Processos aeróbios

1. Processos aeróbios • Prof. Paulo Roberto Koetz

2. Tratamento Biológico • Remoção da matéria orgânica • Metabolização por microorganismos • Aeróbio • presença de oxigênio • Anaeróbio • ausência de oxigênio

3. Tratamento Biológico • Metabolismo • Utilização pelas bactérias do material orgânico • Fonte de energia • Fonte material para a síntese celular.

4. Tratamento Biológico • Catabolismo • Material orgânico • Fonte de energia • Anabolismo • Material orgânico • Massa celular. • Processos interdependentes • Simultaneos

5. Divisão celular Parede celular DNA Cromossoma Septo Membrana

6. METABOLISMO BACTERIANO: AERÓBIO X ANAERÓBIO

7. Metabolismo Microbiano

8. Classificação em função do metabolismo

9. Tratamento Biológico • Objetivos • Coagular sólidos não decantáveis • Diminuir o tamanho da molécula • Diminuir a reatividade química. • Remover nutrientes, N e P • Remover substâncias orgânicas e inorgânicas. • Condicionar o efluente aos padrões de emissão de efluentes líquidos

10. Tratamento Biológico • Os processos biológicos • Remoção da poluição dissolvida • O efluente do tratamento primário • Sólidos particulados • Sólidos dissolvidos ......Mas............

11. Tratamento Biológico • Redução do tamanho das moléculas • Esta redução não irá ocorrer no corpo receptor • Liberação de C, N na atmosfera • Formação de novas células • As novas células quando removidas carregam as substâncias poluentes dos efluentes.

12. Tratamento Biológico • Conhecimentos necessários • Características físico-químicas dos efluentes • Microbiologia do tratamento de efluentes • Cinética do crescimento dos microorganismos • Desenho de reatores

13. Tratamento Biológico • Microorganismos envolvidos • Bactérias quimioheterotróficas • Remoção da matéria orgânica em maior quantidade • Bactérias quimioautotróficas • Transformações especiais • nitrificantes

14. Tratamento Biológico • Microorganismos envolvidos • Protozoários • Fungos • Algas • Metabolismo simbiótico das lagoas de estabilização • Outros organismos

15. Tratamento Biológico • Aeróbio • Material orgânico é oxidado para produtos minerais • Lodo Ativado • Lagoa Aerada • Filtro Biológico

16. Tratamento Biológico • Anaeróbio • Produtos finais são gases • Biogás • Metano • Dióxido de carbono • Lagoa Anaeróbia • Filtro Anaeróbio • Leito Fluidizado / Expandido • UASB • RALF

17. Sistemas Aeróbios: MO + O2 + µO  µO + CO2 + H2O Sistemas Anaeróbios: MO + µO  µO + CO2 + CH4 + H2O

18. Substrato µO Metabólitos + µO Princípios do tratamento biológico • Substrato • Metabolizado dentro ou fora da célula • Complexo enzimático • Substância poluente específica de um efluente • Indústria de alimentos • proteínas, carboidratos e lipídios, mas também sais orgânicos e inorgânicos, ácidos orgânicos e inorgânicos e outros

19. Substrato µOMetabólitos + µO Princípios do tratamento biológico • Microrganismos • Bactérias, archae fungos, leveduras, algas e cianobactérias. • Metabólitos • Substâncias transformadas que não são mais utilizadas no metabolismo celular • Moléculas modificadas • Moléculas lisadas • ¨Novos¨ resíduos

20. Substrato µO Metabólitos + µO Princípios do tratamento biológico • Contem o material proveniente dos resíduos • Na forma de novas células ou adsorvidos na parede celular. • A remoção destes microrganismos da massa líquida remove a poluição • A massa de microrganismos • Biomassa ou lodo secundário • A biomassa retirada do sistema • Biomassa em excedente

21. Condições ambientais • Temperatura • pH • Agitação • Viscosidade do meio • Macro-Nutrientes • Micronutrientes • Co-fatores • Luz • Pressão osmótica

22. Condições ambientais - Temperatura • Psicrofílico – 5ºC a 20ºC • Mesofílico - 20ºC a 50ºC • Termofílico - 50ºC a 55ºC

23. Condições ambientais - Aeração • Aeróbios obrigatórios • Necessidade absoluta de O2 • Bacillus e Pseudomonas • Anaeróbios obrigatórios • Não se multiplicam em presença de O2 • Clostridium • Anaerobios Facultativos • Crescem em presença ou ausência de O2 • Leveduras e Escherichia coli

24. Condições ambientais - Oxigênio • Microaerofilas • Crescem em baixos níveis de O2 • 2 % a 10% O2 • Maiores concentrações de oxigênio são tóxicas • Aerotolerantes • Crescem em ausência ou presença de O2 • As diferenças entre as necessidades de O2 pelas bactérias são devidas aos sistemas enzimáticos

25. Condições ambientais - Nutrientes • Carbono orgânico • Nitrogênio • Fósforo • Micronutrientes

26. Tratamento Biológico • A cinética dos processos biológicos é sempre feita a partir de experimentos com sólidos dissolvidos

27. Curva de crescimento estacionária Fase log Desaceleração Morte ln µO Lag Aceleração Tempo

28. Curva de crescimento Log nº células (x) dX dt Tempo (t)

29. Fase exponencial em TTBE • O substrato é variado, simples e complexo • A biomassa é heterogênea • Os produtos intermediários são variados e complexos. • As condições ambientais não são homogêneas • A curva de crescimento dos microrganismos • não acontece com o mesmo desenho do que em cultura pura

30. Fase exponencial • Divisão binária • A população está crescendo em progressão geométrica • As células se dividem em uma taxa constante • Dependendo das condições do meio e das condições de incubação • Tempo de geração ou tempo de duplicação • Taxa de crescimento exponencial de uma cultura • Definição • Tg = t/n • n = número de gerações

31. Fase exponencial • Os tempos de geração entre as bactérias variam de doze minutos até 24 hora ou mais. • Muitas autotróficas, como as nitrificantes tem um tempo de geração mais longo • Uma cultura bacteriana pode ser mantida em crescimento exponencial por um longo período de tempo usando um sistema de cultura contínua. As condições serão mantidas as mesmas que no final da fase continua em batelada • A população cresce (formação de células) na mesma medida em que as células bacterianas são removidas do reator. A taxa de adição de novo substrato determina a taxa de crescimento das bactérias.

32. Quantificação das bactérias (biomassa) • Microscopia direta • Contagem globas de bactérias • Turbidez. • Medida de grande concentração de bactérias em meio líquido claro • Método rápido e não destrutivo • Sensibilidade > 107 celulas.mL-1 • Medida de N total ou proteina • Medida de atividade bioquímica

33. Quantificação das bactérias (biomassa) • Sólidos suspensos voláteis • Centrifugação • Gravimetria • Considera todo o SSV como biomassa • O método mais usado em TTEF • Expresso como mg.L-

34. Reatores • Contenção do efluente • Otimização das condições de crescimento • Fixação dos equipamentos auxiliares

35. Parâmetros de projeto • B – Carga orgânica aplicada volumétrica • TDH - Tempo de detenção hidráulico • Velocidade de fluxo, Q/A • Modelização

36. Parâmetros de projeto • Sistemas Aeróbios • MO + O2 + µO  µO + CO2 + H2O • Sistemas Anaeróbios • MO + µO  µO + CO2 + CH4 + H2O

37. Parâmetros de projeto • Exemplos de cargas orgânicas aplicadas • 0 kg.m-3r.d-1 • 4 kg.m-3r.d-1 • 10 kg.m-3r.d-1 • 20 kg.m-3r.d-1 • Lagoas de estabilização • Carga expressa em ha de superfície ou em volume • 600 kg.ha-1r.d-1

38. Tratamento biológico Sistemas Aeróbios MO + O2 + µO  µO + CO2 + H2O Sistemas Anaeróbios MO + µO  µO + CO2 + CH4 + H2O

39. Met. gasosos Processos biológicos de tratamento S Ar Met. Sól – líq, Agitação

40. Tipos de Reatores • Batelada • Pistão • Mistura perfeita • Filme fixo • Leito Fluidizado

41. Escolha de um Reator • Tipo de efluente a ser tratado • Cinética do processo • Necessidades do processo • Condições locais ambientais • Mercado • Proselitismo • Experiência divulgada • Equipamentos disponíveis • Custo do investimento

42. Tratamento biológico Q = 1 000 m3.d-1 Efluente S0 = 2 000 mg.L-1 (S0) = 2 000 kg.d-1 Sf = 100 mg.L1 Vr = 500 m3 Afluente