tratamento biologico 2 aula 7 2014

BIOLOGIA AMBIENTAL

Tecnologia em Saneamento Ambiental

Prof.ª Mestranda Alexandra Zampieri & Prof.ª Mestranda Graziele Ruas

2 Sem 2014

TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES


• TÓPICOS

– TRATAMENTO AERÓBIO;

– TRATAMENTO ANAERÓBIO;

– MATÉRIA ORGÂNICA CARBONÁCEA E NITROGENADA;

– CINÉTICA DA OXIDAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA.

Biologia Ambiental 2014 2


• TRATAMENTO ANAERÓBIO

– Um dos mais antigos processos de tratamento de efluentes;

– Há produção de metano;

– Processo econômico;


TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES – Tratamento Anaeróbio

VANTAGENS • Alto grau de estabilização do

efluente; • Baixa produção de lodo; • Pequenas exigências

nutritivas; • Nenhuma exigência de

oxigênio; • A eficiência do tratamento não

é limitado pela transferência do oxigênio;

• Metano como produto final útil.

DESVANTAGENS • Aplicação limitada para certos

efluentes; • Temperaturas relativamente

altas (30 a 35ºC); • Efluentes diluídos tem pouco

produção de metano; • Baixa velocidade do

crescimento das arqueas metanogênicas;

• Maior TDH; • Baixa velocidade no ajuste a

novos despejos e variação de condições ambientais.



• TRATAMENTO ANAERÓBIO


Matéria Orgânica

Microrganismos Anaeróbios

CH4 + CO2

(Biogás)


• TRATAMENTO ANAERÓBIO – BALANÇO DE DQO

– A DQO é uma medida indireta de matéria orgânica presente no efluente;

– Como já vimos a maior parte da DQO que entra no sistema anaeróbio é convertida em Metano;

– Já no tratamento aeróbio 50% da DQO o efluente vira lodo!



• TRATAMENTO ANAERÓBIO – LODO

– Granulado;

– Denso e compacto com alta capacidade de estabilização;

– Comunidade microbiológica balanceada;

– Alta produtividade metanogênica;

– Proteção contra choques tóxicos.



• Processo de formação do Floco



• Quando há formação de flocos granulares e estes com equilibro entre os microrganismos, têm-se maior facilidade em clarificar o efluente.



• TRATAMENTO ANAEROBIO – ETAPAS

– Etapa 1:

• Não há produção de Metano;

• Não há estabilização do efluente;

• A MO complexa é hidrolisada, fermentada e convertida biologicamente em MO mais simples.

• Produtos finais: Ácidos Graxos Orgânicos.



• TRATAMENTO ANAEROBIO – ETAPAS

– Etapa 2:

• Os Ácidos Orgânicos são convertidos em CO2 e CH4 por um grupo específico de microrganismos (Metanogênicas);

• Organismos estritamente anaeróbios.



• Quais microrganismos podemos encontrar em um digestor anaeróbio?

• (1) bactérias hidrolíticas que catabolizam sacarídeos, proteínas, lipídios, e outros constituintes químicos secundários da biomassa.

• (2) bactérias acetogênicas produtoras de Hidrogênio catabolizam certos ácidos graxos e produtos finais neutros.

• (3) bactérias homoacetogênicas que catabolizam compostos de um carbono ou hidrolisam compostos multicarbonados para ácido acético, e

• (4) archaeas metanogênicas que catabolizam acetato e um carbono para metano.


BA

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• REAÇÕES METANOGÊNICAS

– METANOGÊNESE ACETOCLÁSTICA

• CH3COOH CH4 + CO2

– METANOGÊNESE AUTOTRÓFICA

• CO2 + H2 CH4



• REQUISITOS AMBIENTAIS QUE DEVEM SER CONTROLADOS

– pH;

– Amônia;

– OD;

– Temperatura; e

– Nutrientes.



• INDICADORES DE DESEQUILÍBRIO NA DIGESTÃO ANAERÓBIA – Parâmetros Acelerados:

• Concentrações de Ácidos Voláteis;

• Maior concentração de CO2 no biogás.

– Parâmetros Desacelerados (influenciam negativamente no): • pH;

• Produção total de gás;

• Estabilização do despejo.



Causas dos Desequilíbrios temporários

• Variação na temperatura;

• Variação na carga orgânica;

• E mudança na natureza do efluente.

Causas de Desequilíbrios Prolongado

• Presença de materiais tóxicos (metais pesados);

• Queda extrema de pH;

• Lento crescimento biológico durante o inicio do processo.



• COMO CONTROLAR O DESEQULIBRIO?

– Manter o pH próximo ao neutro;

– Determinar a causa do desequilíbrio;

– Corrigir o problema;

– Remover material tóxico do efluente;

• Diluir o efluente;

• Formar complexo insolúvel para precipitar;

• Neutralizar a toxidez com outro material.



• Subprodutos na Digestão Anaeróbia

– Húmus – lodo;

– Gás metano – combustível;

– Enxofre Elementar.



SISTEMA DE LODOS ATIVDOS

É amplamente utilizado no mundo todo para o tratamento de despejos (efluentes) industriais

e domésticos, quando há necessidade de se alcançar uma elevada qualidade do efluente e

reduzido requisitos de área.



• SISTEMA DE LODOS ATIVADOS

– POSSUI ELEVADO ÍNDICE DE MECANIZAÇÃO E NECESSIDADE DE MÃO DE OBRA ESPECIALIZADA;

– OPERAÇÃO MAIS SOFISTICADA;

– MAIORES CONSUMOS DE ENERGIA ELÉTRICA.



• UNIDADES BÁSICAS DE UM SISTEMA DE LODOS ATIVADOS:

– Tanque de aeração (reator);

– Tanque de decantação (decantador secundário);

– Recirculação de lodo (aumenta a concentração da biomassa e eficiência do sistema).



• SISTEMA DE LODOS ATIVADOS



• SISTEMA DE

LODOS

ATIVADOS



• SISTEMA DE LODOS ATIVADOS – No reator ocorrem as reações bioquímicas de

remoção da matéria orgânica e em determinadas condições remoção de matéria nitrogenada.

– No decantador secundário ocorre a sedimentação da biomassa permitindo que o efluente final seja clarificado.

– Os sólidos sedimentados no decantador secundário são recirculados (aumentando a eficiência do sistema).



• SISTEMA DE LODOS ATIVADOS – A biomassa pode ser facilmente separada no

decantador secundário devido a sua propriedade flocular.

– A recirculação da biomassa permite que a detenção dos sólidos seja maior que a detenção hidráulica, permitindo que o TDH diminui e o volume do reator também diminua.

– Deve-se retirar a mesma quantidade de biomassa que é gerada com a entrada de determinado volume de efluente.



• SISTEMA DE LODO ATIVADOS

– Pode ser adaptado para fazer remoção biologia de nutrientes.



• SISTEMA DE LODO ATIVADO PARA O PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTE DE REATORES ANAERÓBIOS

– O lodo aeróbio excedente é introduzido no UASB;

– O lodo gerado no sistema é mais facilmente tratável, o seu tratamento é constituído apenas pela etapa da desidratação


SISTEMA DE LODO ATIVADO PARA O PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTE DE REATORES ANAERÓBIOS

VANTAGENS

• Redução na produção de lodo;

• Redução do consumo de energia;

• Redução no uso de produtos químicos no tratamento do lodo;

• Menor necessidade de unidades e equipamentos;

• Maior simplicidade operacional.

DESVANTAGENS

• Não há total retirada de nutrientes;


• A eficiência do tratamento é praticamente igual ao sistema de lodos convencional e o volume de unidades é aproximadamente o mesmo.

MATÉRIA ORGÂNICA CARBONÁCEA E NITROGENADA

MATÉRIA ORGÂNICA CARBONÁCEA

• Matéria Orgânica Inerte (Solúvel e particulada).

• Matéria Orgânica Biodegradável – Rapidamente biodegradável –

solúvel.

– Lentamente biodegradável – particulada. (Moléculas complexas).

MATÉRIA ORGÂNICA NITROGENADA

• Matéria Nitrogenada Inorgânica (Amônia).

• Matéria Nitrogenada Orgânica: – Inerte (Solúvel e Particulada).

– Biodegradável (Rapidamente -amonificação, lentamente - hidrólise e Amônia)


Hidrólise: atuação de enzimas extracelulares que quebram as moléculas tornando-as solúveis!

CONVERSÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA CARBONÁCEA

• AEROBIAMENTE

– Tratamento Aeróbios

• ANAEROBIAMENTE

– Tratamentos Anaeróbios


CONVERSÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA NITROGENADA

• OXIDAÇÃO DA MATÉRIA NITROGENADA – Nitrificação;

• Há consumo de Oxigênio (chama-se demanda nitrogenada);

• Há liberação de H+, consumindo alcalinidade do meio e diminuindo o pH.



• REDUÇÃO DE NITRATOS

– Em condições anóxicas ocorre a desnitrificação.

2NH3-N + 2H+ N2 + 2,5 O2 + H2O

• Economia de oxigênio no sistema;

• Consumo de H+, economizando alcalinidade e contribuindo para o tamponamento do meio.


Progressão Temporal da Oxidação da Matéria Orgânica

• Etapas (considerando um recipiente fechado):

– 1) Síntese (Anabolismo)

• Consumo de oxigênio;

• Aumento da população microbiana.

– 2) Respiração Endógena (Catabolismo)

• Auto oxidação;

• O Substrato já se encontra escasso;


CINÉTICA DA OXIDAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA

• DBO => REPRESENTA TANTO A MATÉRIA ORGÂNICA COMO O CONSUM DE OXIGÊNIO.

– DBO remanescente: é a quantidade de MO remanescente na massa líquida em um dado instante.

– DBO exercida: oxigênio consumido para estabilizar a matéria orgânica.



• A cinética da reação da DBO remanescente é frequentemente descrita como uma reação de primeira ordem;

• Reação de primeira ordem é aquela onde a taxa de mudança da concentração da substancia é proporcional à primeira potência da concentração.




dias

Co

nsu

mo

de O

xig

ên

io (

mg

O2/

L)

DBO consumida

DBO remanescente

DBO última ou carbonácea


• DBO remanescente


PERGUNTAS

1. Esquematize o balanço de DQO nos tratamentos Anaeróbios e Aeróbios.

2. Porque o lodo é recirculado em sistemas de Lodo Ativado?

3. Qual a vantagem em recircular o lodo em sistemas UASB - Lodo Ativado?

4. Esquema!


tratamento biologico 2 aula 7 2014

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