Aula 11 - Eng BioQuimica B

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TRATAMENTO AERÓBICO e 
ANAERÓBICO de 
Resíduos/Efluentes
Aula 11
Livro: Biotecnologia Industrial – Schmidell, 
Lima, Borzani – Vol. 3-Cap. 23
Tratamento de Resíduos
 Resíduo: Qualquer substância de que o ser humano 
pretende desfazer-se por não reconhecer a sua 
utilidade. 
A geração de resíduos é causadora de poluição, e 
tem aumentado com o desenvolvimento 
econômico e tecnológicos das cidades. 
TIPO DE RESÍDUOS:
 Águas Residuais
 Resíduos Sólidos Urbanos
Tecnologias de Tratamento
 O tratamento biológico é a forma mais 
eficiente de remoção da matéria orgânica 
dos esgotos.
 O próprio esgoto contém grande variedade de 
bactérias e protozoários que compõem as culturas 
microbianas mistas que processam os poluentes 
orgânicos.
 O processo requer o controle de vazão e recirculação dos 
microorganismos, fornecimento de O2 e outros fatores (T, pH, 
presença de elementos tóxicos).
 M.O se decompõe em substância estáveis.
 As tecnologias de tratamento de efluentes 
nada mais são do que o aperfeiçoamento do 
processo de depuração da natureza, 
buscando reduzir seu tempo de duração e 
aumentar a capacidade de absorção, com 
consumo mínimo de recursos e melhor 
resultado em termos de qualidade do efluente 
lançado.
 Disposição no solo
 Lagoa de estabilização aerada e/ou sem aeração
 Sistemas anaeróbios
 Lodos ativados
 “A essência dos processo biológicos de 
tratamento de esgoto reside na capacidade 
dos micro-organimos envolvidos utilizarem, os 
compostos orgânicos biodegradáveis, 
transformando-os em subprodutos que podem 
ser removidos do sistema de tratamento. Os 
subprodutos formados podem se apresentar na 
forma sólida (lodo biológico), líquida (água) ou 
gasosa (CO2, CH4, etc) qualquer que seja o 
processo utilizado, aeróbio ou anaeróbio, a 
capacidade de utilização dos compostos 
orgânicos depende da atividade da biomassa 
presente”
 Classificação dos Processos:
 AERÓBICOS
 Ex: Lodos Ativos;
(CH2)n + O2 ------- CO2 + H2O + energia+ novas células
 ANAERÓBICOS
 Ex: Lagoas de Estabilização (zonas rurais);
 (CH2)n  nCHCOOH  CH4 + CO2
 Necessita de grandes áreas;
 Necessita de maior tempo de retencão;
 FACULTATIVOS
 Os 2 processos ocorrem ao mesmo tempo
 Superfície: aeróbico;
 Fundo: anaeróbico;
TRATAMENTO DE 
ESGOTOS/EFLUENTES 
POR VIA AERÓBIA
Tratamento de Águas Residuais
 Águas residuais: águas que foram utilizadas em 
atividades doméstica, industrial ou agrícola e 
que contém uma grande variedade de resíduos.
 O tratamento é realizado em estações de 
tratamento ETAR (Estação de Tratamento de 
Água Residual).
ÁGUA DE REUSO
 Ex: Estação de Tratamento ALEGRIA -> água para 
COMPERJ
 Ex: AQUAPOLO  polo petroquímico ABC
 Componentes a serem removidos na ETAR
 Sólidos grosseiros em suspensão (gradeamento, 
peneiramento);
 Sólidos suspensos sedimentáveis 
(coagulação/floculação);
 Óleos e Graxas (separadores gravimétricos, 
hidrociclones, flotação);
 Metais pesados (precipitação química, adsorção 
em carvão ativo);
 Matéria Orgânica;
 Compostos inorgânicos (N e P);
ETAPAS TRATAMENTO DE ÁGUA
 Tratamento Preliminar:
Só processos físicos:
 Eliminação de corpos sólidos.
 Uso de Gradeamento;
 Resíduos recolhidos mecanicamente;
 Principal finalidade: 
 Proteção dos dispositivos de transporte de 
efluentes (bombas, válvulas e tubulações);
 Proteção das unidades de tratamento 
subsequentes;
TRATAMENTO PRIMÁRIO:
 Tratamento Físico-Químico
 Local: Tanque de sedimentação de sólidos.
 Retirada de: 
 matéria orgânica e sólidos sedimentáveis 
materiais gordurosos  flutuam
Processo: Coagulação, floculação, flotação, 
decantação.
Os materiais retirados denominam-se lamas em bruto 
(lodos em bruto)  serão tratados e enviados para 
aterros sanitários.
TRATAMENTO SECUNDÁRIO
 Tratamento Biológico;
 Objetivo: Eliminar a matéria orgânica presente;
 Reatores Biológicos (tanques de aeração);
 Utilização de micro-organismos aeróbicos. O lodo 
ativo contém microorganismos que digerem a 
matéria orgânica.
 O lodo ativo é misturado com a água resultantes 
do tratamento primário, ou podem cobrir um leito 
de gravilha sobre o qual passa a água (tanques de 
percolação). Ao tratamento secundário segue-se 
uma nova decantação:
 Decomposição da Matéria Orgânica: Oxidação de 
compostos orgânicos pela ação de bactérias 
aeróbicas.
 O oxigênio é obtido por aeração mecânica
 Decantação: Processo de sedimentação nos 
decantadores secundários;
 Recirculação do lodo ao tanque de aeração 
Retorno do lodo
Demanda por Oxigênio
 DQO, Demanda Química de Oxigênio 
(mg/L)
 Quantidade de oxigênio necessária para oxidar 
a matéria orgânica por processo químico.
 DBO, Demanda Bioquímica de Oxigênio 
(mg/L)
 Quantidade de oxigênio necessário aos 
microorganimos para oxidar a matéria Orgânica 
presente a água num período de 5 dias.
Processo BioQuímico Aeróbio
TRATAMENTO DA LAMA (ou LODO)
 A Lama é rica em bactérias: 
 Sprillum, vitreoscilla, sphaerotilus, beggiatoa.
 Composição da Lama:
 H2O – 93-99%
 Sólida
 C- 50-70%
 H – 6,5 -7,3%
 O – 21-24%
 N- 15-18%
 P -1 -1,5%
 S – 0 -2,4%
 Maior parte da lama é retornada à etapa de 
aeração para manter o nível de bactérias necessário 
ao processo. O restante vai para o processo de 
tratamento da lama.
O processo de digestão anaeróbica: a lama depositada no fundo 
do clarificador é tratada na presença de bactérias gerando gás 
metano.
 Unidades integrantes da etapa de 
Tratamento 2ário:
 Tanque de aeração (reator biológico)
 Sistema de Aeração
 Tanque de decantação 
 Sistema de recirculação da lama/lodo
 Destino da Lama:
 Reciclo no próprio biotratamento;
 Digestão anaeróbica
 Disposição em aterros sanitário;
 Incineração;
Carga Orgânica
Exemplo: Um efluente de 
uma refinaria de açucar
chega ter um DBO de 
6.000 mg/L, o que 
significa que a cada litro 
despejado num rio, fará 
com que 6.000 mg, ou 
seja 6g de OD (oxigênio 
dissolvido) na água do 
rio sejam consumidos.DBO = 6.000 mg/L
Vazão do Efluente = 5.000 L/s
Carga Orgânica = 6.000 mg/L x 5.000 L/s
Carga Orgânica = 30.000 g/s
Limites legais para OD nos corpos de água:
 Para água de classe especial não é permitido 
lançamento de efluentes mesmo que tratado.
 Nas águas naturais de superfície o índice OD 
varia de 0 a 19 mg/L, mas um teor de 5 a 6 mg/L 
já é o suficiente para suportar uma população 
variada de peixes.
TRATAMENTO TERCIÁRIO
 Direcionado para remoção de todos ou alguns 
contaminantes remanescentes.
 Evitar o processo de eutrofização (fenômeno causado 
pelo excesso de nutrientes (P, N) que promovem o 
crescimento de algas, aumento da biomassa, 
redução do O2 dissolvido  condições anaeróbicas;
 Processo de filtração e adsorção utilizando 
membranas e carvão ativo;
 Em função da necessidade, os processos são 
muito diversificados:
 Outros processos de absorção química para remoção 
de cor, espuma.
 Osmose reversa, troca iônica
Exemplo de Eutrofização
Excesso de plantas flutuantes (aguapé) causado por um ambiente eutrófico.
TRATAMENTO QUATERNÁRIO
 Desinfecção final;
 Objetivo: eliminar as bactérias;
 Desinfetantes mais utilizado: 
 Cloro
 Ozônio 
 Radiação UV
 Não produz subprodutos;
 Não é corrosivo;
 Baixo consumo de energia;
Subprodutos do Tratamento:
 Lodo
 1ª fase do TT : lodo constituído de sólidos
 2ª fase do TT: lodo constituídos de micro-
organismos (biomassa)
 OBS: em média, para cada 400 litros de esgoto 
são gerados 2 litros de lodo concentrado.
 Efluente Tratado
 2010: 800 milhões de litros de água de reuso;
 2012: 1,7 bilhão de litros de água de reuso;
 Água de Reuso: Contribui para manter o 
abastecimento de água potável
 Despesa com o tratamento do esgoto 
pode virar receita!!!!!
PROCESSOS DE 
BIODIGESTÃO
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Livro: Biotecnologia Industrial – Schmidell, 
Lima, Borzani - Vol 3-Cap. 23
Processos Anaeróbios existentes 
na Natureza:
 Na natureza existem váriosambientes favoráveis ao 
desenvolvimento da digestão anaeróbia:
 Ex: pantânos, estuários, lagos e jazidas petrolíferas.
 Sec XIX  o tratamento do esgoto doméstico 
gerava gás destinado a iluminação humana.
 Sec XX  India e China  produção de gás 
metano a partir de esterco de animais;
 1960  caráter mais científico;
Processo Anaeróbicos
 A digestão anaeróbica é um processo bioquímico 
complexo composto por várias reações sequenciais, 
cada uma com sua população bacteriana específica;
 Os microorganimos, que atuam, na ausência de oxigênio 
promovem a transformação de compostos orgânicos 
complexos (carboidratos, proteínas, lipídeos) em produtos 
simples como o metano e o gás carbônico;
 Grande parte dos produtos da digestão anaeróbica é 
constituída por gases, que se despreendem da água 
residuária, formando uma fase gasosa  o BIOGÁS;
 Etapas: Hidrólise, Acidogênese, Acetogênese e 
Metanogênese
Tratamento Biológico
 Aeróbios:
 Oxigênio é o aceptor final dos elétrons:
 Gera CO2, água e biomassa;
 Anaeróbios:
 Compostos químicos atuam como aceptor final 
dos elétrons.
 Gera CH4, álcool, ácidos orgânicos e biomassa
 OBS: Em decorrência da alta quantidade de 
energia dos produtos finais oriundos dos processos 
anaeróbios, geralmente é necessário um posterior 
tratamento aeróbio.
Tipos Efluentes e Tratamento
 Efluente: esgoto doméstico, culturas agrícolas, 
dejetos de animais, lixo urbano, efluentes de 
indústrias agrícolas, alimentícias e de bebidas.
 Tratamento:
 RAFA – UASB (reator anaeróbico de fluxo 
ascendente - manta de lodo)
 FAFA (Filtros Anaeróbicos de Fluxo 
Ascendentes)
 Anaeróbio de contato
 Leito fluidizado
Estágios
 “O ecossistema anaeróbio é muito complexo. 
Começa com bactérias hidrolíticas que 
decompõem as matérias mais complexas em 
substâncias mais simples, estes compostos orgânicos 
são transformados por bactérias acidogênicas em 
ácidos orgânicos que por sua vez são transformados 
por outro conjunto – as bactérias acetogênicas – em 
ácido acético, o qual por sua vez é convertido por 
bactéria metanogênicas a metano. Outras bactérias 
metanogênicas aproveitam parte do CO2 e 
combinam-no com o hidrogênio para produzir gás 
metano.”
Estágios/Detalhamento
Bactérias hidrolíticas
Bactérias acidogênicas
Bactérias acetogênicas
Bactérias metanogênicas
 Fase Limitante:
 Formação do metano visto que as bactérias 
metanogênicas são muito lentas e sensíveis às 
variações no ambiente.
 Condição para o desenvolvimento das bactérias 
metanogênicas:
 Ausência de oxigênio dissolvido;
 Temperatura adequada
 T = 35 – 37°C – faixa mesófila;
 T = 57- 59°C = faixa termófila;
 pH ~ 7;
 Sistemas de Baixa Eficiência (sistemas 
convencionais)
 Reatores operados com baixas cargas 
orgânicas volumétricas 
 Não dispõem de mecanismos de retenção de 
grandes quantidades de biomassa;
 Elevados tempo de detenção hidráulica;
 Tanques de grandes volumes
 Sistemas de Alta Taxa
 Mecanismos de retenção da biomassa 
 Baixos tempos de detenção hidráulica.
 Elevados tempos de retenção celular.
Representação esquemática de digestores de alta eficiência
RAFA/UASB
FAFA
Tratamentos Biológicos/Anaeróbico
RAFA/UASB
Considerações:
 Área requerida para instalação: 0,05 a 0,1 m2/hab.
 Baixa produção de lodo;
 Maior controle sobre os maus odores;
 Custo de implantação: R$ 30-40/hab;
 Custo operacional: R$ 1,5 a 2,0/hab.ano;
 Apesar das grandes vantagens, encontram 
dificuldades em produzir efluentes que se 
enquadrem aos padrões ambientais  necessidade 
de pós tratamento.
RAFA/UASB
Tratamentos Biológicos/Anaeróbico
Tratamentos Biológicos/Anaeróbico
Anaeróbio + Aeróbio
Anaeróbio + Aeróbio
Lagoa de Estabilização
 Muito empregada no Brasil em função das altas 
temperaturas de insolação, disponibilidade de 
área, operação simples e pouca mecanização 
 Grandes dimensões e elevados tempos de 
detenção hidráulica
Lagoa de Estabilização
Como escolher o método mais 
adequado?
 Vai depender dos objetivos ou da qualidade 
pretendida do efluente...
 Deve-se considerar:
 A vazão e a carga orgânica do Afluente;
 A qualidade final a ser alcançada;
 A área disponível para implantação do projeto
 Disponibilidade econômica