4150815 tratamento de esgoto saneamento

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EEA Empresa de Engenharia Ambiental Ltda.

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Captulo 5: Tratamento Anaerbio. Em 1776 Alessandro Volta, fsico Italiano, descobriu o ar combustvel, formado em sedimentos no fundo de lagos e rios. Oitenta anos mais tarde Reiset detectou a formao de metano em estrumeiras e props o estudo desse tipo de manejo de resduos para explicar o processo de decomposio anaerbia. Bechamp, em 1868, concluiu que o gs metano formado por microrganismos. Sendo que em 1875, Popoff , investigou a formao de metano a partir substratos. Em 1890, Van Senus verificou que a decomposio anaerbia era feita por vrios microrganismos e Omeliansui isolou organismos que produziam hidrognio, cido actico e butrico, a partir da celulose. Deduziu tambm que o metano seria produzido a partir da reduo do gs carbnico por hidrognio. 4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O Em 1910, Sohngen verificou que a fermentao de materiais orgnicos produzem compostos reduzidos como hidrognio, cido actico e gs carbnico. Demonstrou tambm que ocorre a reduo de CO2 para a formao de metano e assumiu que o cido actico descarbonizado para fermentao de metano. Essa hiptese, hoje considerada correta, permaneceu em controvrsia por vrias dcadas. Em 1914, Thum e Reichle concluram que o processo se dava em duas fases: cida e metnica. Em 1916, Imhoff, denominou de digesto cida e digesto metnica as fases do processo. Em 1940, Barker isolou a Methano Bacterium Omelianski que oxida etanol,, a acetato, a metano. Em 1948, Buswell e Sollo, utilizando vindo do acetato no ocorre atravs de reduo de CO2 . Em 1956 Jerris verificou que 70% do metano produzido vinha do acetato. Em 1967 Briant publicou que existem 2 espcies de bactrias que convertem a metano. Uma pela via do acetato e outra pelo hidrognio.14

de vrios

C provaram que o metano

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5.1 A microbiologia da digesto anaerbia:

De uma forma simplificada, o processo anaerbio ocorre em quatro etapas. Na primeira etapa, a matria orgnica complexa transformada em compostos mais simples como cidos graxos, amino cidos e aucares, pela ao dos microrganismos hidrolticos. Na segunda etapa as bactrias acidognicas transformam os cidos e aucares em compostos mais simples como cidos graxos de cadeia curta, cido actico, H2 e CO2 . Na terceira etapa, estes produtos so transformados principalmente em cido actico, H2 e CO2, pela ao das bactrias acetognicas. Por fim, na ltima etapa, os microrganismos metanognicos transformam esses substratos em CH4 e CO2.

- As bactrias hidrolticas:

O primeiro passo na digesto anaerbia a hidrlise dos polmeros de cadeia longa que feita pelas bactrias hidrolticas. Os principais compostos a serem hidrolisados so a celulose, as protenas e os lipdios. A celulose um polmero de cadeia longa, facilmente degradado por bactrias aerbias, mas nos processos anaerbios as bactrias aerbias no sobrevivem, sendo ento a hidrlise mais dificultada. Um bom nmero de protozorios tambm contribuem para a fermentao da celulose. As bactrias celulsicas, podem entrar no esgoto atravs da fezes humana e principalmente de animais como o cavalo, o boi e o porco. O pH timo para a sobrevivncia destas bactrias de cerca de 6 e a temperatura tima 45o C. A fase de hidrlise compreende tambm a Liguinina, que compreende de 20% a 30% da biomassa. geralmente resistente degradao anaerbia, deve estar numa temperatura e pH altos e parcialmente solubilizada e transformada em pequenas compostos que so facilmente digeridos para metano e CO2 .

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Pectina um grupo complexo de polissacardios. Os lipdios consistem de glicerina de cadeia - longa de cidos carbnicos. As protenas so cerca de 50% do total da biomassa. Percebe-se que a hidrlise um passo limitante para a converso de matria orgnica em metano. Os produtos das reaes hidrolticas so fermentados e depois transformados em metanos. A tabela 1 mostra o produto da fermentao das principais bactrias hidrolticas.

Tabela 1: bactrias envolvidas na fase hidroltica da digesto anaerbia. Organismos Bacteroides Succinogenes Bacteroides Fibrisolvens Bacteroides Ruminicola Ruminococcus flavefaciens Neocallimastix Frontalis Rumem Spirochetes Lachnospira Multiparus Acetivibrio Cellulolyticus Clostridium Thermocellum Clostridium Papyrosolvens Clostridium Butyricum Origem Rumem Rumem Rumem Rumem Rumem Rumem Rumem Digester Digester Sedimento Sedimento Substrato Celulose Celulose Hemicelulose Celulose Celulose Pectina Pectina Celulose Celulose Celulose Pectina Produtos F, A, S F, L, H2, CO2 F,B,L,H2,CO2 F,A,B,L,M,H2,CO2 F,A,L,S,M F,A,S,M F,A,L,M,E,H2,CO2 A,E,H2,CO2 A,E,H2,CO2 F,A,L,E A,B,M,E,H2,CO2

F = Formol, A = Acetato, P = Propianato, B= butirato, S = Sucinato, l\L = lactado, M = metanol, E = Etanol, IP = Isopropanol. Fonte: Chynoweth, D. P. e Isaacson R.(1987)

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- As bactrias transicionais:

A bactria transicional transforma a matria orgnica solvel produzida pela bactria hidroltica em substrato para metanognese. Acetato no efluente pode ser metabolizado diretamente pela bactria metanognica, independente de iteraes catablicas com outras bactrias. Alguns substratos so hidrolisados para amino - cidos que podem ser usados com carbono servindo de energia para reaes fermentativas. A bactria fermentativa na digesto anaerbia converte material orgnico solvel para cido actico, cido propinico, cido butrico, H2 e CO2 . Alguns produtos das bactrias fermentativas como acetato e H2 , podem ser metabolizados diretamente pela bactria metanognica, mas outros como cidos propinicos e cidos butrico no podem ser digeridos diretamente. Segundo Chynoweth & Isaacson (1987), uma poro do acetato sintetizado para H2 e CO2 na digesto e uma pequena parte para cido propinico, cido actico e cido butrico. Outros estudos indicam que culturas mistas produzem cidos volteis do H e 2 CO2 ou do metanol. - As bactrias acidognicas:

Os acares e aminocidos so absorvidos pelos organismos acidognicos e fermentados intracelularmente a cidos graxos de cadeias mais curtas, como cido propinico, butrico, alm de CO2, H2 e acetato. As vias bioqumicas pelos quais o substrato fermentado, e a natureza do produto(tipo de cido voltil produzido) dependero, principalmente, do tipo de substrato e da presso parcial de hidrognio.

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- As bactrias acetognicas:

As bactrias acetognicas desempenham um importante papel entre a acidognese e a metanognese. Bactrias acetognicas, produtoras de hidrognio so capazes de converter cidos graxos com mais de 2 carbonos a cidos acticos, CO2, H2 que so os substratos para as bactrias metanognicas.

- As bactrias metanognicas:

As bactrias metanognicas so o final do processo de decomposio anaerbia da biomassa. Metano o produto final da mineralizao da digesto anaerbia. Como contraste a bactria aerbia metaboliza atravs da oxidao dos polmeros para CO2 e H2 O. As bactrias metanognicas podem utilizar cido frmico e actico, alm de metanol, metilamina, H2 e CO2 para a produo de metano. Cerca de 70 % do metano produzido pelas bactrias metanognicas provm do acetato. As reaes bioqumicas desse grupo de bactrias contribuem para a reduo da presso parcial de hidrognio, viabilizando as etapas anteriores do processo de degradao anaerbia. A formao de metano como produto final do processo depende da existncia de populaes com funes distintas , e em propores tais que permitam a manuteno do fluxo de substratos e energia sob controle.

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Tabela 2. Bactrias metanognicas e seus respectivos substratos. Espcies Substratos Methanobacterium formicicum DSM 863 H2-CO2 Methanobacterium thermoautrophicum H2-CO2 Methanobacterium bryantii M. O. H. H2-CO2 Methanobacterium wolfei DSM2970 H2-CO2 Methanobacterium uliginosum P2St H2-CO2 Methanobacterium alcaliphilum WeN4 H2-CO2 Methanobrevbacter ruminantium M1 H2-CO2 Methanobrevbacter smithii PS H2-CO2 Methanobrevbacter arboriphilicus DH1 H2-CO2 Methanothermus fervidus DSM 2088 H2-CO2 Methanococcus vannielii DSM 1224 H2-CO2 Methanococcus Methanobacterium voltae PS H2-CO2 Methanococcus thermolihotrophicus DSM 2095 H2-CO2 Methanococcus maripaludis JJ H2-CO2 Methanococcus jannaschii JAL-1 H2-CO2 Methanococcus halophilus INMIZ - 7982 Methanol Methanospirillun hungatei JF1 H2-CO2 Methanomicrobium mobile BP H2-CO2 Espcies Methanomicrobium paynteri G - 2000 Methanogenium cariaci JR1 Methanogenium marisnigri JR1 Methanogenium thermophilicum CR1 Methanogenium aggregans MSt Methanogenium bou