Tratamento de Efluentes (Tratamento Biológico Aeróbio)

Prévia do material em texto

�PAGE �
�PAGE �15�
TRATAMENTO SECUNDÁRIO
Em geral, o tratamento primário é insuficiente para remoção de toda a carga orgânica presente em um efluente, para isso, há a necessidade de um tratamento subseqüente. Portanto, o principal objetivo do tratamento secundário é a remoção da matéria orgânica de um efluente, condicionando-o em áreas e tempo economicamente justificáveis.
Sendo assim, o tratamento secundário é a degradação biológica de compostos orgânicos, principalmente solúveis, presentes em um efluente. Esta biodegradação pode ser feita aerobiamente ou anaerobiamente. O processo biológico depende da ação de micro-organismos e reproduz, em uma unidade previamente projetada, os fenômenos biológicos que ocorrem na natureza.
Os processos biológicos são desenvolvidos em reatores onde populações de micro-organismos são concentradas artificialmente. Estes utilizam a matéria orgânica presente no efluente como fonte de carbono e a transformam em substâncias químicas simples, como: sais minerais, gás carbônico, metano, água e outros. Obviamente nem toda matéria orgânica é transformada, somente a parte biodegradável (DBO), as substâncias químicas mais resistentes são então denominadas de persistentes, recalcitrantes ou refratárias.
1. Processos Biológicos Aeróbios
Quando um efluente é lançado em um corpo receptor há um decréscimo da concentração de oxigênio. Próximo do ponto de lançamento se estabelece uma população microbiana que degrada as substâncias orgânicas consumindo o oxigênio dissolvido da água. Nos processos biológicos das estações de tratamento de efluentes, o fenômeno de degradação bacteriana, tal como observado nos cursos d’água, se dá de maneira “engenheirada”, ou seja, se potencializa o processo natural levando a uma depuração mais rápida e eficiente do despejo. Por operarem com elevadas concentrações microbianas e com aportes adequados de energia e nutrientes, intensificam o processo de biodegradação e podem ser conduzidos em tempos relativamente curtos e em larga extensão.
Os processos aeróbios de tratamento caracterizam-se pela heterogeneidade. A biomassa é constituída de diversas espécies microbianas, incluindo predominantemente bactérias (95%), fungos (pouco comuns nos tratamentos convencionais) e protozoários (indicativos de qualidade do processo). 
Esses aglomerados são constituídos de células microbianas envolvidas por uma massa orgânica de exopolímeros extracelulares (polissacarídeos e proteínas). Esses exopolímeros funcionam como uma espécie de “cola” entre os microrganismos, é como se fossem “barbantes” amarrados nas membranas celulares (Figura 1).
	No caso de flocos microbianos, a aglomeração se dá a tal nível, que as dimensões dos flocos conduz a uma decantação relativamente rápida. Assim, a separação das células do efluente tratado se faz com relativa simplicidade. Algumas aglomerações microbianas apresentam número apreciável de protozoários ou formações bacterianas na forma de filamentos, neste caso os flocos podem apresentar dificuldades de decantação.
	
Figura 1. Estrutura de um floco biológico.
	
1.1. Requerimento nutricional para o crescimento microbiano
Para continuar reproduzindo e funcionar corretamente, um organismo deve ter (1) uma fonte de energia, (2) carbono para a síntese de novo material celular, e (3) elementos (nutrientes) inorgânicos, tais como, nitrogênio, fósforo, enxofre, potássio, cálcio, e magnésio. Nutrientes orgânicos podem também ser requeridos para a síntese celular. As fontes de carbono e energia, usualmente são chamadas de substrato.
Fontes de carbono e energia: as duas fontes de carbono celular mais comuns para os microrganismos são: o material orgânico e dióxido de carbono. Os organismos que usam o carbono orgânico para a formação de tecido celular são chamados de heterotróficos. Os organismos que derivam o carbono celular do dióxido de carbono são chamados de autotróficos. A energia necessária para a síntese celular pode ser suplantada pela luz ou pela reação de oxidação química. Os organismos que são capazes de usar luz como fonte de energia são chamados de fototróficos. Organismos fototróficos podem tanto ser heterotróficos (certas bactérias sulfúricas) ou autotróficos (algas e bactérias fotossintéticas). Organismos que derivam suas energias de reações químicas são conhecidos como quimiotróficos. Como os fototróficos, os quimiotróficos também podem ser heterotróficos (protozoários, fungos, e muitas bactérias) ou autotróficos (bactérias nitrificantes). Os quimioautotróficos obtêm energia da oxidação de compostos inorgânicos reduzidos tais como, amônia, nitrito, e sulfeto. Os quimioheterotróficos usualmente derivam sua energia da oxidação de compostos orgânicos. A Tabela 1 apresenta a classificação dos microrganismos pela fonte de carbono e energia.
Tabela 1. Classificação dos microrganismos pela fonte de carbono e energia.
	Classificação
	Fonte de energia
	Fonte de Carbono
	Autrotóficos
Fotoautotróficos
Quimioautotróficos
	
Luz
Reação redução-oxidação inorgânica
	
CO2
CO2
	Heterotrófico
Quimioheterotrófico
Fotoheterotrófico
	
Reação redução-oxidação orgânica
Luz
	
Carbono orgânico
Carbono orgânico
Requerimentos de nutriente e fatores de crescimento: Os nutrientes podem, muitas vezes, limitar a síntese celular microbiana e o crescimento. Os principais nutrientes inorgânicos necessários aos microrganismos são N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na e Cl. Nutrientes de importância secundária incluem Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni. 
Nutrição microbiana e processos de tratamento biológico: o maior objetivo do tratamento biológico é a remoção de material orgânico (DBO carbonácea), neste tipo de tratamento, os organismos quimioheterotróficos são de principal importância por causa do seu requerimento para compostos orgânicos como fonte de carbono e energia. Quando o tratamento objetiva também a conversão de amônia em nitrato, as bactérias nitrificantes quimioautotróficas são significativas. Efluentes domésticos municipais tipicamente contêm adequadas quantidades de nutrientes (ambos orgânico e inorgânico) para suportar o tratamento biológico para a remoção carbonácea. Em efluentes industriais, os nutrientes podem não estar presentes em suficientes quantidades. Sendo necessária a adição de nutrientes para promover o crescimento dos microrganismos e a subseqüente degradação de matéria orgânica.
1.2. Efeito da temperatura
Variações na temperatura afetam todos os processos biológicos. Para economia e razões geográficas, muitos processos de tratamento biológico aeróbio operam na faixa mesofílica (4 a 39(C), nesta faixa, a taxa de reação biológica irá aumentar com a temperatura até um valor máximo de aproximadamente 31(C para muitos sistemas aeróbios. A temperatura acima de 39(C irá resultar em um decréscimo na taxa para organismos mesofílicos.
Em temperaturas acima de 35,5 (C há uma deteriorização no floco biológico. Para os protozoários observou-se seu desaparecimento a 40(C e uma dispersão de flocos com o domínio de filamentosos a 43,3(C.
1.3. Efeito do pH
Para a maioria dos processos biológicos, um bom resultado abrange uma faixa de pH de 5 a 9 com uma taxa ótima na faixa de pH de 6,5 a 8,5.
1.4. Toxicidade
A toxicidade nos sistemas de oxidação biológica pode ser devido a uma dessas causas:
Substâncias químicas, tal como fenol, o qual pode ser tóxico em altas concentrações e biodegradáveis em baixa;
Substâncias tais como, metais traço, o qual tem uma toxicidade limiar dependendo das condições operacionais;
Sais inorgânicos e amônia os quais exibem um retardamento dos micro-organismos em altas concentrações;
Os efeitos tóxicos de compostos orgânicos podem ser minimizados pelo emprego de um sistema de mistura completa na qual o afluente é diluído pelo conteúdo do tanque de aeração, e os micro-organismos estão somente em contato com a concentração do efluente.
Metais pesados exibem uma toxicidade em baixas concentraçõespara o lodo biológico. A aclimatação do lodo ao metal, entretanto, aumenta o limiar tóxico consideravelmente. Enquanto um processo biológico aclimatado é tolerante a presença de metais traço, o metal irá concentrar no lodo por complexação com a parede da célula.
Altas concentrações de sais inorgânicos não são tóxicas no senso convencional, mas exibem uma progressiva inibição e um decréscimo na taxa cinética. Lodos biológicos, porém, podem ser aclimatados a altas concentrações de sais.
Biodegradação
Quando o material orgânico é removido da solução pela biodegradação dos micro-organismos, dois fenômenos básicos ocorrem: oxigênio é consumido pelos micro-organismos para a obtenção de energia e a síntese de novas células. Os micro-organismos também estão sob autoxidação progressiva de sua massa celular. Essas reações podem ser ilustradas pelas seguintes equações:
�
1.5.1 Os mecanismos de remoção orgânica pela oxidação biológica
A maioria do mecanismo de remoção de compostos orgânicos de muitos efluentes é a bioxidação, de acordo com as equações apresentadas acima. Uma parte dos compostos orgânicos removidos permanece como subprodutos não biodegradáveis que aparecem nas análises de COD e DQO, mas não na DBO5 do efluente.
No tratamento de efluentes industriais, o lodo biológico deve ser aclimatizado, dependo da complexidade do efluente, essa aclimatação pode levar mais ou menos tempo.
Pode se considerar que a remoção de DBO do efluente pelo lodo biológico ocorre em duas fases. Uma alta remoção inicial de DBO suspensa, coloidal e solúvel seguida pela remoção progressiva e lenta da DBO solúvel remanescente. A remoção de DBO inicial é realizada por um ou mais mecanismos, dependendo das características físicas e químicas do material orgânico. Esses mecanismos são:
a – absorção de poluentes orgânicos coloidais ou solúveis pelos flocos bacterianos (fenômeno físico-químico). Esta remoção é rápida e é dependente de uma adequada mistura do efluente com o lodo;
b – degradação das substâncias adsorvidas pela ação de enzimas extracelulares que transformam estruturas moleculares complexas em moléculas simples assimiláveis;
c – metabolização de substratos no interior das células. Essas reações bioquímicas fornecem energia para a síntese celular.
d – a auto-oxidação progressiva dos conteúdos celulares, fenômeno que é acentuado em carência de substrato e provoca a devolução ao meio de diversos produtos orgânicos.
 Figura 2. Etapas de oxidação bioquímica
A oxidação bioquímica por via aeróbia é mais exotérmica do que a reação por via anaeróbia. Considerando o exemplo da glicose:
�
A energia liberada torna possível a multiplicação microbiana. Assim, a produção celular é muito mais elevada em fase aeróbia e o processo de metabolização é mais rápido. Uma bactéria aeróbia se multiplica em cerca de 20 minutos enquanto que uma anaeróbia necessita, por vezes de 10 dias.
Para alcançar uma boa eficiência de metabolização da matéria orgânica presente no meio algumas condições operacionais para o tratamento aeróbio de efluentes devem ser obedecidas conforme:
 Condições operacionais para o tratamento aeróbio.
	6 < pH <8
	10o C < T < 40o C
	0,5 mg/L < O2 dissolvido
(no entanto, fixa-se em 2,0 mg/L)
	Nutrientes: DBO5/N/P = 100/5/1
	Micronutrientes: Fe, Mn, Cu, Zn, etc.
1.6 O Processo:
A DQO do despejo, que corresponde à fração de matéria orgânica do despejo quimicamente oxidável, decresce com o tempo à medida que o substrato sofre oxidação por via biológica, isto é‚ vai sendo metabolizado pelos micro-organismos aeróbios/facultativos presentes no lodo ativado. A DQO remanescente após um longo período de aeração corresponde à concentração de substrato não-biodegradável do efluente.
Concomitantemente com o decréscimo da DQO, a concentração de SÓLIDOS aumenta, no intervalo de tempo entre t0 e t1, correspondente ao início da aeração, pois, nesse intervalo, é elevada a concentração e a disponibilidade de substrato metabolizável pelos microrganismos, que o incorpora para a formação de novas células e para atender às suas demandas energéticas. Essa fase é denominada fase de síntese, na qual a taxa de produção de novas células excede a taxa de sua destruição (espécies que não conseguiram se adaptar ao meio de cultura constituído, principalmente devido aos produtos de metabolismo das demais espécies). 
Assim, os micro-organismos consomem os poluentes do efluente como fonte de carbono, para suas demandas energéticas e para produzir outras células. Este processo apresenta excelentes remoções de DQO, mas há um preço: uma grande produção de lodo que terá também que ser disponibilizado. Quanto maior for a vazão do efluente maior a produção de lodo e menor a eficiência do processo. Maiores tempos de retenção, no entanto, necessitam de maiores áreas, que nem sempre estão disponíveis. 
O funcionamento do processo está condicionado pela capacidade de decantação do lodo. Para esgoto doméstico a literatura, relativamente abundante, permite indicar faixas operacionais do processo, que asseguram boa sedimentabilidade do lodo, viabilizando o processo. Para efluentes industriais, devido à sua especificidade, deve ser realizado um trabalho experimental para assegurar um projeto criterioso de lodos ativados.
1.7 Inoculação:
Inúmeras técnicas podem ser empregadas para inocular ou reinocular um sistema de reatores biológicos. A mais usual é a obtenção de uma semente, geralmente de um sistema com características de processos semelhantes. Quanto maior a similaridade entre os efluentes brutos, do fornecedor e receptor, mais rápida será a entrada em regime do sistema inoculado. Uma das maiores dificuldades reside em obter um inoculo com tamanha similaridade, além dos custos, nem sempre baixos, de transporte e as licenças que devem ser obtidas dos órgãos ambientais para o transporte.
Outra alternativa, mas bem mais demorada, é a inoculação natural, ou a utilização de esgoto sanitário. Várias substâncias podem ser adicionadas ao sistema visando acelerar o crescimento biológico, como açúcar, álcool, leite em pó, vinhoto, ou qualquer outra substância de fácil assimilação pelos microrganismos.
Para uma reinoculação, no caso de perda da biota de um reator biológico, basta recalcar lodo biológico do outro reator, desviar parte do reciclo do sistema, ou ainda utilizar lodo do sistema de digestão anaeróbia. Os resultados devem ocorrer rapidamente, pelo fato de não existir necessidade de qualquer aclimatação por parte dos micro-organismos.
2. Processo de Lodos Ativados
Dentre os processos aeróbios, o Processo de Lodo Ativado (PLA) se constitui como um dos mais eficientes e, ele é de longe, o mais utilizado em localidades de grande concentração urbana.
Embora o PLA seja conhecido há mais de 80 anos, foi somente a partir da década de 60 que foi desenvolvida a consolidada uma metodologia mais confiável para o projeto de unidades de tratamento empregando o PLA. Seu funcionamento se baseia na constatação de que o conteúdo de matéria orgânica solúvel no dado despejo pode ser reduzido se, por um dado intervalo de tempo, for mantido em condições de aeração, pH, temperatura e agitação adequadas.
Durante esse intervalo de tempo, há, concomitantemente com a redução do conteúdo da matéria orgânica do despejo, o desenvolvimento de um “lodo” constituído de uma população heterogênea de microrganismos, que são responsáveis pela degradação do despejo. Daí decorre o fato de que esse lodo é conhecido como “lodo ativado”. A primeira unidade, em escala real, para tratamento de esgotos foi instalada em Manchester (UK em 1914). Desde então o processo de lodos ativados ganhou grande difusão e incorporou modificações técnicas, mantendo-se ativo no mercado de processos de tratamento de efluentes. A Figura 3 mostra um esquema simplificado de tratamento por lodo ativado, destacando as variáveis importantes do processo.
Tanque de aeração: é no seu interiorque ocorrem as reações que conduzem à metabolização dos compostos bio-tranformáveis. Aqui é essencial que se tenha boa mistura e boa aeração.
Decantador secundário: separar adequadamente o lodo (biomassa) proveniente do tanque de aeração sendo munido de um raspador de fundo.
Sistema de reciclo: bombas providenciam o reciclo do lodo para o tanque de aeração, assegurando elevada concentração microbiana no interior daquele reator. O lodo em excesso é retirado e vai para o tratamento de lodo. 
Figura 3. Esquema simplificado de tratamento por lodo ativado.
2.1 Tipos de Processos de Lodos Ativados: 
Há três classes de processos de lodos ativados descritos (forte carga, convencional ou oxidação total), que variam o tempo de residência e a concentração de biomassa no reator. A escolha vai depender da eficiência desejada e da área disponível para a implantação do processo. 
O valor de Cm (carga mássica ou relação F/M - food/microrganisms ratio - 
 expressa em kgDBO/kgSSV por unidade de tempo), indicará o tipo de operação do reator. A escolha da Cm depende de vários fatores: 
nível de tratamento almejado;
grau de nitrificação desejado;
espaço disponível;
custos de investimento, etc. 
O processo “convencional” normalmente reúne as melhores condições custos-rendimento. A Tabela 2 apresenta os principais resultados e características operacionais de ETEs, baseadas no processo de lodos ativados. 
Tabela 2. Características operacionais de lodos ativados
	
	Forte Carga
	Convencional
	Oxidação Total
	Cm (kgDBO/kgSSv.d)
	1-5
	0,2-0,5
	0,02-0,10
	Tempo de Retenção Hidráulica- ( (h)
	1-2
	3-8
	18-24
	Razão de reciclo – r (Qr/Q)
	0,5-3
	0,1-0,8
	0,1-0,5
	X – concentração de biomassa (mg SST/L)
	1.500-3.000
	2.000-5.000
	5.000-8.000
	Y- coeficiente de produção celular, ou seja, fração de conversão de substrato em massa celular (kg SSV/kg DBO removida)
	0,4-0,7
	0,3-0,5
	0,1-0,2
	Cv - taxa de aplicação ou carga orgânica volumétrica (kg DBO/m³.d)
	2-6
	0,6-1,6
	0,1-0,5
	Rendimento (remoção DBO)
	50-70%
	80-95%
	>90%
	(C – tempo de retenção da biomassa ou idade do lodo(dias)
	2-4
	4-15
	20-30
O sistema de oxidação total, também conhecido como Aeração Prolongada, se constitui numa modificação do PLA (processo de lodos ativados). A idéia básica do processo de Aeração Prolongada (AP) é a de reduzir, o máximo possível, o excesso de lodo ativado produzido. Essa redução da concentração de lodo é conseguida pelo simples aumento do tempo de aeração, ou seja, pelo aumento do tempo de residência no reator. Dessa forma, o excesso de lodo é consumido por respiração endógena. 
2.2 Parâmetros Operacionais Importantes: 
- Relação F/M ou Carga Mássica (Cm) 
, kg DQO/kg SSV.dia
- Taxa de utilização de substrato (U) 
 , kg DQO/kg SSV.dia
- Carga Volumétrica (Cv) 
, kg DQO/m3.dia
 
- Tempo de Retenção Hidráulica (() 
 , horas
- Eficiência de Remoção ou Rendimento (η) 
 
- Modelo de Monod para Crescimento Microbiano
Vários modelos matemáticos têm sido propostos para explicar o mecanismo de remoção de DBO pelos processos oxidativos biológicos. Monod propôs um modelo, amplamente utilizado, que representa a velocidade de crescimento microbiano. Esta cinética pode ser formulada de acordo com a relação de Monod:
Onde:
( = taxa ou velocidade específica de crescimento de microrganismos [t-1];
(máx = taxa específica máxima de crescimento de microrganismos [t-1];
KS = constante de saturação, a qual é definida como a concentração do substrato para qual (=(máx /2 [ML-3];
S = concentração de substrato [ML-3]. 
- Idade do Lodo (sludge age) (c: tempo médio de residência dos sólidos
 
, dias
- Sedimentabilidade: volume de lodo, em mL/L, após 30 minutos de sedimentação. O lodo biológico é amostrado no interior dos tanques de aeração, em local representativo e o teste é realizado em uma proveta graduada de 1000 mL.
- IVL (Índice volumétrico do lodo): ensaio em proveta que nos dá um indicativo da decantabilidade do lodo: 
 
A decantabilidade é considerada adequada, para esgotos, quando 60 <IVL< 140. Acima de 200 podem ocorrer problemas de baixa sedimentabilidade (“bulking”) com perda de sólidos no sobrenadante do decantador secundário. 
- Dosagem de Fósforo: manter a relação DQO (DBO):N:P = 200(100):5:1.
-Observação do lodo no microscópio: fornece importantes informações em curto intervalo de tempo (Tabela 3).
Tabela 3. Microrganismos indicadores das condições de depuração.
	Microrganismos
	Características do processo
	Predominância de flagelados e rizópodes
	 Lodo jovem, característico de início de operação ou idade do lodo baixa.
	Predominância de flagelados
	 Deficiência de aeração, má depuração e sobrecarga orgânica.
	Predominância de ciliados pedunculados e livres.
Presença de Arcella (rizópode com teca)
	 Boas condições de depuração.
 Boa depuração.
	Presença de Aspidisca costata (ciliado livre)
	 Nitrificação.
	Presença de Trachelophyllum (ciliado livre)
	 Idade do lodo alta.
	Presença de Vorticella cicróstoma (ciliado penduculado) e baixa concentração de ciliados livres
	 Efluente de má qualidade.
	Predominância de anelídeos (gen. Aelosoma)
	Excesso de oxigênio dissolvido.
	Predominância de filamentos
	 Intumescimento do lodo ou bulking filamentoso.
Descarte do excesso de lodo: É natural em um sistema de tratamento por lodo ativado, o aumento gradativo da massa biológica. Para manter o equilíbrio do sistema, é necessário eliminar parte da massa biológica, de forma a manter uma relação adequada entre a quantidade de alimento disponível e a quantidade de massa biológica necessária para metabolizar esse alimento.
Os parâmetros utilizados para verificar a necessidade do descarte são; o volume de SSV concentrados nos reatores biológicos, controlados na faixa entre 3000 a 6000 mg/L, IVL, a idade do lodo e a relação F/M.
2.3 Tratamento do lodo gerado
O tratamento dos subprodutos sólidos gerados nas diversas unidades é uma etapa essencial do tratamento de efluentes líquidos. Ainda que o lodo possa na maior parte das etapas do seu manuseio ser constituído de mais de 95% de água, apenas por convenção é designado por fase sólida, visando distingui-lo do fluxo do líquido sendo tratado.
De maneira geral, são os seguintes os subprodutos sólidos gerados no tratamento biológico de efluentes:
Material gradeado;
Areia;
Escuma;
Lodo primário;
Lodo secundário.
Destes subprodutos, o principal em termos de volume e importância é representado pelo lodo. Em certos sistemas (lagoas facultativas), o lodo usualmente permanece retido no durante todo o horizonte de operação, não necessitando ser removido e tratado.
Os fluxogramas de sistemas de tratamento de lodo possibilitam diversas combinações de operações e processos unitários, compondo distintas seqüências:
Adensamento: por gravidade, por flotação, centrifugação, filtros de esteira;
Estabilização: biológica (digestão anaeróbia e aeróbia), estabilização química, tratamento térmico, compostagem;
Remoção da Umidade: leitos de secagem, filtros prensa, filtros a vácuo, filtros de esteira, centrífuga, secagem térmica;
Redução térmica: incineração;
Disposição final: aterros controlados, aplicação no solo para fins agrícolas, recuperação de áreas, incineração, lançamento submarino, reuso na indústria de construção civil.
3. Aeração e Agitação de Bio-reatores Aeróbios 
A geometria do tanque de aeração e o tipo de aerador a ser empregado estão intimamente relacionados. No caso de bio-reatores aeróbios predominam geometrias de tanques retangulares e aeradores de superfície. Porém, os difusores porosos vêm ganhando destaque, sendo empregados em tanques de geometrias diversas. As geometriascilíndricas verticalizadas, também vêm ganhando mercado em função da pouca disponibilidade de espaço requerida para a instalação destas unidades de tratamento. Nesses reatores cilíndricos predominam os difusores que promovem intensa transferência de oxigênio.
	Os difusores são peças cerâmicas ou de vidro, ou ainda, de metal sinterizado que são instaladas no fundo dos tanques, gerando uma cortina de bolhas que também promove a agitação do meio. Eles apresentam rendimento energético de 0,5-2,5 kgO2/kWh. Os arranjos usuais são:
- uniformemente distribuídos no fundo do tanque (Figura 4).
Figura 4. Difusores cerâmicos distribuídos no fundo do tanque.
- ou de distribuição longitudinal de um só lado do tanque (Figura 5).
Figura 5. Difusores distribuídos lateralmente no fundo do tanque.
	
Os aeradores de superfície são rotores que parcial ou totalmente imersos provocam a agitação do fluido e a formação de uma coroa de emulsão (gás-líquido) no seu entorno (Figura 6). Os de eixo vertical são empregados em lodos ativados e lagoas.
 
Figura 6. Tanques de aeração com aeradores superficiais.
4. Filtro Biológico
Neste tipo de reator se utiliza a biomassa imobilizada (aderida) em algum tipo de suporte. O filtro biológico é um recheio coberto de limo biológico (biofilme) através do qual a água residuária transcorre. Normalmente o efluente é distribuído por pulverização uniforme sobre o recheio usando um distribuidor rotativo. O efluente passa de forma descendente através do recheio e é coletado no fundo.
No filtro biológico (FB) há o contato direto do substrato com o ar atmosférico e com os microrganismos que se desenvolvem aderidos à superfície do meio poroso. A camada de limo, essencialmente constituída de bactérias e algas, possui espessura que pode variar de 0,1 mm a 2 mm. 
Dependendo da espessura dessa camada de limo, pode haver o desenvolvimento de uma sub-camada anaeróbia junto à superfície do suporte e uma sub-camada aeróbia, externa àquela. Segundo alguns autores, a espessura da sub-camada aeróbia seria da ordem de algumas centenas de micra (100 a 200 (m), sendo a maior parte da biomassa praticamente isenta de oxigênio (pela grande resistência à difusão do oxigênio atmosférico ao longo de toda a espessura da camada). Além das bactérias e das algas há, embora em menor proporção, a presença de protozoários, fungos e, até mesmo, vermes e larvas.
Espessuras de limo superiores a 2 mm têm efeito adverso tanto na operação do filtro - maior probabilidade de colmatação do leito - quanto na eficiência de remoção do substrato, decorrente de menores taxas de transferência do próprio substrato além do oxigênio.
À medida que o líquido percola através do meio poroso, a remoção da DBO no FB decorre da difusão da matéria orgânica no meio bem como o oxigênio necessário para a sua oxidação biológica através da camada de limo (biofilme) sendo por ele metabolizada com a conseqüente redução da DBO e a produção de gases e demais produtos do metabolismo aeróbio e anaeróbio. A taxa global de remoção dependerá da natureza e da concentração da matéria orgânica biodegradável presente, tanto no estado coloidal quanto em solução.
	Em cada sub-camada correspondente do filme biológico, desenvolvem-se microorganismos que realizam a oxidação biológica da matéria carbonácea até transformá-la em gás carbônico na sub-camada aeróbia e ácidos orgânicos voláteis na sub-camada anaeróbia. Dessa forma, os mecanismos de degradação biológica que ocorrem nessas sub-camadas são essencialmente idênticos aos que ocorrem em qualquer outro processo de degradação biológica. Em outras palavras, parte do oxigênio é consumido para a síntese de material celular e parte para prover a energia necessária ao ciclo vital dos microorganismos.
( Meio Suporte: 
	O “meio suporte”, antigamente denominado de “meio drenante” ou “meio filtrante”, é constituído de uma massa de sólidos, convenientemente depositada no tanque, com a finalidade de agregar biomassa, em condições favoráveis ao desenvolvimento das reações bioquímicas que caracterizam o processo, permitindo ampla ventilação.
	Tradicionalmente, têm sido utilizados pedregulhos, cascalhos, pedras britadas, escórias de fornos de fundição e outros materiais inertes. Atualmente, o plástico (PVC) tem tido preferência na fabricação de módulos (tubos, blocos e tocos) de filtros com meio suporte sintético (Figura 7).
A profundidade do meio suporte de pedras pode variar entre 0,90 e 2,40 m, dependendo das cargas aplicadas. Normalmente, para os filtros chamados de alta capacidade, esta profundidade varia entre 0,90m e 2,00m, podendo para os de baixa capacidade atingir 3,00m ou mais.
	A grande vantagem do meio plástico como suporte é que ele possui um maior coeficiente de vazios e, portanto superfície específica maior do que das pedras. Como é mais leve, tem facilitado o transporte e arranjo nos tanques.
Figura 7. Exemplo de recheio de filtro biológico – suporte em PVC do tipo Tubo-colméia.
(Comparação entre o FB e o PLA:
- No FB convencional, a remoção de substrato é da ordem de 60 % enquanto que no PLA esta remoção é da ordem de 80 %;
- Não há energia despendida na aeração. O despejo é aspergido no topo do leito do filtro pela própria ação do binário de forças que fazem com que o aspergidor (tubo com extremidade fechada e perfurado na parte inferior) gire em torno do seu eixo, promovendo assim a aspersão uniforme do despejo no topo do leito. Não é este, usualmente, o caso dos FBs de fluxos ascendentes, pois, nestes os despejo é feito fluir de baixo para cima.;
- Os custos de instalação/manutenção/operação do FB constituem-se numa pequena fração dos custos correspondentes do PLA, aí residindo sua maior atratividade com a restrição de que são recomendados como opção de tratamento de baixas vazões de despejos;
- A operação e manutenção dos filtros biológicos é considerada mais simples e de baixo custo.
5. Lagoas 
5.1 Lagoas Aeradas
	Lagoas aeradas são bacias de grande volume nas quais, analogamente ao reator de lodos ativados, a aeração do despejo é feita por meio de unidades mecânicas de aeração (aeradores de superfície). A diferença fundamental entre a lagoa aerada e o reator de lodos ativados reside no fato de que na lagoa aerada não há reciclo do lodo, ou seja, o lodo formado‚ juntamente com o despejo tratado, é lançado diretamente no corpo receptor ou, se necessário, enviado para unidades de tratamento de lodo. Os tempos de retenção são elevados e a carga mássica e volumétrica são menores.
	A concentração de sólidos na lagoa aerada será função das características do despejo e do tempo de residência. No caso de despejos domésticos, por exemplo, essa concentração pode variar na faixa de 50 mg/L a 500 mg/L, enquanto que, no reator de lodos ativados, essa concentração pode variar em condições normais, na faixa 2000 mg/L a 3000 mg/L.
(Regimes de operação de lagoas aeradas
- Regime de mistura completa:
	Nesse regime, o nível de agitação é tal que todos os sólidos são continuamente mantidos em suspensão e o tempo de residência é da ordem de 3 dias, e nível de potência de aeração é da ordem de 25 HP/106 galões de volume da lagoa. No caso de reator de lodo ativado, o nível de potência é da ordem de 250 HP/106 galões de volume do tanque de aeração. Poderíamos, como já mencionado acima, considerar a lagoa aerada como um reator de lodo ativado com baixo nível de potência de aeração e no qual não é necessário o reciclo de lodo.
- Regime de lagoa facultativa:
	Nesse regime de operação, o nível de agitação é de cerca de 5 vezes menor que o regime de mistura completa, ou seja, de apenas 5 HP/106 galões. Esse nível de agitação é insuficiente para manter em suspensão todos os sólidos presentes, desta forma parte desses sólidos se deposita no fundo da lagoa onde, em razão da provável escassez de oxigênio dissolvido, sofrem decomposição anaeróbia. Devido à acumulação, esses sólidos devem ser removidos ao longode um determinado tempo (freqüência de remoção varia de 1 a 6 anos). O tempo de residência dessa lagoa é da ordem de 6 dias.
A seleção do regime de operação de uma lagoa aerada resulta de uma avaliação dos custos de operação e, principalmente, dos custos da terra (área). 
Na lagoa facultativa todo o processo ocorre como um ciclo natural e contínuo (Figura 8). As principais reações biológicas incluem:
Oxidação da MO carbonácea pelas bactérias;
Nitrificação da MO nitrogenada pelas bactérias;
Oxigenação da camada superior da lagoa através da fotossíntese das algas;
Redução da MO carbonácea por bactérias anaeróbias no fundo da lagoa.
 Figura 8. Esquema de uma lagoa Facultativa.
5.2 Lagoas de Estabilização
	As lagoas de estabilização constituem sistemas de tratamento biológico onde há a decomposição da matéria orgânica pela ação de bactérias aeróbias ou anaeróbias e/ou pela fotossíntese das algas. A simplicidade e eficiência do processo e o baixo custo de operação e manutenção conferem a grande aceitação deste processo no Brasil, além das condições favoráveis como a grande incidência solar e o calor característicos do nosso país. Há séculos que as lagoas naturais ou artificiais recebem despejos de animais, de usos domésticos e de pequenas comunidades, realizando fenômenos típicos de estabilização do esgoto sem que os especialistas se dessem conta deste processo. Mas parece que, somente em 1924, nos EUA, que esses fenômenos foram constatados em lagoas.
A diferença básica entre a lagoa de estabilização e a lagoa aerada é que na primeira, a aeração não é feita por meios mecanicamente induzidos (aeradores de superfície), mas somente por meios naturais (transferência do oxigênio atmosférico para a água e, em maior parte, pela ação fotossintética dos vegetais clorofilados presentes na lagoa - Figura 9). O oxigênio liberado na fotossíntese é utilizado pelos microrganismos aeróbios na degradação da matéria orgânica e, por sua vez, os produtos dessa degradação aeróbia (CO2, NO3-, PO4-3) são utilizados pelas algas, gerando assim uma perfeita simbiose.
 
Figura 9. Mecanismos atuantes em uma Lagoa de Estabilização.
O tratamento de despejos em lagoas de estabilização será economicamente viável principalmente se: 
- grandes áreas de terra forem disponíveis a custos baixos.
- padrões de lançamento de despejos não forem muito rígidos.
	Se a DBO do afluente da lagoa (despejo a ser tratado) for muito alta, a taxa de consumo de oxigênio será maior que a taxa de re-aeração, a qual, por ser feita por meios naturais é baixa, então a concentração de OD será baixa ou nula e o substrato só será degradado por ação anaeróbia com os conseqüentes problemas de odor (H2S e mercaptanas).
	Uma condição freqüentemente encontrada em lagoas de estabilização é de que as lâminas d'água mais próximas da superfície livre operam em condições aeróbias enquanto que as mais profundas operam em condições anaeróbias. Somente em casos de tratamento de despejos de alta concentração da DBO é que as condições de operação da lagoa são anaeróbias. No caso de se utilizar lagoas de estabilização em série, é de se esperar que a primeira delas opere em condições anaeróbias enquanto que nas subsequentes as condições aeróbias poderão eventualmente prevalecer.
	De acordo com a forma predominante pela qual se dá a estabilização da matéria orgânica a ser tratada, as lagoas de estabilização costumam ser classificadas em (Figura 10):
Anaeróbias: nas quais há predominância dos processos de fermentação anaeróbia, que ocorrem em uma camada imediatamente abaixo da superfície, onde não se consegue medir o OD;
Facultativas: nas quais ocorrem, simultaneamente, processos de fermentação anaeróbia; oxidação aeróbia e reação fotossintética; a uma zona de atividade anaeróbia se sobrepõe uma zona de atividade biológica aeróbia, próxima à superfície;
Maturação: usada como refinamento do tratamento prévio realizado através de lagoas ou de outro processo biológico; pela maturação ocorre a redução de bactérias, dos sólidos em suspensão e dos nutrientes, como também de uma parcela da DBO. Almeja-se ainda a melhoria da qualidade do efluente anteriormente tratado, pela redução de organismos patogênicos, particularmente coliformes fecais, mas também a diminuição da concentração de bactérias, vírus, cistos de protozoários, ovos de helmintos e a conseqüente redução das doenças de veiculação hídrica;
Estritamente aeróbias: aquelas onde ocorre um equilíbrio da oxidação e da fotossíntese para garantir condições aeróbias em todo o meio; é comum chamar incorretamente de aeróbias aquelas que, na realidade, são facultativas.
A escolha do tipo de lagoa dependerá das condições locais, mas geralmente opta-se pela lagoa facultativa. Por se tratar de uma obra a céu aberto, diversos fatores naturais, que são incontroláveis, interferem no processo de estabilização da matéria orgânica desempenhado pelas lagoas. Pode-se citar:
- a evaporação da água que acarreta num aumento da concentração de sólidos, da matéria orgânica e dos elementos presentes no esgoto a ser estabilizado;
- as chuvas que provocam, ao contrário da evaporação, uma diluição do efluente, podendo ser desfavorável ao processo de estabilização;
- a temperatura que interfere na velocidade de metabolismo dos organismos e da fotossíntese;
- o vento que contribui para a homogeneização de oxigênio dissolvido na massa líquida;
- e a nebulosidade que atrapalha a radiação solar, interferindo na velocidade da fotossíntese.
Composto Orgânico + O2 + N+ P ( novas células + CO2 + H2O
+ compostos não biodegradáveis residual
 Células + O2 ( CO2 + H2O +N + P
 + resíduo celular não biodegradável
(respiração endógena)
Anaerobiose		C6H12O6 ( 3CO2 + 3CH4		 - 34 cal/mol
Aerobiose		6O2 + C6H12O6 ( 6CO2 + 6H2O	 - 649 cal/mol
peça difusora
Lc = diâmetro da célula 
d = diâmetro nominal do aerador
_1242024815.unknown
_1255420670.unknown
_1255420767.unknown
_1255420853.unknown
_1255420756.unknown
_1255419266.unknown
_1220084341.unknown
_1242024630.unknown
_1220100961.unknown
_1052832806.unknown
_1052832280.unknown