Tratamento de efluentes Aula 10 Processo de lodo ativado parte 1

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Tratamento de Efluentes 
Aula 10 - Processo de lodo ativado 
(parte 1) 
Prof. Dr. Aleksándros Souza 
DEFINIÇÕES 
Conceitos básicos 
• Efluentes 
– Geralmente produtos líquidos ou gasosos 
produzidos por indústrias ou resultantes dos 
esgotos domésticos urbanos, lançados no meio 
ambiente 
 
• Poluição 
– Qualquer alteração física, química ou biológica 
capaz de mudar as características do ambiente 
causando danos ambientais. 
Principais processos poluidores da água 
• Contaminação 
– Introdução na água de substâncias nocivas à 
saúde e as espécies da vida aquática. 
 
• Assoreamento 
– Acúmulo de substâncias minerais (areia, argila) ou 
orgânicas (lodo) em um corpo de água, reduzindo 
sua profundidade e seu volume útil. 
Principais processos poluidores da água 
• Eutrofização 
– Fertilização excessiva por recebimento de 
nutrientes (nitrogênio, fósforo), causando 
crescimento descontrolado de algas e plantas 
aquáticas. 
 
• Acidificação 
– Abaixamento do PH pela presença de substâncias 
ácidas. 
Conceitos específicos 
• Estação de tratamento biológico 
– Infraestrutura que trata as águas residuais de 
origem sanitária, comumente chamadas de 
esgotos sanitários, para depois serem escoadas 
para o mar ou rio com um nível de poluição 
aceitável, ou então serem "reutilizadas“. 
Conceitos específicos 
• Tratamentos físico-químicos 
– Operações físicas e químicas tais como 
coagulação, floculação, sedimentação, correção de 
pH, dentre outras. 
 
• Tratamentos biológicos 
– Utiliza processos biológicos realizados por seres 
vivos, tais como bactérias, protozoários, algas, 
plantas aquáticas, dentre outros, para remoção do 
contaminante. 
Composição típica do esgoto sanitário 
• A composição do esgoto sanitário é bastante estudada e 
conhecida como uma corrente aquosa com cerca de 0,1% 
de materiais como: sólidos suspensos, compostos 
orgânicos, nutrientes, metais, sólidos dissolvidos, sólidos 
inertes, sólidos grosseiros, compostos não 
biodegradáveis, organismos patogênicos e 
ocasionalmente contaminantes tóxicos. 
Composição típica do esgoto sanitário 
Composição típica do esgoto sanitário 
Definição 
• Lodos ativados 
– Sistema em que 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, ou 
através de aeradores mecânicos de superfície. 
PROCESSO DE LODOS ATIVADOS 
Processo biológico 
Processos biológicos 
• Os tratamentos baseados em processos biológicos 
permitem tratar grandes volumes de efluente, com 
menor custo e simplicidade operacional 
 
• Para efluentes complexos, o processo biológico mais 
utilizado é tratamento de lodo ativado, por ter um 
nível de eficácia elevado. 
Objetivos 
Porque tratar os 
efluentes? 
Remoção de 
matéria orgânica e 
Inorgânica 
Remoção de nutrientes 
Remoção de sólidos em 
suspensão 
Remoção de 
organismos 
patogênicos 
Vantagens e desvantagens 
Etapas do tratamento 
TRATAMENTO 
PRELIMINAR 
Objetiva apenas a remoção dos sólidos grosseiros (materiais de maiores dimensões e areia) por 
meio de mecanismos físicos e o desengorduramento nas caixas de gordura. 
O objetivo é principalmente a remoção de matéria orgânica e eventualmente nutrientes (nitrogênio 
e fósforo). 
Objetiva remover poluentes específicos, ou ainda complementar a remoção de poluentes não 
suficientemente removidos no tratamento secundário. 
TRATAMENTO 
PRIMÁRIO 
Visa, por meio de mecanismos estritamente físicos, a remoção de sólidos sedimentáveis e, em 
decorrência, parte da matéria orgânica. 
TRATAMENTO 
SECUNDÁRIO 
TRATAMENTO 
TERCIÁRIO 
DESINFECÇÃO 
Objetiva a remoção dos organismos patogênicos. Pode ser considerada como integrante do 
tratamento secundário ou do tratamento terciário, dependendo do processo adotado. Pode usar 
Peróxido de Hidrogênio ou Cloro. 
PROCESSO DE LODOS ATIVADOS 
CONVENCIONAL 
Processo biológico 
Processo de lodos ativados convencional 
• O processo de lodos ativados convencional é 
composto das seguintes etapas: 
 
– Tratamento preliminar: gradeamento e desarenação 
– Decantadores primários 
– Tanques de aeração 
– Decantadores secundários 
– Adensadores de lodo 
– Digestores de lodo 
– Sistema de desidratação 
Processo de lodos ativados convencional 
Processo de lodos ativados convencional 
• Os decantadores primários providenciam uma 
redução da carga orgânica afluente ao tratamento 
biológico. 
 
• O lodo separado nos decantadores secundários 
retorna para o tanque de aeração, mas há a 
necessidade de descarte do lodo excedente para o 
controle do processo biológico. 
Processo de lodos ativados convencional 
• Ambos os lodos, produzidos nos decantadores 
primários e secundários, podem ser encaminhados 
para uma digestão biológica conjunta. 
PROCESSO DE LODOS ATIVADOS 
COM AERAÇÃO PROLONGADA 
Processo biológico 
Processo de lodos ativados com aeração 
prolongada 
• Não se empregam decantadores primários e o 
tratamento biológico é dimensionado de forma a 
produzir um excesso de lodo mais mineralizado, de 
forma a se dispensar a necessidade de qualquer tipo 
de digestão complementar de lodo. 
Processo de lodos ativados com aeração 
prolongada 
• Dispensando os decantadores primários e digestores de lodo, 
as principais etapas do sistema de lodos ativados com aeração 
prolongada são: 
 
– Tratamento preliminar: gradeamento e desarenação 
– Tanques de aeração 
– Decantadores secundários 
– Adensadores de lodo 
– Sistema de desidratação de lodo 
Processo de lodos ativados com aeração 
prolongada 
PROCESSO DE LODOS ATIVADOS 
COM AERAÇÃO PROLONGADA 
OPERANDO EM BATELADAS 
Processo biológico 
Processo de lodos ativados com aeração 
prolongada operando em bateladas 
• Em situações onde ocorrem grandes flutuações de 
população e, consequentemente, de carga orgânica, 
a variante com aeração prolongada pode operar sob 
o regime de bateladas sequenciais. 
Processo de lodos ativados com aeração 
prolongada operando em bateladas 
– Não se empregam também os decantadores secundários, 
sendo a função de separar o lodo do efluente final 
também atribuída aos tanques de aeração. 
 
– Os tanques de aeração são alimentados na forma de 
rodízio e a operação de sedimentação poderá ocorrer em 
tanques que não estejam sendo alimentados por esgotos 
em períodos pré-estabelecidos de forma sincronizada. 
Processo de lodos ativados com aeração 
prolongada operando em bateladas 
• Um sistema de lodos ativados com aeração prolonga 
operando em bateladas, fica reduzido a: 
 
– Tratamento preliminar: gradeamento e desarenação 
– Tanques de aeração e decantação 
– Adensadores de lodo 
– Sistema de desidratação de lodo 
Processo de lodos ativados com aeração 
prolongada operando em bateladas 
Processo de lodos ativados com aeração 
prolongada operando em bateladas 
• Observe-se que, na figura anterior, não estão sendo incluídas 
as unidades correspondentes às outras necessidades de 
tratamento, como a desinfecção final ou a remoção de 
nutrientes por processos físico-químicos, dentre outras. 
PROCESSO DE LODOS ATIVADOS 
SEM RECIRCULAÇÃO DE LODO 
Processo biológico 
Processo de lodos ativados sem 
recirculação de lodo 
• O processo de lodos ativados sem recirculação de 
lodo é mais conhecido como sistema de lagoas 
aeradas: 
 
– Tratamento preliminar: gradeamento e desarenação 
– Lagoas aeradas mecanicamente 
– Lagoas de decantação 
Sistema de lagoas aeradas mecanicamente, 
seguidas de lagoasde decantação 
 
 
 
 
 
 
 
• Não foram incluídas aqui as necessidades de remoção e 
tratamento do lodo separado das lagoas de decantação. 
Sistema de lagoas aeradas mecanicamente 
• As lagoas aeradas mecanicamente foram concebidas 
para resolver problemas de sobrecargas em sistemas 
de lagoas de estabilização. 
PROCESSOS BIOLÓGICOS 
Classificação dos processos biológicos 
• O tratamento biológico pode ser subdividido em dois 
grandes grupos 
 
– Processos aeróbios 
– Processos anaeróbios 
 
» Observou-se uma tendência histórica em se comparar tais 
modalidades, enfatizando-se vantagens e desvantagens de cada 
grupo, hoje é consenso o interesse em associá-los, obtendo-se 
com isso importantes vantagens técnicas e econômicas. 
Classificação dos processos biológicos 
• Os processos biológicos podem ser classificados 
também em função do tipo de reator 
 
– De crescimento em suspensão na massa líquida 
– De biomassa aderida 
Classificação dos processos biológicos 
– De crescimento em suspensão na massa líquida 
• Nos reatores de crescimento em suspensão, não há suporte 
inerte para a aderência dos microrganismos, que crescem 
geralmente floculados e em suspensão na massa líquida. 
• No caso dos reatores aeróbios, o próprio sistema de aeração 
acumula essa função complementar de manter os sólidos 
biológicos em suspensão. 
Classificação dos processos biológicos 
– De biomassa aderida 
• Nos reatores de biomassa aderida, há introdução de material 
de enchimento como areia, pedras ou plástico, dentre outros, 
que podem se manter fixos ou móveis no reator, garantindo a 
aderência da biomassa que cresce sob a forma de biofilme 
aderido ao meio inerte. 
Classificação dos processos biológicos 
• Os processos biológicos podem ser classificados 
ainda em função da retenção ou não de biomassa 
– Biomassa são os microrganismos responsáveis pela degradação de 
matéria orgânica dos esgotos. 
Classificação dos processos biológicos 
– Nos processos em que não se pratica retenção de 
biomassa, o tempo de detenção hidráulica é equivalente 
ao tempo médio de residência celular 
– O tempo de detenção hidráulica é o tempo de passagem do esgoto 
pelo sistema, 
– O tempo médio de residência celular é conhecido por idade do lodo, 
que representa o tempo de permanência dos microrganismos no 
sistema. Assim, se é desejado que os microrganismos permaneçam 
durante determinado período no reator, os esgotos deverão ser 
retidos pelo mesmo período, o que torna as dimensões do sistema 
relativamente elevadas. É o caso, por exemplo, das lagoas aeradas 
mecanicamente de mistura completa. 
Classificação dos processos biológicos 
– Nos sistemas com retenção de biomassa, este mecanismo 
deverá ser produzido de alguma forma. 
• Quando se empregam reatores de crescimento em suspensão 
na massa líquida, como são os tanques de aeração dos 
processos de lodos ativados, a retenção de biomassa é feita 
recirculando-se o lodo sedimentado nos decantadores 
posicionados à jusante do reator biológico. 
Classificação dos processos biológicos 
• Já nos reatores de biomassa aderida, sejam de leito fixo ou 
móvel, a retenção de biomassa é garantida pela própria 
aderência dos microrganismos ao meio suporte formando os 
biofilmes. 
 
» Os reatores com retenção de biomassa compõem os chamados 
sistemas de tratamento compactos que, por permitirem maior 
concentração de microrganismos ativos, possuem maior 
capacidade de recebimento de carga de esgotos quando se 
compara com mesmo volume de reator onde não se procede a 
retenção do lodo. 
CONSIDERAÇÕES 
Processo de lodos ativados 
• Tratamento aeróbio 
 
• Crescimento em suspensão na massa líquida 
 
• Retenção de biomassa 
Processo de lodos ativados 
• Tratamento aeróbio 
– A introdução de oxigênio pode ser feita através de 
diferentes formas, como por meio de aeradores 
superficiais, sistemas com difusores, até mesmo 
oxigênio puro pode ser introduzido diretamente 
nos tanques. 
Processo de lodos ativados 
• Crescimento em suspensão na massa líquida 
– Os sólidos biológicos crescem na forma de flocos e 
são mantidos em suspensão pelo equipamento de 
aeração, não há meio suporte de biomassa, como 
os materiais inertes (pedras, plástico, etc.) 
introduzidos nos sistemas de filtros biológicos. 
Processo de lodos ativados 
• Retenção de biomassa 
– A retenção de biomassa é feita através de 
recirculação do lodo separado nos decantadores 
acoplados aos reatores biológicos. 
Processo de lodos ativados 
• Formação de flocos 
– Resultado da interação entre microrganismos e 
matéria orgânica nos tanques de aeração é a 
formação de flocos. 
• Agentes 
– Polímeros extracelulares produzidos pelos 
microrganismos são os principais agentes. 
Processo de lodos ativados 
• Formação de flocos densos 
– É necessário que as principais condições 
ambientais dentro dos reatores estejam 
controladas. 
• Uma das condições desejáveis é meio neutro em 
termos de pH, o que é característico do esgoto 
doméstico. Fora da faixa neutra, o número de grupos 
de microrganismos que se desenvolvem é menor, 
dando maior oportunidade para desequilíbrios e 
predominância de microrganismos mal formadores de 
flocos. 
Processo de lodos ativados 
• Nutrientes 
– A presença dos principais nutrientes, sobretudo 
compostos de nitrogênio e fósforo, deve ser bem 
administrada. 
– Para esgoto doméstico, sabe-se que há nitrogênio 
e fósforo em excesso, não havendo necessidade 
de adição artificial de nutrientes. O problema, na 
verdade, é como melhor removê-los. 
Processo de lodos ativados 
• Nutrientes 
– O efeito da deficiência do meio nos principais 
nutrientes é também no sentido de proporcionar 
a prevalência indesejável de certos grupos de 
microrganismos. 
Processo de lodos ativados 
• Oxigênio 
– Deve ser adicionado em quantidade suficiente 
para garantir o processo metabólico dos 
microrganismos que se desenvolvem no tanque 
reator e manter um pequeno saldo, segurança 
contra a ocorrência de anaerobiose. 
Processo de lodos ativados 
• Substâncias tóxicas 
– Os microrganismos podem também ser 
influenciados negativamente pela presença de 
substâncias tóxicas ou potencialmente inibidoras, 
que podem ser descarregadas pelos efluentes 
industriais. 
• Problemas em tratamentos biológicos foram 
responsabilizados pela presença em quantidade 
excessiva de compostos fenólicos ou de óleos e graxas, 
por exemplo. 
Processo de lodos ativados 
• Se os fatores ambientais externos estiverem 
sob controle, há que se planejar e manter 
adequadamente condições de funcionamento 
tais como a relação alimento/microrganismos 
e o tempo médio de residência celular. 
Processo de lodos ativados 
• Sólidos em suspensão 
– Uma boa floculação é necessária para que se 
tenha recuperação de sólidos elevada no 
decantador secundário e um efluente final com 
baixa concentração de sólidos em suspensão. 
Processo de lodos ativados 
• Sólidos em suspensão 
– A perda de sólidos em suspensão juntos com o 
esgoto tratado é inevitável, o ajuste operacional 
do processo de lodos ativados consiste 
essencialmente em procurar encontrar as 
condições ambientais que levem à melhor 
floculação possível, reduzindo-se a perda de 
sólidos com o efluente final e obtendo-se maior 
eficiência na remoção de matéria orgânica 
biodegradável. 
Processo de lodos ativados 
• Sólidos em suspensão 
– O excesso de lodo biológico descartado 
continuamente do sistema deverá ou não sofrer 
digestão bioquímica complementar, dependendo 
das condições operacionais. 
Processo de lodos ativados 
• Sólidos em suspensão– Quando se mantêm maiores tempos de residência 
celular, o excesso de lodo resultante é melhor 
digerido. Estas característica é uma das principais 
que difere a variante com aeração prolongada dos 
processos convencionais. 
MICROBIOLOGIA 
Microbiologia 
• Um verdadeiro ecossistema é formado no 
tanque de aeração de um sistema de lodos 
ativados. 
 
• As bactérias são os principais decompositores 
de matéria orgânica dos esgotos por 
assumirem grandes massas em intervalos de 
tempo mais reduzidos do que os outros 
microrganismos heterotróficos. 
Microbiologia 
• Quando as condições ambientais são 
adequadas, surgem as zoogleas, 
flavobactérias, aerobacter, pseudomonas e 
alcalígenes, responsáveis por boa 
biofloculação. 
Microbiologia 
• Quando não, podem predominar 
excessivamente bactérias filamentosas como 
Sphaerotillus natans, nocárdia e outras 
bactérias responsáveis pelo intumescimento 
filamentoso do lodo, que leva à sua flutuação 
nos decantadores. 
Microbiologia 
• Além das bactérias, protozoários são 
importantes organismos em sistemas de lodos 
ativados, pois, além de também consumirem 
matéria orgânica, consomem bactérias mal 
floculadas, dando polimento ao efluente 
tratado. 
Microbiologia 
• Aparecem mais rapidamente protozoários 
fixos e, sucessivamente os ciliados cuja 
presença indica boas condições do lodo 
biológico. 
• De fato, a presença de protozoários é determinante 
para o bom andamento do processo, que evolui em 
direção ao aparecimento de micrometazoários como os 
rotíferos, cuja presença excessiva pode indicar lodo 
com idade demasiadamente elevada. 
Resumo 
• Definições 
 
• Processos de lodos ativados 
 
• Processos biológicos 
 
• Considerações 
 
• Microbiologia 
 Prof. Dr. Aleksándros E.A.M. Souza 
 Engenheiro Químico (UFRN) 
 Mestre em Eng. Química (UFPE) 
 Doutor em Eng. Química (UFPE/UPV, Espanha) 
 e-mail: prof.aleksandros.souza@gmail.com