Biotec- 14 - Tratamento de Efluentes

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
Processos Unitários nas 
Indústrias de Fermentação
Profa. Dra. Sueli Rodrigues
Aluna Propag: Niédila N. Alves
Tratamento Biológico de 
Efluentes
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Utilização de água pela indústria
 Incorporação ao produto, lavagens de máquinas, 
tubulações e pisos; 
 Àguas de sistemas de resfriamento e geradores de vapor;
 Águas utilizadas diretamente nas etapas do processo 
industrial;
 Esgotos sanitários dos funcionários;
 Água que vai seguir servindo como manancial para a 
próxima cidade ribeirinha.
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Disposição final de resíduos líquidos
 Em corpos d’água;
 Na rede pública de esgotos;
 No solo;
 No mar;
 Em poços profundos.
Legislação: 
Órgãos estaduais de regulamentação e fiscalização.
CONAMA: Conselho Nacional de Meio Ambiente.
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Águas residuárias e a poluição
 Matéria orgânica  Oxigênio reduz  Morte;
Crescimento de algas (eutrofização);
 Compostos tóxicos (metais pesados, cianetos, sulfatos,
etc)  Inibição de atividades vitais de m.o. microflora e
peixes;
 Sais inorgânicos (Ca e Mg) dureza da água;
 M.o. patogênicos.
Por que polui?
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Águas residuárias e a poluição
 Temperatura elevada  >T nos cursos de água,
acelerar reações bioquímicas;
 Variação do pH;
 Acúmulo de materiais grosseiros, óleos, graxas,
espumas, corantes,etc  dificulta a reoxigenação.
Por que polui?
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Abordagem dos problemas envolvidos
 Avaliação da situação  Teor de matéria orgânica,
sólidos em suspensão e substâncias tóxicas;
 Minimização da carga poluidora  modificação dos
processos. Ex.: recirculação de água;
 Determinação do grau de tratamento necessário.
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Abordagem dos problemas envolvidos
PRIMÁRIO  Remoção de resíduos sólidos 
(sedimentação e flotação);
SECUNDÁRIO  Matéria orgânica e sólidos menores 
em suspensão. Processos biológicos de tratamento;
TERCEÁRIO  Remoção de possíveis nutrientes e 
metais pesados.
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Abordagem dos problemas envolvidos
PRIMÁRIO SECUNDÁRIO TERCEÁRIO
Gradeamento Lagoas Troca iônica
Câmara de areia Lodos ativados Carvão ativado
Sedimentação 
primária
Digestão aeróbia Filtração
Flotação Filtro biológico Coagulação
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Abordagem dos problemas envolvidos
AVALIAÇÃO DA 
SITUAÇÃO
• Conhecimento 
dos processos 
de fabricação;
• Caracterização 
dos resíduos;
• Consulta à 
legislação;
• Futuras 
aplicações.
MINIMIZAÇÃO 
DOS 
PROCESSOS
• Alteração nos 
processos de 
fabricação;
• Recuperação 
dos produtos;
• Reuso da 
água;
• Segregação ou 
junção dos 
resíduos.
DETERMINAÇÃO 
DA FORMA DE 
DISPOSIÇÃO
• No solo;
• Em corpos 
d’água;
• Em poços 
profundos;
• Na rede 
pública de 
esgoto.
SELEÇÃO DOS 
PROCESSOS DE 
TRATAMENTO 
ADEQUADO
• Físicos;
• Biológicos;
• Físico-
químicos.
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Processos biológicos de tratamento de 
resíduos
Fenômenos biológicos:
Síntese de compostos 
orgânicos
Biodegradação
Biodegradação (decomposição)  Nutrição e respiração.
Respiração  Obtenção de energia a partir da matéria 
orgânica.
Tratamento  O composto tem que ser biodegradável
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Medida da matéria orgânica em águas 
residuárias
DBO: Demanda Bioquímica de Oxigênio 
 É a quantidade de oxigênio requerida por unidade de 
resíduo, para estabilização da matéria orgânica 
biodegradável (normalmente medida após 5 dias de 
incubação a 20oC através de organismos vivos ou de 
suas enzimas).
 É geralmente expressa em mg O2 consumido/L de água 
residuária.
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Medida da matéria orgânica em águas 
residuárias
EFLUENTE DBO (mg/L)
Esgoto doméstico 350
Vinhaça de usinas de álcool (melaço) 10.000 – 25.000
Produção de leveduras 3.000 – 14.000
Resíduos de fábrica de antibióticos 5.000 – 30.000
Cervejarias 2.000
Licor sulfídrico de fábricas de papel 20.000 – 45.000
Laticínios sem recuperação do soro do leite 30.000
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DQO: Demanda química de oxigênio
 É quantidade de oxigênio necessária para oxidação da 
matéria orgânica da amostra através de dicromato de 
potássio em meio ácido na presença de catalisadores.
Medida da matéria orgânica em águas 
residuárias
A relação DQO/DBO é adotada como parâmetro de 
biodegradabilidade de águas residuárias
A DQO tem maior reprodutibilidade, facilidade e 
velocidade de medida do que a DBO, porém não diz se a 
matéria orgânica é biodegradável ou não.
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COT: Carbono orgânico total, medido por métodos 
instrumentais.
Medida da matéria orgânica em águas 
residuárias
Desvantagem: perda da matéria orgânica volátil durante a eliminação 
de carbono inorgânico por acidificação e purga com gás nitrogênio.
Medida de m.o.
Avaliados pela concentração de Sólidos em Suspensão 
Voláteis (SSV) ou Totais (SST).
Inclui células vivas e mortas, porém não destruídas por lise + 
material orgânico absorvido pelas células.
Não leva em consideração atividade real das células.
Inclui sólidos orgânicos e inorgânicos em suspensão.
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Relação DQO/DBO
2
DBO
DQO

2
DBO
DQO
 Esgoto sanitário
(biodegradável)
Efluentes não facilmente 
biodegradáveis
2
DBO
DQO

Efluentes biodegradáveis
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Processos biológicos
AERÓBIO
ANAERÓBIO
Oxigênio livre como 
aceptor final de 
hidrogênio.
Oxigênio ligado a compostos 
químicos como aceptor final de 
hidrogênio.
Maior degradação nos processos aeróbios.
Processos anaeróbios exigem aquecimento.
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Processos biológicos
AERÓBIO
• Mesmo DBO baixas podem ser 
tratadas por este métodos;
• Para tratar resíduos com elevados 
teores de compostos tóxicos, usam-se 
m.o. adaptados;
• É necessário o fornecimento adequado de nutrientes: 
DBO:N:P = 100:5:1
• pH  6 – 8;
• Mais importante: fornecimento adequado de oxigênio 
(O2 > 2 mg L
-1).
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Processos biológicos
Lodos ativados
Filtros Biológicos
Lagoas Aeróbias
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Lodos ativados
Sistema no qual 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.
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Fases do tratamento por lodo ativado
Processo aplicado à esgotos domésticos e 
industriais (matéria orgânica < 2 g DBO/L)
Eficiência de 95% na remoção de DBO.
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Microbiota do lodo 
Ciliado fixo –
protozoário filtrador Euplotes sp.–
alimentam-se das 
bactérias que 
constituem o lodo 
ativado
Poteriodendron
– Colônia de 
flagelos
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Microbiota do lodo 
Centropyxis – ameba 
com “carapaça”
Floco bom –
bactérias viáveis, 
mortas e material 
particulado
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Microbiota do lodo 
Estequiometria
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Filtros biológicos
Sistema constituído de um leito de material ao qual os microrganismos aderem 
e através do qual o efluente é percolado, após ser distribuído sobre o topo 
do leito por um distribuidor rotativo geralmente acionado pela reação do jato 
do líquido
Bactérias,
protozoários, 
micrometazoários, 
fungos.
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Filtro biológico
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Materiais de enchimento
CARACTERÍSTICAS DESEJÁVEIS:
 Elevado volume de vazios;
 Elevada área superficial;
 Estruturalmente forte para suportar o próprio peso + peso limo 
(microbiota);
 Ser leve para reduzir custos das obras civis e construções mais 
altas e que ocupem menor espaço;
 Biológica e quimicamente inerte;
 Baixo custo por unidade de BOD removida;
 Ex.: Pedra de brita, pedregulo, sabugo de milho, plásticos sintéticos.
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Enchimento plástico
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Função da recirculação
 Promove retorno dos microrganismos ativos;
 A matéria orgânica entra em contato com o material 
ativo mais de uma vez;
 Promove a diluição de concentração da matéria 
orgânica afluente;
 Permite o aumento da taxa de aplicação hidráulica sem 
alteração sensível na taxa de aplicação orgânica;
 Facilita a regularização na vazão de alimentação
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Filtros biológicos
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Filtro biológico - suportes
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Lagoas de estabilização
 Grandes tanques de pequena profundidade definidos 
por diques de terra;
 As águas são tratadas por processosinteiramente 
naturais, envolvendo principalmente bactérias e algas;
 As algas tem o papel de fornecedores de oxigênio para 
as bactérias para a degradação da matéria orgânica.
Algas fotossintéticas
Bactérias aeróbias
Matéria orgânica
LUZ
O2CO2
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Classificação das lagoas
Lagoas fotossíntéticas
 Pouco profundas (0,3 a 0,5m)
 Projetadas para águas residuárias pré-decantadas
 Utiliza cargas de 7 a 14 DBO/m3 dia
Lagoas facultativas
 Profundidade (0,1 a 2,0m)
 Condições aeróbias próximas á superfície
 Decomposição anaeróbia dos sólidos no fundo
 Utiliza cargas de 9 a 21 DBO/m3 dia
Lagoas anaeróbias
 Pouco profundas (0,3 a 0,5m)
 Projetadas para cargas orgânicas relativamente elevadas
 Usadas no pré-tratamento de águas residuárias
 Geralmente seguidas de lagoas facultativas
 Utiliza cargas de 100 a 400 DBO/m3 dia
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Lagoas aeradas
 Seguidas 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.
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Lagoa aerada
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Digestão anaeróbia
 Fermentação bacteriana com conseqüente degradação damatéria 
orgânica complexa em metano e gás carbônico
 Metade séc XIX – utilização para tratamento de esgoto doméstico
 Século XX – digestores para produção de gás metano a partir de 
esterco / desenvolvimento de biodigestores e equipamentos 
auxiliares
Características da digestão anaeróbia
 Processo mais lento que o aeróbio, exigindo maiores tempos de 
retenção
 Fase limitante - formação de metano
 Condições para as bactérias metanogênicas: 35-37 oC e 57-59 oC e 
pH ~ 7,0
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Digestor anaeróbio
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