BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL

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BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL
ESTUDO DIRIGIDO
Sabendo que é no tanque de aeração que ocorre tanto a degradação da matéria orgânica biodegradável como a floculação, explique:
Como ocorre a degradação da matéria orgânica?
A matéria orgânica, de origem animal e vegetal, presente no efluente é formada de uma combinação de moléculas de carbono com outros elementos apresentando uma estrutura complexa e variável. Entre estas substâncias citam-se, por exemplo, a ureia e a albumina, que além do carbono, contêm nitrogênio e, no caso da albumina, também o enxofre. Esta particularidade lhe confere uma decomposição mal cheirosa pela formação do gás ácido sulfídrico (H2S), com cheiro de ovo podre, caso se dê em condições anaeróbias. A depuração biológica aeróbica no tratamento de efluentes se da pela existência natural de microorganismos na natureza e de seu comportamento em relação ao oxigênio, usando-o para formar óxidos estáveis por oxidação ou combustão úmida, gerando gás carbônico (CO2) como resultado da respiração dos microorganismos. O processo secundário remove cerca de 85% da matéria orgânica de esgotos. Os produtos formados com a decomposição microbiológica são gases, cátions e ânions, solúveis e assimiláveis pelas plantas. 
Carbono: CO2, CO3¯, HCO3¯, CH4, C elementar 
Nitrogênio: NH4+, NO2¯, NO3¯, N2 
Enxofre: S, H2S, SO3¨², SO4¨², CS2; 
Fósforo: H2PO4¯; 
Outros: H2O, O2, H2, H+, K+, Ca+², Mg+²; H3BO3
Qual a importância do processo de floculação e como ele ocorre?
No tratamento primário, as partículas sólidas sedimentam no fundo do tanque. Passam, entretanto por alguns procedimentos, algumas partículas são muito pequenas e não possuem peso suficiente para precipitarem. Por isso, geralmente na entrada da ETE, é adicionada uma substância coagulante a fim de unir essas partículas formando outras maiores e mais densas que consigam sedimentar com seu peso próprio no decantador.
No processo de tratamento da água que chega pode conter muitas impurezas que estão dispersas, então o coagulante vai servir para unir estas impurezas e facilitar sua remoção. A floculação irá agitar a água facilitando a união destas partículas. Para que estes dois processos ocorram são usados os seguintes produtos químicos:
Sulfato de Alumínio: coagulante, possui propriedades que ajudam a formar flocos gelatinosos e nesse momento são utilizados floculadores para agitar a mistura.
Cal hidratada: atua como um regulador de pH. O pH do sulfato de alumínio está em torno de 2,0 a 3,0 significando que é ácido demais, então para facilitar a floculação adiciona-se cal hidratado para diminuir o pH, deixando-o em torno de 6,5 que é considerado ideal para uma boa floculação.
Hipoclorito de Sódio: é o bactericida, ou seja, ele elimina todos os microorganismos e bactérias presentes na água. Ex: E. Colli, Klebsiella, etc.
Que problemas podem ocorrer no processo de floculação?
Qual a função do decantador secundário?
Os decantadores secundários exercem um papel fundamental no processo de lodos ativados, sendo responsável pela separação dos sólidos em suspensão presentes no tanque de aeração, permitindo a saída de um efluente clarificado, e pela sedimentação dos sólidos em suspensão no fundo do decantador, permitindo o retorno do lodo em concentração mais elevada.
Qual a importância da recirculação de sólidos entre o decantador secundário e o tanque de aeração?
O retorno do lodo é necessário para suprir o tanque de aeração com uma quantidade suficiente de microrganismos e manter uma relação alimento/ microrganismo capaz de decompor com maior eficiência o material orgânico. 
O que acontece com o lodo que é removido do tanque de decantação e não é recirculado para o tanque de aeração?
O efluente líquido oriundo do decantador secundário é descartado diretamente para o corpo receptor ou passa por tratamento para que possa ser reutilizado internamente ou oferecida ao mercado para usos menos nobres, como lavagem de ruas e rega de jardins.
Quais as principais diferenças entre um sistema de lodo ativado convencional e um sistema de lodo ativado com aeração prolongada?
O sistema de lodos ativados convencional é constituído por reator e decantadores primário e secundário. Este sistema possui decantador primário para que a matéria orgânica em suspensão sedimentável seja retirada ante do tanque de aeração gerando assim uma economia no consumo de energia. O tempo de detenção hidráulico é bem baixo, da ordem de 6 a 8 horas e a idade do lodo em torno de 4 a 10 dias. Como o lodo retirado ainda é jovem e possui grande quantidade de matéria orgânica em suas células, há necessidade de uma etapa de estabilização do lodo. A diferença deste sistema para o sistema convencional é que a biomassa permanece mais tempo no reator (18 a 30 dias), porém continua recebendo a mesma carga de DBO. Com isso o reator terá que possuir maiores dimensões e consequentemente existirá menor concentração de matéria orgânica por unidade de volume e menor disponibilidade de alimento. Para sobreviver às bactérias passam a consumir a matéria orgânica existente em suas células em seus metabolismos. Assim, o lodo já sairá estabilizado do tanque de aeração, não havendo necessidade de se ter um biodigestor. Este sistema também não possui decantador primário para evitar a necessidade de uma unidade de estabilização do lodo resultante deste. 
 Como a estabilização do lodo ocorre de forma aeróbia no reator, há um maior consumo de energia elétrica. Porém, este é um sistema de maior eficiência de remoção de DBO dentre os que funcionam com lodos ativados.
Sabendo que o nitrogênio pode ser encontrado em efluentes industriais na forma de partículas em suspensão ou dissolvido, responda:
Como o nitrogênio em suspensão pode ser removido?
Pode ser por meio de processo físico-quimicos e biológicos. Um dos processos físico-quimicos é o arraste com ar. Onde o esgoto, o efluente industrial ou a água natural poluída é inicialmente alcalinizado, adicionando cal hidratada ou soda cáustica. Elevando-se o pH das águas para um valor entre 11 e 12, o íon amônio converte-se quase que totalmente à forma gasosa. A remoção, também, pode ser feita pelo processo físico-químico que é empregado a cloração ao “break-point”.
No que consistem os processos de mineralização, nitrificação e desnitrificação?
A mineralização é entendida como a conversão do Nitrogênio orgânico (N-org) na sua forma inorgânica (Ni). Como o primeiro produto dessa transformação no solo é o amônio (NH4+), a amonificação é entendida como sinônimo de mineralização do Norg do solo. Entretanto, o NH4+ sofre uma rápida oxidação até NO3- realizada pelos microrganismos nitrificantes.
A nitrificação é um o processo de oxidação biológica sofrida pela amônia, que é convertida a nitrito (NO2-) por um grupo de bactérias nitrificadoras chamadas Nitrossomonas e, posteriormente, a nitrato (NO3-) por outro grupo conhecido por Nitrobacter, chama-se nitrificação.
O processo de desnitrificação ocorre em meio anóxico, isto é, na ausência de oxigênio livre, em lodos de fundo de rios e lagos e de unidades de separação de sólidos (decantadores) de estações de tratamento de esgotos. Reatores anaeróbios são projetados com esta função específica, pois a nitrificação (aeróbia) e a desnitrificação (anóxica) levam ao controle efetivo dos problemas que os compostos nitrogenados podem trazer às águas naturais. A desnitrificação utiliza, inicialmente, o material orgânico rapidamente biodegradável e, do material lentamente biodegradável, convertendo em CO2 e H2O. Assim, a desnitrificação pode diminuir o consumo de O2 para a remoção de matéria orgânica na fase aeróbia, além de devolver parte da alcalinidade do sistema que poderá ser consumida pelo processo de nitrificação.
Esses processos ocorrem em condições aeróbias ou anaeróbias? Que bactérias são responsáveis por esses processos?
A mineralização e nitrificação ocorrem em condições aeróbias realizadas pelos microrganismos nitrificantes. . Microrganismos autotróficoscomo as do gênero Nitrosomonas, responsáveis pela passagem da amônia a nitrito (bactérias que oxidam amônia - BOA), e do gênero Nitrobacter, responsáveis pela conversão de nitrito a nitrato (bactérias que oxidam nitrito - BON), na presença de oxigênio dissolvido (OD) e num intervalo de pH neutro a levemente alcalino, são os principais responsáveis pelo processo de nitrificação.
A desnitrificação é realizada por varias bactérias, dentre elas destaca-se o gênero Pseudomonas, sendo estas bactérias heterotróficas facultativas, que utilizam o nitrato como receptor de elétrons, necessitando de algum material orgânico para operar como doador de elétrons, em condições anóxicas, ou seja, na ausência de oxigênio. O enriquecimento e isolamento dessas bactérias são possíveis pela utilização de meios sintéticos.
Nos sistemas convencionais de tratamento de efluentes, a remoção de nutrientes é baixa. Quais as modificações feitas na configuração convencional de um sistema de lodo ativado para criar uma vala de oxidação?
Em uma vala de oxidação para tratamento secundário, o lodo é transportado horizontalmente através de um tanque de formato circular. A aeração fornece oxigênio para os microrganismos aeróbicos, a fim de permitir o consumo de matéria orgânica. A aeração também facilita os processos de nitrificação para remoção de nitrogênio. Por isso, uma aeração eficiente é necessária para aperfeiçoar a remoção de nutrientes.
Quais as unidades que integram um sistema de lodo ativado por batelada?
O processo de Batelada consiste de um reator onde ocorrem todas as etapas do tratamento. Isto é conseguido através do estabelecimento de ciclos de operação com durações definidas. A massa biológica permanece no reator durante todos os ciclos, eliminando dessa forma a necessidade de decantadores individuais. Os ciclos normais de tratamento são:
- Enchimento : entrada de esgoto bruto no reator
- Reação : aeração/mistura da massa líquida contida no reator
- Sedimentação : separação dos sólidos em suspensão do esgoto tratado
- Esvaziamento : retirada do esgoto do reator
- Repouso : ajuste de ciclos e remoção do lodo excedente
Descreva o ciclo de trabalho desse sistema?
O sistema de Tratamento de Efluente, tipo Lodo Ativado por Batelada que estamos propondo, incorpora todas as unidades, processo e operações normalmente associados ao tratamento convencional de Lodos Ativados, ou seja, oxidação biológica e decantação, em um único tanque. Num único tanque, esses processos e operações passam a ser simplesmente sequência no tempo, e não unidades separadas como ocorre nos processos convencionais de fluxo contínuo. O processo de lodos ativados em batelada é dimensionado para a modalidade de aeração prolongada, que com tempos de aeração consideravelmente maiores, consegue-se o lodo já estabilizado no tanque de aeração e diminui o excesso de lodo a ser eliminado. A duração de cada ciclo pode ser alterada em função das variações da vazão, das necessidades do tratamento e das características do esgoto e da biomassa (lodo) no sistema.
O descarte do excesso de lodo geralmente ocorre durante o último ciclo (repouso), mas como este ciclo é opcional, já que a sua finalidade é a de permitir o ajuste entre os ciclos de operação do reator, o descarte pode se dar em outras fases do processo. A quantidade e a freqüência de descarte do lodo são estabelecidas em função dos requisitos de desempenho.