Lodos ativados

1. Lodos ativados Prof. Paulo Roberto Koetz Prof. Marcelo Hemkemeier 15/06/2007 14:26:01

2. Introdução • O sistema de tratamento aeróbio • retorno da biomassa ativa para o reator • Biomassa suspensa

3. Lodos Ativados - Esquema De Funcionamento

4. Introdução • Alta taxa de sólidos • Lodo • Microorganismos • Bactérias • Protozoários • Fungos • Rotíferos • Produtos Finais • CO2 • H2O • NO3 • SO4--

5. Lodo ativado • E > 90 % • Excesso de lodo • adubo

6. Lodo ativado. Microbiologia • Constituído por flocos • Fragmentos orgânicos não digeridos • Fração inorgânica • grãos de areia • Células mortas • Bactérias • Pseudomonas, Achromobacter, Flavobacterium, Citromonas, Zooglea • Bactéria filamentosas • Nocardia sp, Sphaerotilus natans, Microthrix • parvicella, Thiothrix

7. Lodo ativado. Microbiologia • Estrutura do floco é subdividida em dois níveis • Macroestrutura • Formada por bactérias filamentosas • Importante consumidora de matéria orgânica • Forma o esqueleto do floco • Em excesso, provoca o “bulking” do sedimentador • Em escassez, provoca a formação de flocos pequenos. • Microestrutura • Base do floco • composta de agregados de células

8. Lodo ativado. Características dos flocos • Separação sólido líquido • Boas características • presença de bactérias formadoras de flocos (microestrutura) e bactérias filamentosas (macroestrututra) em equilíbrio • Formação de flocos grandes • boa resistência mecânica.

9. Lodo ativado. Características dos flocos • Separação sólido líquido • Características inadequadas • Presença excessiva de bactérias filamentosas • Ausência de bactérias filamentosas

10. Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos • História • Zooglea ramigera • matriz gelatinosa (zooglea) • Não é mais aceita

11. Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos • As bactérias são capazes de flocular, dependendo das características ecológicas que as cercam • A aglutinação de bactérias • Causando a formação de flocos • resultado de forças físicas de atração, semelhantes às que ocorrem nas micelas de uma suspensão coloidal • Uma suspensão de bactérias em um meio líquido comporta-se um verdadeiro colóide, dentro de certos limites • O equilíbrio do sistema só deveria ser mantido enquanto as forças de atração entre as partículas (forças de van der Waals) fossem anuladas pelas forças de repulsão de natureza elétrica (potencial zeta)

12. Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos • As forças de repulsão não são maiores do que as de atração • Toda suspensão de bactérias deveria flocular • Teoria da motilidade • Explica a não formação de flocos total das bactérias. • Formação de flocos • Fase final do crescimento exponencial • Falta de nutrientes em relação a quantidade de biomassa

13. Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos • Teoria da motilidade • A morte de bactérias produz polímeros no meio, provocando a floculação.

14. Lodo ativado. Fungos • Não são habitantes freqüentes em lodos ativados • Condições • pH baixo (~ 5,0) • Grande quantidade de carboidratos • Deficiência de nutrientes • Estabilização a matéria orgânica • Possuem filamentos • Bulking • Gêneros • Geotrichum, Fusarium, Penicillum, Cladosporium

15. Lodo ativado. Algas • Turbidez impede o crescimento • Pouco estudadas • Cianofíceas, clorofíceas, diatomáceas

16. Lodo ativado. Protozoários • Unicelulares • Microscópicos • 5 µm a 5 000 µm • Maioria: 30 µm a 300 µm • Algumas espécies formam colônias • Forma das células é bastante variada • A esférica • A oval • A alongada • Achatada. • Translúcidos (transparentes • Podem apresentar coloração devido a ingestão de alimento, material de reserva ou pigmento (clorofila). • Alimentam-se de bactérias, outros protozoários e de matéria orgânica dissolvida e particulada

17. Lodo ativado. Protozoários • Subdivididos de acordo com o tipo de organela utilizada para a locomoção e captura de alimentos: • Ciliados • Cílios são organelas curtas e numerosas em forma de fio, que se projetam da parede da célula • Os cílios encontram-se arranjados em sentido longitudinal, diagonal e oblíquos • apresentando movimentos ondulatórios e coordenados ao longo da célula • Ciliados livre nadantes • possuem cílios distribuídos regularmente por toda a célula e nadam livremente entre os flocos presentes

18. Lodo ativado. Ciliados livre nadantes Ciliados livre nadantes Paramecium Ciliados fixos

19. Lodo ativado. Protozoários • Ciliados • Predadores de flocos • A célula é achatada dorsoventralmente • Os cílios são modificados e agrupados na parte que fica em contato com o substrato • O batimento dos cílios ventrais sobre o sedimento remove o substrato

20. Lodo ativado. Protozoários • Ciliados • Fixos ou pedunculados • podem ser isolados ou coloniais • Ligados ao substrato por um pedúnculo e seus cílios encontram-se concentrados na região anterior, próximo a boca • O batimento dos cílios cria uma corrente de água que capta o alimento do meio circundante • Possuem uma fase larval livre nadante • Algumas espécies possuem estruturas semelhantes a espinhos no lugar dos cílios. • Alguns gêneros são providos de uma organela contrátil, conhecida por mionema, que se localiza no interior do pedúnculo.

21. Lodo ativado. Protozoários • Flagelados • Protozoários que se locomovem através do flagelo • organelas em forma de filamento alongado, pouco numerosos, que se projetam de pontos específicos da célula (geralmente na parte anterior) • Executam movimento ondulatório na água, propelindo a célula para o próprio lado ou para o lado oposto da inserção do flagelo. • Sob condições adversas, o flagelo pode se perder, mas sua regeneração ocorre prontamente • São subdivididos em dois grupos

22. Lodo ativado. Amebas • Locomovem-se através de organelas transitórias, os pseudópodes • prolongamentos do protoplasma, formados em qualquer ponto da célula • Transparentes e não possuem forma bem definida. • A carapaça pode ser secretada pela própria ameba ou ser formada de partículas retiradas do meio. • Natureza calcária, silicosa, ou orgânica • Lentos e sua visualização muitas vezes fica comprometida • podem ser confundidas com os flocos aos quais se ligam • A forma estrelada adotada por muitas espécies está relacionada com o stress sofrido quando da manipulação da amostra em que se encontra

23. Lodo ativado. Micrometazoários • Formados por várias células que, agrupadas, formam verdadeiros tecidos. • Células diferentes possuem funções diferentes • No processo de lodos ativados • Anelídeos • Rotíferos • Nematóides • Tardígrados

24. Lodo ativado • Mais usado sistema de tratamento de efluentes • Custo baixo • O sistema gerador de ar deve fornecer a quantidade de oxigênio necessária ao processo • Os tempos de detenção são da ordem de 1 d

25. Lodo ativado • Parâmetros de projeto • Relação F/M

26. Lodo ativado • Parâmetros de projeto • Tempo de detenção celular

27. Lodo ativado • Parâmetros de projeto • Tempo de detenção celular • O tempo de detenção celular irá considerar a biomassa existente em todo o sistema • Grande quantidade de biomassa fora do tanque de aeração • Consideração da respiração endógena

28. Lodo ativado • Parâmetros de projeto (empíricos) • Tempo de detenção hidráulico • Carga orgânica aplicada • Os dois parâmetros dimensionam reatores de menor volume • São adequados para esgoto doméstico • Sub-dimensionam para efluentes industriais

29. Lodo ativado • Valores típicos de projeto • F/M • 0,05 d-1 a 1,0 d-1 • Tempo de detenção celular • 6 d a 15 d • TDH • 4 h a 8 h • B • 0,3 kg.m-3.d-1 (DBO) a > 3 kg.m-3.d-1 (DBO)

30. Seleção do tipo de reator • Fatores operacionais • Cinética das reações do processo • Necessidade de transferência de oxigênio • Características do efluente • Condições ambientais locais • Custo de construção • Custo de manutenção

31. Seleção do tipo de reator • Fatores operacionais • Cinética das reações do processo • Reatores de mistura perfeita • Reatores pistão • Os TDH são os mesmos porque a remoção de substrato solúvel e não solúvel são de primeira ordem em relação ao substrato e aprox. de primeira ordem em relação à biomassa

32. Seleção do tipo de reator • Fatores operacionais • Necessidade de transferência de oxigênio • Modificações dos reatores pistão originais • Suprimento de oxigênio em excesso na cabeça do reator • Suprimento de oxigênio em vários pontos • Introdução dos reatores de mistura perfeita • Otimização do desenho e da aplicação de oxigênio • Uso de oxigênio puro

33. Seleção do tipo de reator • Fatores operacionais • Características do efluente • Choques de cargas de matéria orgânica e de matéria tóxica nos esgotos, por efluentes industriais • Os reatores de mistura perfeita são mais resistentes à choques de cargas. • Dispositivos de equalização podem ser necessários.

34. Seleção do tipo de reator • Fatores operacionais • Condições ambientais locais • Temperatura • k = taxa de reação específica, constante de velocidade, s-1 • Coeficiente de temperatura 1,0 a 1,03 • T = temperatura

35. Seleção do tipo de reator • Fatores operacionais • Custos • Os custos devem incluir o tanque de aeração e o sistema de decantação • O principal fator é a concentração de biomassa na aeração

36. Seleção do tipo de reator Reator biológico + tanque de sedimentação Custo relativo Tanque de sedimentação final Reator biológico mg.L-1 SSV

37. Sedimentador. Decantador secundário • Papel fundamental no processo de lodos ativados • Separação dos sólidos em suspensão presentes no reator • Saída de efluente clarificado • Adensamento dos sólidos em suspensão no fundo do decantador • Retorno do lodo com concentração de SSVT mais elevada

38. Sedimentador. Decantador secundário • Armazenamento dos sólidos em suspensão no decantador • Complementando o armazenamento realizado no reator • A evitar para não propiciar a desnitrificação no decantador • liberação do gás nitrogênio, arrastando os flocos filamentosos do lodo • Interferindo na qualidade do efluente final

39. Sedimentador. Decantador secundário • A sedimentação é uma etapa fundamental para o processo de lodos ativados • A operação depende o sucesso da estação como um todo

40. Produção de lodo • A quantidade de lodo produzida afeta o projeto de manipulação de lodo e de sua disposição final

41. Seleção do tipo de reator • Vazão de descarte

42. Produção de lodo • Produção de lodo • No caso de processos aeróbios e anaeróbios, o valor de kd é o do aeróbio.

43. Tanque de ativação Decantador 1º Decantador 2º Efluentebruto Efluente tratado Digestor Lodo ativado

44. Instalações • Sistemas de Aeração • Ar Difuso • Aerador Flutuante • Aerador Submerso • Oxigênio Puro

45. Forças ou ligações de Van der Waals • Forças intermoleculares, caracterizadas por existirem entre moléculas eletricamente neutras • Responsáveis por muitos fenômenos físicos e químicos, como a adesão, o atrito e a viscosidade • Observado entre moléculas que não interagem quimicamente • O fenômeno das forças repulsivas ainda não é completamente conhecido • Descobertas pelo físico holandês Johannes van der Waals • 1910, Prêmio Nobel de Física.

46. Forças ou ligações de Van der Waals • Dividem-se em • Forças de Van der Waals do tipo dipolo-dipolo • Responsáveis pela interação entre duas moléculas que possuem momento de dipolo elétrico permanente, isto é, são moléculas polares • Forças de Van der Waals do tipo polarizabilidade-polarizabilidade • Responsáveis pela interação entre duas moléculas que apresentam momento de dipolo elétrico instantaneamente induzido, isto é, são moléculas polarizáveis • Forças de Van der Waals do tipo dipolo-polarizabilidade • Responsáveis pela interação entre uma molécula que apresenta momento de dipolo elétrico permanente e outra que apresenta momento de dipolo induzido

47. Bulking • Agentes de formação do bulking • variações na vazão de alimentação • variações na • Composição • pH • Temperatura • Septicidade • balanço de nutrientes • natureza dos componentes do efluente • suprimento limitado de oxigênio • mistura insuficiente • curto circuito • projeto do sedimentador secundário • capacidade limitada do reciclo de lodo • baixa concentração de oxigênio dissolvido • baixo A/M • DBO5 solúvel insuficiente. voltar

48. Referencias • Beal, L.L., Monteggia, L.O., Della Giustina, S.V. Otimização de uma estação de tratamento de efluentes de uma indústria de embalagens de papel. Engenharia Sanitária e Ambiental.São Paulo, V. 11, n. 3, p. 283-289. 2006. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1413-41522006000300012&lng=en&nrm=iso. Acesso em: 20 nov. 2007. voltar