 Sólidos Sedimentáveis aos 30 minutos (mL/L) 
IVL =  x 1.000 
 Sólidos em Suspensão Totais (mg/L) 
 
Pode-se deduzir que, quando o lodo encontra-se bem formado, os valores do IVL são 
baixos e vice-versa. 
Pode ser observado que existe uma faixa de relação alimento/microrganismos que conduz 
a uma melhor floculação biológica e a valores mais baixos de IVL Corresponde à faixa 
de operação dos sistemas de lodos ativados convencionais. Pode se observado também 
que, reduzindo-se a relação alimento/microrganismos há prejuízo para a floculação 
biológica pela maior incidência de fase endógena e os valores de IVL são mais elevados. 
Ë a faixa operacional dos sistemas com aeração prolongada, em que ocorrem maior perda 
de sólidos com o efluente final. Apesar disso, os sistemas com aeração prolongada 
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resultam em maior eficiência na remoção de matéria orgânica biodegradável dos esgotos, 
uma vez que os sólidos perdidos são mais digeridos. Na tabela comparam-se as 
eficiências na remoção de DBO e sólidos em suspensão dos sistemas convencionais com 
os sistemas com aeração prolongada. 
 
Tabela 6: Eficiências típicas do processo de lodos ativados. Fonte: Hespanhol (l986). 
 
Processo/Parâmetro DBO Carbonácea 
(%) 
DBO Nitrogenada 
(%) 
Sólidos em 
Suspensão (%) 
Lodos Ativados 
Convencionais 
90 40 87 
Lodos Ativados com 
Aeração Prolongada 
95 85 94 
 
Observa-se que os sistemas com aeração prolongada promovem maior grau de 
nitrificação dos esgotos, podendo ocorrer oxidação total de amônia quando se introduz no 
tanque de aeração cerca de 3,0 kgO2/kgDBO. É um dos raros processos biológicos 
capazes de atender ao rigoroso padrão de emissão de 5 mg/L para nitrogênio amoniacal, 
imposto na Resolução no. 20 do CONAMA. Nos sistemas convencionais o grau de 
nitrificação dos esgotos é menor, reduzindo-se com o decréscimo da idade do lodo. Já a 
remoção de sólidos em suspensão é menor nos sistemas com aeração prolongada. 
 
 Balanço de massa de substrato em torno do tanque de aeração 
 
Fazendo-se o balanço de massa de microrganismos (SSV) no sistema de lodos ativados 
como um todo (tanque de aeração e decantador secundário, mais o sistema de 
retorno/descarte de lodo), tem-se, no regime estabilizado: 
 
Q . Xo – [ Qd . Xr + (Q - Qd) . Xe ] + V . δX/δt = 0 
 
Onde δX/δt representa o crescimento global de microrganismos. 
Define-se µ , taxa específica de crescimento biológico, através de: 
 
 massa de células (KgSSV) produzidas por dia 
µ =  
 
 massa de células (KgSSV) no reator 
 
Porém, em um sistema de lodos ativados, nem todas as células se encontram em fase de 
crescimento, devendo-se descontar o decaimento via metabolismo endógeno, cuja taxa 
específica é representada por kd: 
 
 massa de células (KgSSV) destruídas por dia 
kd =  ⇒ 
 massa de células (KgSSV) no reator 
 
A taxa de crescimento microbiano líquida, µ′, é dada por: µ′ = µ - kd . A taxa 
global de crescimento é obtida multiplicando-se a taxa específica pela concentração 
celular, X: 
 
 δX / δt = ( µ - kd ) . X 
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E, portanto, desprezando-se a concentração de microrganismos presentes no próprio 
esgoto, Xo, por ser bem inferior a X, tem-se: 
 
 – [ Qd . Xr + (Q - Qd) . Xe ] + V . X . ( µ - kd ) = 0 
 
 [ Qd . Xr + (Q - Qd) . Xe ] 
µ - kd =  ⇒ 1 / θc = µ - kd 
 V . X 
 
A taxa específica de crescimento, µ, relaciona-se com a utilização de substrato, U, pelo 
coeficiente de síntese celular, ou seja: 
 
µ = Y . U ⇒ 1 / θc = Y . U - kd 
 
Mas, conforme obtido ainteriormente, 
 So - Se 
U =  ⇒ 
 td . X 
 
 So - Se 
1 / θc = Y .  - kd 
 td . X 
 
Esta equação permite a determinação dos coeficientes Y e kd. Operando-se um sistema de 
lodos ativados sob diversas idade do lodo, tem-se para cada uma um valor estabilizado de 
Se e X, de forma que cada condição representa um ponto da reta em que Y é o coeficiente 
angular e kd o parâmetro linear. 
 
4.5. Modelo de Monod 
 
Monod adaptou as relações de Michaelis-Menten da microbiologia com culturas puras 
para o tratamento de esgotos. Verificou experimentalmente que em sistemas de lodos 
ativados a taxa específica de crescimento celular, µ, não é constante e sim variável com a 
concentração de substrato até certo ponto em que o alimento e o crescimento tornam-se 
ilimitados. Depende de um valor máximo, µmáx, que é a taxa de crescimento quando não 
há limitação de substrato, da concentração de substrato, Se, e do coeficiente de velocidade 
ou constante de saturação, Ks, que é o valor da concentração de substrato para a qual a 
taxa de crescimento dos microrganismos é igual à metade da máxima. 
 
 µmáx. . Se 
µ =  
 Ks + Se 
 
Mas, µ = Y . U e, por tanto, tem-se: 
 
 µmáx. . Se 
Y . U =  
 Ks + Se 
 
 
 
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 µmáx. . Se 
U =  
 Y . ( Ks + Se ) 
 
Chamando-se de k a relação entre coeficientes cinéticos µmáx/Y, k representará a taxa 
máxima de utilização de substrato por unidade de microrganismos. 
 k . Se 
U =  
 ( Ks + Se ) 
 
E, conforme já definido: 
 
 So - Se 
U =  
 td . X 
 
Tem-se que: 
 
 So - Se k . Se 
  =  
 td . X ( Ks + S ) 
 
 td . X Ks 1 1 
  =  .  +  
 So - Se k Se k 
 
Esta equação permite a determinação dos coeficientes cinéticos k e Ks e, como µmáx= Y.k, 
podem assim ser obtidos os cincos coeficientes cinéticos que governam o processo de 
lodos ativados, Y, kd, µmáx, Ks e k. Na Tabela 7 são apresentados valores típicos dos 
coeficientes cinéticos. 
 
Tabela 7 : Valores típicos dos coeficientes cinéticos para o processo de lodos ativados 
aplicado ao tratamento de esgoto sanitário. Fonte: Metcalf & Eddy (1991 ) 
 
Coeficiente Unidade Faixa Valor Típico 
k d-1 2 - 10 5 
Y mgSSV/mgDBO5 0,4 – 0,8 0,6 
mgDBO5 25 - 100 60 ks 
mgDQO 15 - 70 40 
kd d-1 0,025 – 0,075 0,06 
 
Exercício de aplicação: Operou-se 5 sistemas de lodos ativados em escala de laboratório, 
em paralelo, tendo-se obtido os seguintes resultados após a estabilização: 
 
Idade do lodo 
θc (dias) 
2 4 6 8 10 
SSVTA 
X (mg/L) 
1.380 1.922 2.215 2.344 2.456 
DBO5,20 (filtrada) 
Se (mg/L) 
60 32 16 11 09 
 
 20
Todos os reatores foram alimentados com o mesmo esgoto com DBO5,20 = 300 mg/L e 
tempo de detenção hidráulico de 04 horas. Variou-se a idade do lodo de um sistema para 
o outro, através do descarte de diferentes quantidades médias de lodo por dia. Determinar 
os valores dos coeficientes cinéticos Y, kd, Ks, k e µmáx e analisar os resultados obtidos. 
 
4.6. Variantes do Processo de Lodos Ativados 
 
Existem diversas variantes do processo de lodos ativados. Cabe inicialmente caracterizar 
e estabelecer as diferenças entre os sistemas convencionais e os com aeração prolongada. 
A idéia fundamental é a de que nos sistemas convencionais, as condições no tanque de 
aeração são planejadas para que ocorra a floculação biológica sob maior fator de carga e 
menor idade do lodo. Com isso, os volumes necessários de tanques reatores são menores 
porém, o grau de digestão do excesso de lodo descartado é baixo e é necessária uma 
estabilização bioquímica complementar antes