processosbiologicos

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ENQ 270- GERENCIAMENTO AMBIENTAL 
PROCESSOS BIOLÓGICOS DE TRATAMENTO 
Docente: Erlon Lopes Pereira 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA 
QUIÍMICA 
2 
CLASSIFICAÇÕES DOS PROCESSOS E REATORES 
BIOLÓGICOS 
 Em função do tipo de processo: anaeróbio, aeróbio, anóxico, anammox. 
 
Tipo de reator: 
 
 Em função do tipo de fluxo: 
 Contínuo ou Batelada 
 
 Quanto a presença ou ausência de enchimento: 
 Reatores com biomassa dispersa (ausência) 
 Reatores com meio suporte “biofilme” (presença) 
 
Contínuos: 
 Em função do tipo de escoamento os contínuos podem ser classificados em: 
 Ascendente, Descendente e Horizontal 
 
3 
TIPOS DE REATORES 
4 
CONCEITOS 
 Tempo de Detenção Hidráulica (TDH); 
 
 Carga Orgânica Volumétrica (COV); 
 
 Carga Orgânica Biológica (COB); 
 
 Velocidade Ascensional; 
 
 Carga Hidráulica (CH); 
 
 Tempo de Retenção Celular (Θc); 
 
 Eficiência 
 
 
5 
PROCESSOS BIOLÓGICOS DE TRATAMENTO 
 O tratamento de esgotos é conhecido desde os tempos mais remotos, há cerca 
de 4.000 anos. Na Bíblia, O Senhor Deus instruiu o povo israelita de forma 
simples e eficiente quanto ao tratamento de seus excrementos, quando 
estavam acampados ao leste do rio Jordão, prestes a entrar na Terra Prometida 
(Canaã): 
 
 Deuteronômio 23¹ 
 
Também terás um lugar fora do acampamento para as tuas necessidades. 
 
Entre as tuas armas terás alguma coisa com que cavar, e quando 
defecares, cavarás e cobrirás os teus excrementos. 
 
 (....) O teu acampamento será santo, para que Eu não veja em ti coisa 
indecente e me aparte de ti 
‘ 
6 
ENQ 270- GERENCIAMENTO AMBIENTAL 
PROCESSOS ANAERÓBIOS 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA 
QUIÍMICA 
A DIGESTÃO ANAERÓBIA : ESTADO DA ARTE ! 
 Conceito: É um processo microbiológico que, na ausência de oxigênio, 
permite transformar a matéria orgânica em metano, ocorrendo em diversos 
meios naturais tais como sedimentos, fontes termais e sistemas 
gastrointestinais, e ainda em ambientes controlados como é o caso dos 
reatores anaeróbios. 
 
 O conhecimento da existência do metano remonta a 1776, ano em que Volta 
o descobriu e lhe chamou “ar inflamável”. Desde essa data, passou-se cerca 
de um século até se provar que a metanogênese era um processo relacionado 
com a atividade microbiológica. Um tempo mais tarde Volta reconheceu a 
presença de metano no gás dos pântanos. 
 
 Já no século XIX (1801 -1900), Ulysse Gayon, aluno de Louis Pasteur, 
realizou a fermentação anaeróbia de uma mistura de estrume e água, a 35ºC, 
conseguindo obter 100 litros de biogás por m3 de matéria orgânica. 
 
8 
 Louis Pasteur, ao apresentar à Academia de Ciências os trabalhos do seu aluno, 
considerou que esta fermentação podia constituir em fonte de energia para 
aquecimento e iluminação, devido a presença de metano, o hidrocarboneto de menor 
cadeia de carbono (1 átomo de carbono), principal componente do gás natural e de 
elevado poder calorífico. 
 
 Em1860, o francês Jean Louis Mouras descreveu a liquefação da matéria orgânica 
de um efluente doméstico em condições anaeróbias feitas em “Tanques fechados”. 
 
 30 anos depois, Donald Cameron, na Inglaterra, modificou o tanque de Louis 
Mouras e deu-lhe o nome de “tanque hidrolítico”, e este sistema foi escolhido em 
1897 pelo governo local, para o tratamento de todos os efluentes das cidades 
inglesas. 
 
 No começo do século XX, ocorreu na Índia e na China, o início do 
desenvolvimento de biodigestores para a produção de gás metano a partir de 
esterco de animais, principalmente bovinos. 
 
 
9 
 O primeiro documento relatando a coleta de biogás de um processo de 
digestão anaeróbia ocorreu em uma estação de tratamento de efluentes 
municipal na Inglaterra, em 1895. No entanto, o primeiro estudo de 
aproveitamento em uma pequena planta, com uso de estrume e outros 
materiais, foram feitos na 1941, na Índia. 
 
 Em 1947 foram pela primeira vez isoladas duas bactérias metanogenicas 
(Methanosarcina barkeri e Methanobacterium formicicum) em cultura pura. 
 
 Onze anos mais tarde, isolou-se a Methanobacterium ruminantium usando a 
técnica de Hungate criada em 1969. Em 1974 esta técnica foi modificada por 
Miller e Wolin, para a manipulação de microrganismos em condições 
anaeróbias estritas (Técnica da Câmara Anaeróbia). 
 
 
10 
 Em 1982, Huser e colaboradores, isolaram pela primeira vez uma bactéria com 
características únicas, que era capaz de transformar acetato em metano e 
dióxido de carbono, mas incapaz de utilizar quaisquer outros tipos de 
substratos então identificados como precursores do metano, especialmente o 
hidrogênio e o dióxido de carbono, e a chamaram pelo nome de Methanothrix 
soehngenii. 
 
 Recentemente, foi renomeado o gênero Methanothrix como Methanosaeta, por 
não estar de acordo com o código internacional de nomenclatura das bactérias. 
 
 
11 
 Com base nos conhecimentos até agora mencionados o tratamento de 
esgotos era feito em lagoas de estabilização, tanques sépticos, ou 
despejados em curso hídricos sem tratamento. Todavia, em grandes escalas 
começava-se a ver a necessidade de diminuir a área de construção da 
unidade de tratamento e aumentar a eficiência do processo. 
 
 Somente a partir de 1960, a digestão anaeróbia passou a ser pesquisada com 
caráter mais científico, havendo então grandes progressos quanto à 
compreensão dos fundamentos do processo auxiliando de forma efetiva os 
projetos de digestores e equipamentos auxiliares. 
 
 A recuperação de energia gerada pelos processos anaeróbios teve grande 
impulso com a crise do petróleo, onde diversos países buscaram alternativas 
para a sua substituição. No entanto, o impulso recebido no período de crise 
não chegou a constituir um sólido movimento de substituição dos recursos 
não renováveis por outras fontes renováveis de energia. 
 
 
12 
ETAPAS BIOQUÍMICAS E MICROBIOLÓGICAS DO 
PROCESSO DE DIGESTÃO ANAERÓBIA 
 A digestão anaeróbia pode ser considerada como um ecossistema onde 
diversos grupos de microrganismos trabalham interativamente na conversão 
da matéria orgânica complexa e produzem metano, gás carbônico, água, gás 
sulfídrico e amônia, além de novas células bacterianas . 
 
 Fases do processo: hidrólise, acidogêneses, acetogênese e metanogênese. 
 
1. HIDRÓLISE 
 A hidrólise constitui a fase de degradação de matéria particulada complexa, 
tais como, lipídios, polissacarídeos, proteínas e ácidos nucléicos em matérias 
dissolvidas mais simples, como ácidos graxos voláteis, carboidratos, 
aminoácidos, purinas e pirimidinas solúveis, os quais podem atravessar as 
paredes celulares das bactérias fermentativas. 
 
 
 
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 Esta conversão é executada pela ação de exoezimas, excretadas pelas 
bactérias fermentativas hidrolíticas. É normalmente um processo lento, 
sendo os lipídios hidrolisados mais lentamente que as outras moléculas . 
 
 Os fatores que podem afetar essa etapa são: temperatura operacional do 
reator, tempo de residência do substrato, composição do substrato, pH do 
meio, concentração de NH4
+-N e a concentração dos produtos da 
hidrolise . 
 
 Os principais gêneros de bactérias que atuam nesta etapa são: 
 
 Closterdium, Micrococcus e Staphylococcus, que são gêneros produtores 
de lípases, para degradação de lipídeos e ácidos graxos, 
 Bacteroides, Butyvibrio e Clostridum, Fusobacterium, Selenomas, 
Streptococus, Proteus, Peptococcus e Bacillus, que são gêneros 
produtores de proteases, para degradação de proteínas a aminoácidos, 
 Closterdium, Stapyhloccoccus, Acetivibrio, Eubacterium, que são gêneros 
produtores de amilases para a degradação de polissacarídeos e açúcares 
menores. 
 
14 
 
2. ACIDOGÊNESE 
 
 Nesta fase os monômeros resultantes da hidrólise, após seremtransportados 
através da membrana celular para o interior da célula, são transformados numa 
variedade de produtos entre os quais acetato, propianato e butirato. 
 
 Em geral, a população fermentativa representa cerca de 90% da população 
bacteriana total dos digestores anaeróbios, sendo que o número e a diversidade 
das espécies bacterianas fermentativas envolvidas no processo dependem 
largamente da composição do substrato. 
 
 A partir das reações formuladas a seguir, pode-se afirmar que esta etapa é 
altamente favorecida termodinamicamente cujas reações ocorrem com muita 
espontaneidade visto que a energia livre padrão é muito baixa. 
 
 Os microrganismos acidogênicos, são os que mais se beneficiam 
energeticamente e, em decorrência, possuem tempo mínimo de geração e 
elevadas taxas de crescimento no consórcio microbiano, como mostram as 
equações químicas: 
 
15 
C6H12O6 + 2H2O → 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2 ∆G
o= -206 kj/reação 
 
C6H12O6 + 2H2 → 3CH3CH2COOH + 2H2O + 2H
+ ∆Go= -358 kj/reação 
 
C6H12O6→ 3CH3CH2 CH2COOH + 2H2O + 2H
+ ∆Go: -255 kj/reação 
 
Onde: 
∆Go é a energia livre de Gibbs no estado padrão (pH=7, pressão de 1tam, 
temperatura de 25ºC e o líquido sendo água pura). 
 
 Os gêneros de bactérias fermentativas acidogênicas são: Clostridium, 
Bacteroides, Ruminococcus, Butyribacterium, Propionibacterium, 
Eubacterium, Lactobacillus, Streptococcus, Pseudomonas, Bacillus, 
Escherichia, Desulfobacter, Micrococcus. 
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3. ACETOGÊNESE 
 
 A acetogênese consiste na transformação dos produtos da fermentação, 
propianato e butirato, em acetato, dióxido de carbono e hidrogênio por ação 
das chamadas bactérias sintróficas acetogênicas. 
 
 São chamados assim porque a existência delas depende da atividade de 
microrganismos consumidores de hidrogênio. A seguir são mostrados alguns 
exemplos de transformações acetogênicas: 
 
CH3CH2CH2COOH + 2H2O → 2CH3COO
- + 2 H2 + H
+ ∆Go = +48,1 kj/reação 
 
CH3CH2COOH
 + 3H2O → CH3COO
- + 3H2 + HCO3
-+ H+ ∆Go= +72,2 kj/reação 
 
CH3CH2OH + H2O → CH3COO
- + 2H2 + H
+ ∆Go = +9,6 kj/reação 
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4. METANOGÊNESE 
 
 A metanogênese é a etapa final do processo, responsável diretamente pela 
produção de metano, e constitui, em muitos casos, o passo que governa todo 
processo de degradação do substrato. As bactérias metanogênicas pertencem ao 
domínio das arqueobactérias, que são diferentes das bactérias típicas, que 
pertence ao domínio das eubactérias. 
 
 As arqueas exibem vários atributos bioquímicos e estruturais, únicas, as quais 
adaptaram viver em habitat específicos. 
 
 As arqueas são anaeróbias estritas, requerendo para o seu desenvolvimento um 
potencial redox entre -250 e -300 mv. 
 
 Possuem coenzimas e cofactores específicos (coenzima F420, F430, coenzima 
Metanopterina) e degradam apenas um número limitado de substratos com 
baixo número de carbonos: acetato, metanol, metilaminas, formiato, hidrogênio 
e dióxido de carbono. 
 
18 
 A coenzima F420 é muito importante, pois permite a distinção de arqueas 
metanogênicas das bactérias através de microscopia de epi-florescência. 
 
 As arqueas metanogênicas estão distribuídas em cinco ordens: 
Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales, 
Methanosarcinales e Methanopyrales, todas dentro do filo Euryarcheota. 
 
 A metanogênese pode ser considerada uma forma de respiração, onde o gás 
carbônico, ou grupo metil de compostos C-1, ou o carbono do grupo metil 
do acetato, é o receptor de elétrons. 
 
 Em função da sua fisiologia, as arqueas metanogênicas são divididas em 
dois grupos principais, onde é responsável pela formação do metano a partir 
de ácido acético ou metanol, e o segundo, pelo metano a partir de 
hidrogênio e dióxido de carbono, como mostrado a seguir: 
 
19 
20 
 Metanogênicas acetoclásticas, usam acetato como fonte de carbono e energia, 
produzindo gás carbônico (CO2) e metano (CH4). 
 
 Metanogênicas hidrogenotróficas, utilizam gás carbônico como fonte de 
carbono e aceptor final, e o hidrogênio, como fonte de energia, o hidrogênio 
funciona como um agente redutor. 
 
 Dentre as cinco ordens, somente a Methanosarcinales compreende arqueas 
acetoclásticas. Estas se encontram divididas em duas famílias: 
Methanosaetaceae e Methanosarcinaceae. 
 
 A família methanosaetaceae é especialista, tendo alta afinidade pelo acetato, 
mas uma taxa máxima de crescimento relativamente baixa, com tempo de 
duplicação de 3,5 a 9 dias, e possui um único gênero, Methanosaeta que é 
constituído por espécies que formam filamentos longos e finos. 
 
 Já a família Methanosarcinaceae é mais generalista, tendo muito baixa 
afinidade pelo acetato, porém com uma alta taxa de crescimento. Nesta 
família se destaca o gênero Methanosarcina, que cresce em forma de cocos. 
 
 
21 
Metanogênicas hidrogenotróficas: 
 Ao contrario das acetoclásticas, praticamente todas as espécies conhecidas de 
arqueas metanogênicas são capazes de produzir metano a partir de hidrogênio e 
gás carbônico, resultando em uma maior liberação de energia. 
 
 Os gêneros mais frequentemente isolados em reatores anaeróbios são 
Methanobacterium, Methanospirillum, Methanobrevibacter, Methanoculleuse e 
Methanocorpusculum. 
 
 Qual a vantagem da presença das arqueas metanogêncas hidrogenotróficas 
no reator? 
Apesar de serem mais lentas e serem responsáveis pela baixa produção do metano 
elas contribuem com a remoção de hidrogênio modificando a condição 
termodinâmica do reator fazendo com que as reações metanogênicas que não 
ocorreriam termodinamicamente passem a ocorrer. 
 
 
22 
 
 Problemas relacionados ao mal cheiro em reatores anaeróbios. 
 
1 – Competição das bactérias redutoras de sulfato (BRS) com as metanogênicas: 
Devido a presença de sulfato no afluente as BRS reduzem o sulfato a H2S 
“roubando” o hidrogênio que seria utilizado pelas arqueas metanogênicas 
hidrogenotróficas. O H2S produzido tem mal cheiro e é um composto inibidor para 
as arqueas metanogênicas reduzindo a atividade da biomassa e a eficiência do 
reator anaeróbio. O problema passa a ser preocupante quando o afluente possue a 
relação DQO/sulfato menor que 7. 
 
2- O azedamento do reator: 
Devido a falta de tamponamento ou excesso de carga pode ocorrer um 
desequilíbrio na ecologia microbiana fazendo com que os ácidos produzidos não 
sejam consumidos, azedando o meio. Altas concentrações de ácidos inibem o 
crescimento das arqueas metanogênicas levando ao colapso do reator dando a ele 
cheio de vinagre. 
 
23 
24 
REATORES DE ALTA TAXA 
 Para aumentar o tempo de retenção celular, diminuir o tempo de detenção 
hidráulica e aumentar a eficiência foram criados os reatores de alta taxa. 
 
 São aqueles em que o tempo de retenção celular é bem maior do que o tempo 
de detenção hidráulica. Ao mesmo tempo a biomassa apresenta alta atividade 
de degradação da matéria orgânica. 
 
 Entre os existentes, os mais conhecidos são: reatores de leito fixo, reatores de 
leito rotatório, reatores de leito expandido e reatores de leito fluidificado, 
reatores de chicanas, reatores de manta de lodo, reatores com leito granular 
expandido e reatores com recirculação interna . 
25 
26 
 Experiência de Young & MacCarty (1969): “YOUNG, J.C. & MAC CARTY, 
P.L. The anaerobic filter for waste treatment. Journal WPCF, 41 (5), p 160-
173, 1969.” 
 
Pesquisa realizada entre 1963 -1968. 
Filtro anaeróbio alimentado com despejo líquido sintético, verificando-se 
eficiência na remoção de DBO superior a 80% para tempos de detenção 
hidráulicos inferiores a 24 horas com produção de biogás. 
Separação do biofilme e do lodo intersticial. Conclusão: a eficiência está 
relacionada com lodo intersticial e não somente pelo biofilme. 
 
 Na década de 70 a crise do petróleo estimulou o uso de fontes alternativas de 
energia dentre elaso biogás. 
 
 Isso levou o estudo aprofundado da anaerobiose e como deixar os reatores 
mais eficientes, compactos e sem enchimento para tratar um volume maior de 
rejeito: Reatores de alta taxa. 
 
 A teoria de Gatze Lettinga 
27 
O FENÔMENO DA GRANULAÇÃO 
 O fenômeno da granulação foi observado acidentalmente por Willian 
de Zeeuw, um biólogo holandês, que durante um experimento de 
escalonamento de um reator piloto, tratando efluente de uma usina de 
açúcar, no final da década de 70, observou que a biomassa se tornara 
agregada na forma de esferas, com diâmetro variando de 1 a 5 mm. 
 
 Estudos feitos por Hulshoff et al., (2004), mostram que a formação de 
grânulos pode ser considerada como a maior razão do sucesso da 
introdução do reator UASB, no tratamento de efluentes industriais. 
 
 Este processo de granulação permite maiores cargas quando 
comparado com outros processos anaeróbios convencionais, tais 
como tanques de contato, tanques sépticos e lagoa anaeróbia. As 
duas principais razões que explicam estas altas taxas são: 
 
28 
 Boas características de sedimentabilidade do lodo granular. 
 
 As velocidades de sedimentação do lodo granular são de aproximadamente 
60 m h-1, enquanto que as velocidades ascendentes superficiais são 
mantidas abaixo de 2 m h-1 permitindo uma dissociação entre o tempo de 
retenção celular (TRC) e o tempo de detenção hidráulica (TDH), sendo que 
TRC acima de 200 dias foram observados em conjugação com TDH de 6 
horas. 
 
 Alta atividade especifica metanogênica (AME) do grânulo. 
 
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UASB: O SUCESSO ENTRE OS REATORES DE ALTA TAXA 
 Reator trifásico com leito de lodo (mais denso, características de 
sedimentação melhores e diâmetros maiores - granulado) e manta (menos 
denso, velocidades de sedimentação mais baixas- floculado). 
 
 O sistema é auto-misturado pelo movimento ascendente das bolhas do biogás 
e do fluxo ascendente. 
 
 Acima do separador trifásico têm-se o compartimento de decantação. 
 
 O reator é: 
 Compacto, com baixa demanda de área. 
 Baixa produção de lodo. 
 Eficiência na remoção de DBO/DQO, na ordem de 65 a 85%. 
 Boa desidratabilidade do lodo. 
 Capaz de suportar altas taxas de carga orgânica e hidráulica. 
 
33 
MONITORAMENTO DO REATOR 
 Partida (Start-up): 
 Inoculação ou sedimentação ? 
 Período de instabilidade ! 
 Aclimatização ! 
 
 Estado estacionário (Steady-Steate): 
 Eficiência varia pouco (10%; 15%) dependendo do efluente e do reator ! 
 Estudo de variação de carga: Choques Orgânicos? Choques Hidráulicos ? 
 Nesta fase retira-se os dados necessários para escalonamento: Cinética de 
Crescimento da biomassa + Hidrodinâmica + Viscosidade do lodo e do 
efluente. 
 
34 
REQUISITOS AMBIENTAIS PARA TRATAMENTO DE ÁGUAS 
RESIDUÁRIAS 
 Relação C:N:P 
 Para biomassa com baixo coeficiente de produção celular 
– 330:5:1 
 Para biomassa com alto coeficiente de produção celular – 
130:5:1 
 
 Relação DQO:N:P 
 Para biomassa com baixo coeficiente de produção celular 
– 1000:5:1 
 Para biomassa com alto coeficiente de produção celular – 
350:5:1 
 
35 
TEMPERATURA 
 A temperatura é um dos fatores ambientais que mais influencia a eficiência do 
processo de degradação anaeróbia. 
 
 Os microrganismos não possuem meios de controlar sua temperatura interna e, 
dessa forma, a temperatura no interior da célula é determinada pela temperatura 
ambiente. Existem três faixas de temperatura associadas ao crescimento 
microbiano: 
 Faixa psicrofilica que se situa entre 4oC e aproximadamente 15oC 
 Faixa mesófilica que se situa entre 20oC e aproximadamente 40oC 
 Faixa termofilica que se situa entre 40oC e aproximadamente 70oC e acima. 
 
 Em cada uma dessas três faixas, onde o crescimento microbiano é possível, são 
normalmente referenciados três valores de temperatura para caracterizar o 
crescimento das espécies de microorganismos, sendo: 
 Temperatura mínima, abaixo da qual o crescimento não é possível, 
 Temperatura ótima, onde o crescimento é máximo, 
 Temperatura máxima, acima da qual o crescimento também não é possível 
 
36 
 O aumento da temperatura tem como vantagens: 
 o aumento na solubilidade dos compostos orgânicos, taxas de reações químicas 
e biológicas e o aumento de microrganismos. 
 
 Pesquisas atuais baseadas na relação de Arrehenius, descrevem que um 
decréscimo da temperatura em 10oC resulta na diminuição da taxa de reação 
pela metade, todavia tem sido observado que decréscimos de temperatura de 
35oC para 25oC não levam a flutuações significativas no desempenho dos 
reatores. 
 
 Variação de temperatura pode comprometer o desempenho dos reatores, uma 
vez que alguns microrganismos são extremamente sensíveis, tolerando 
variações máximas de 1oC a 2oC por dia, inclusive as arqueas metanogênicas. 
 
 Elevadas temperaturas podem aumentar a pressão parcial de hidrogênio 
influenciando deste modo a cinética do metabolismo sintrófico, aumentando a 
fração de amônia livre inibidora aos processos anaeróbios e, por fim, 
aumentando a constante de acidez (pKa) advinda dos ácidos graxos voláteis 
diminuindo a atividade das arqueas metanogênicas. 37 
PH, ALCALINIDADE E ACIDEZ 
 o pH é outro fator ambiental de vital importância nos processos anaeróbios, 
pois afeta a taxa de crescimento dos microrganismos, e que suas variações 
podem causar importantes alterações na constituição microbiana dos 
consórcios. 
 
 O pH afeta o metabolismo, especificamente a utilização das fontes de carbono 
como energia, as reações de síntese e a produção de metabólitos extracelulares. 
 
 A morfologia e a estrutura são também afetadas, como conseqüência, 
comprometendo os fenômenos de adesão e floculação, aspectos de crucial 
importância nos reatores. 
 
 Os componentes que ditam a variação de pH são CO2 e os ácidos graxos 
voláteis que tendem a baixar o pH e os cátions como íon amônio provenientes 
da degradação de proteínas e também o sódio oriundo de detergentes que 
aumentam alcalinidade e o pH. 
 
 Os microrganismos produtores de metano têm um crescimento ótimo na faixa 
de pH entre 6,6 a 7,4, enquanto que as acidogênicas podem metabolizar o 
substrato em pH que variam de 5,0-6,0. 
38 
 Não baixando de 4,5 pois pode provocar o azedamento do reator, fazendo 
com que a produção dos ácidos voláteis continue aumentando, e a produção 
de metano diminua devido a alta sensibilidade das arqueas metanogênicas. 
 
 O pH acidogênico deve estar acima da constante de acidez (pKa) para a 
maioria dos ácidos orgânicos (acetato, propianato e butirato), uma vez que a 
célula é muito mais sensível aos ácidos na forma não dissociada do que aos 
ânions, sendo que o limite máximo deve ser acima de 5 para prevenir 
mudanças na fermentação. 
 
 A toxicidade do íon amônio (NH4
+) é influenciada pelo pH do meio: Para 
valores elevados de pH forma-se preferencialmente a forma não ionizada 
(NH3) que penetra na membrana celular. 
 
 Os ácidos voláteis e o H2S exercem uma toxicidade influenciada pelo pH do 
meio: 
 Isso porque ocorre o deslocamento dos equilíbrios ácido-base destes 
compostos, nas formas não ionizadas, para baixos valores de pH. 
 As formas não ionizadas penetram na célula, dissociam-se e provocam o 
aumento da concentração intracelular de hidrogênio. A extrusão do excesso de 
próton consome ATP, diminuindo a sua disponibilidade para o crescimento e 
metabolismo. 
39 
 A alcalinidade é um parâmetro largamente aceito para avaliação da capacidade 
de tamponamento do pH em processos anaeróbios de tratamento. 
 
 Esta capacidade “tampão” é fundamental em situações de desbalanceamento, 
ou seja, quando a produção de ácidos orgânicos excede a capacidade de 
remoção pelas bactérias metanogênicas. 
 
 A alcalinidade de bicarbonatos, HCO3
-, constitui a principal fonte de 
capacidade tampão na faixa de pH neutro, e pode sergerada em condições 
anaeróbias, pela degradação de compostos orgânicos nitrogenados, sabões ou 
sais de ácidos orgânicos, redução de sulfitos e sulfatos. 
 
 O método sugerido por Ripley e colaboradores publicado em 1986, onde a 
titulação da alcalinidade é realizada em duas etapas: a primeira etapa 
relacionada à alcalinidade bicarbonato, uma titulação com ácido sulfúrico até 
pH=5,75, e a segunda etapa, relacionada à concentração de ácidos graxos 
voláteis acumulados no processo anaeróbio, titulação a partir do pH 5,75 até 
4,30. 
40 
 Titulação até o pH 5,75, o primeiro estágio da titulação a qual fornece a 
alcalinidade parcial (AP), equivalente à alcalinidade bicarbonato. 
 
 Titulação até pH 4,3, que corresponde ao segundo estágio da titulação, 
fornecendo a alcalinidade intermediaria (AI), equivalente à alcalinidade 
dos ácidos voláteis. 
 
 A relação entre os dois AI/AP resulta no índice Ripley, e através dele 
podemos inferir sobre as condições de operacionais de reator. Se o 
valor for maior 0,3 indica que estão ocorrendo distúrbios no processo 
de digestão anaeróbia, sendo sempre recomendável observar 
cuidadosamente o processo na referida unidade de tratamento, pois é 
possível que ocorra problemas de eficiência. É importante salientar que 
outros valores diferentes de da realção AI/AP= 0,3, possam indicar 
estabilidade do sistema, como afirmado por outros pesquisadores. 
 
 Para esgoto domestico valores da alcalinidade bicarbonato entre 1.000 
e 5.000 mg L-1, permitem manter o pH na faixa de 6,6 a 7,5, 
respectivamente, sendo a faixa mais comum no tratamento das águas 
residuárias de 3.000 a 5.000 mg L-1 de carbonato de cálcio. 41 
TOXIDADE EM MICRORGANISMOS ANAERÓBIOS 
 Na digestão anaeróbia os organismos acidogênicos e as arqueas 
metanogênicas diferem muito quanto a sua fisiologia nutricional, 
crescimento cinético e sensibilidade às condições do meio, sendo que 
o fracasso em manter o balanço entre esses dois grupos de 
microrganismos pode provoca problemas na estabilidade dos reatores. 
 
 Substâncias inibidoras são sempre tidas como causadoras primárias de 
instabilidade de reatores, distúrbios do processo anaeróbio e do 
respectivo colapso quando estiverem em concentrações consideráveis 
na água residuária e impregnadas no lodo. 
 
 Uma substância é considerada inibidora quando provoca condições 
adversas na população microbiana ou inibição do crescimento 
bacteriano, pelo decréscimo da taxa de produção do metano e 
acumulação de ácidos orgânicos. 
 
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 A literatura sobre digestão anaeróbica mostra variações consideráveis nos 
limites de toxidade ou inibição devido aos mecanismos de antagonismo, 
sinergismo e aclimatização que ocorrem no processo de digestão 
anaeróbia. As principais substâncias que causam toxidade nos processos 
anaeróbios são: 
 
 Amônia Livre; 
 Sais: Sódio, Potássio, Magnésio, Alumínio; 
 Sulfeto. 
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CINÉTICA MICROBIANA 
 O estudo cinético do processo de biodigestão anaeróbia é importante para propiciar 
a determinação e otimização de parâmetros de projetos para reatores de 
configuração em escala real. 
 
 O estudo cinético de um determinado fenômeno ou processo significa estudar sua 
evolução no tempo, através da quantificação de certas grandezas que definam 
adequadamente esta evolução. No caso da degradação de material orgânico, as 
grandezas medidas são: tempo, concentração de microrganismos presentes, 
concentração de substrato que limita o processo e a concentração do produto em 
que se possa estar interessado . 
 
 A cinética bioquímica de um determinado processo consiste em estudar as 
velocidades de crescimento dos microrganismos acompanhadas da utilização de 
substrato e da formação de produtos. 
 As velocidades devem ser expressas em termos matemáticos por modelos que 
representem com clareza a eficácia dos processos. 
 As principais fases de crescimento bacteriano são: 
 
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A FASE DE MAIOR INTERESSE E IMPORTÂNCIA NO PERFIL DO CRESCIMENTO MICROBIANO 
É A FASE DO CRESCIMENTO EXPONENCIAL. PELO FATO DA TAXA DE DEGRADAÇÃO DA 
MATÉRIA ORGÂNICA EM PROCESSOS DE TRATAMENTO BIOLÓGICO SER FUNÇÃO DO 
NÚMERO DE MICRORGANISMOS PRESENTES. A FASE DE MENOR INTERESSE PARA ESTE 
TIPO DE TRATAMENTO É A FASE DE ACLIMATIZAÇÃO OU “LAG”, DEVIDO À TAXA DE 
CRESCIMENTO SER NULA E DE SER UMA FASE LIGADA AOS ESTUDOS DE PROCESSOS 
INIBITÓRIOS. 
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46 OBRIGADO !!!!