Filtros Biolgicos Arlan Scortegagna Aline Orsi Alesson Massalino

Filtros Biológicos Arlan Scortegagna Aline Orsi Alesson Massalino Zabele Laís Isadora Cordeiro Tainá Lima

Microbiologia no Tratamento de Efluentes n Estabilização da matéria orgânica em produtos mineralizados inertes através da ação de microrganismos n Estes fornecem as enzimas catalisadoras do processo de depuração n Principais grupos envolvidos: n n n Bactérias Algas Protozoários

Degradação da Matéria Orgânica Hidrólise Material orgânico particulado é convertido em compostos assimiláveis pelas bactérias. Exo-enzimas realizam hidrólise fora da célula convertendo: n n n Proteínas --- Aminoácidos Carboidratos – Açúcares solúveis (mono e dissacarídeos) Lipídios – ácidos graxos de longa cadeia e glicerina

Geração de Energia: Conceitos Fundamentais Doadores de elétrons: substância oxidada. Matéria orgânica ou compostos inorgânicos reduzidos. n Aceptor de elétrons: agente oxidante que recebe a transferência de elétrons por meio e reações bioquímicas. n

Vias de Conversão Aeróbia: Oxigênio dissolvido é aceptor de elétrons. Gera mais energia. n Anóxica: Sem OD e na presença de nitratos, as bactérias desnitrificantes convertem NO 3 - a Nitrogênio n n Aeróbias estritas:

Condiçõe s Aceptor de elétrons Forma do aceptor após a reação Processo Aeróbias Oxigênio (O 2) H 2 O Metabolismo aeróbio Anóxicas Nitrato (NO 3 - ) Nitrogênio gasoso (N 2) Redução de nitratos (desnitrificação) Anaeróbia Sulfato (SO 42 - ) s Dióxido de carbono (CO 2 ) Sulfeto (H 2 S) Redução de sulfatos (dessulfatação) Metanogênese Metano (CH 4 ) Enquanto houver substâncias de maior liberação de energia, as inferiores não serão utilizadas (Arceivala, 1981 apud Von Sperling, 1996)

Aeróbia: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O

Conversão Anaeróbia MATERIAL ORG NICO EM SUSPENSÃO PROTEÍNAS, CARBOIDRATOS, HIDRÓLISE LIPÍDIOS AMINOÁCIDOS, AÇÚCARES ÁCIDOS GRAXOS ACIDOGÊNESE PIRUVATO OUTROS PROPIONATO ÁCIDOS GRAXOS ACETOGÊNESE HIDROGÊNIO ACETATO METANOGÊNESE ACETOTRÓFICA METANOGÊNESE HIDROGENOTRÓFICA Fonte: PROSAB. Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição

Também sem OD podem surgir oxidantes alternativos e os seguintes processos: n Anóxica: redução de nitratos (desnitrificação) NO 3 - + N + 2 H+ N 2 + 2, 5 O 2 + H 2 O n Anaeróbia – dessulfatação: CH 3 COOH + SO 42 - + 2 H+ - H 2 S + 2 H 2 O + 2 CO 2 Processo geralmente indesejável pois o ácido sulfídrico é corrosivo e confere odor. Mas em condições especiais pode contribuir para a estabilidade operacional do reator.

Ecologia do Tratamento de Esgotos n Bactérias • Apresentam-se em várias formas e tamanhos Principais responsáveis pela estabilização da matéria orgânica Principais agentes da remoção de DBO Algumas são patogênicas, causando principalmente doenças intestinais • • •

n Protozoários • Unicelulares, eucariotas Em sua maioria organismos aeróbios estritos Consomem matéria orgânica e bactérias livres São essenciais na manutenção de um equilíbrio entre os diversos grupos Principais: amebas, flagelados e ciliados Alguns são patogênicos • • •

Biofilme • Crescimento aderido em meio suporte • Características: estrutura heterogênea, diversidade gênica, interações complexas entre as comunidades • Podem conter bactérias, protozoários, fungos, algas e rotíferos • Maior concentração períodos de tempo de biomassa por elevados • Formação de EPS (extracellular polymeric substance), uma matriz composta basicamente por polissacarídeos que mantém os microrganismos juntos.

Desenvolvimento 1) 2) 3) 4) 5) Fixação Inicial Fixação Irreversível Maturação II Dispersão

Antes Depois

Filtros Biológicos Nos filtros biológicos ocorrem o crescimento em leito fixo. Configurado como uma torre com recheio, o efluente bruto é espalhado na superfície e percola através do recheio. Algumas vantagens dos filtros biológicos: assimilar choques, nitrificar a amônia e a simplicidade operacional Quando o efluente passa através do recheio, inicia-se a formação de microrganismos (bactérias, protozoários rotíferos, nematóides, microcurstáceos e fungos) onde ocorre a degradação biológica.

Três componentes fundamentais: • Mecanismo de distribuição do afluente. • Meio Suporte. • Sistema de drenagem do efluente.

Mecanismo de Distribuição do afluente n n Dispersores fixos ou móveis Quanto mais uniforme for a distribuição, mais eficiente é o tratamento

Meio Suporte n Agrega a biomassa, permitindo formação de condições favoráveis às reações bioquímicas n Tradicionalmente são usados pedregulhos, cascalhos, escórias de fornos de fundição e outros materiais inertes n Recentemente o plástico tem sido utilizado

Ventilação n Natural É importante para manter as condições aeróbias necessárias ao processo. n Artificial Não tem sido empregada por que envolve custos.

Sistema de Drenagem n É situado no fundo da camada filtrante, constituído de concreto, barro vidrado, cimento amianto ou plástico, disposto em toda extensão do fundo, com condições de escoamento para receber continuamente o esgoto aplicado na unidade e conduzi-lo ao canal efluente no fundo.

Filtro aeróbio x Filtro anaeróbio n Aeróbio: Gera mais lodo porém remove nutrientes n Tem mais facilidade em entupir n n Anaeróbio Gera pouco lodo mas gera biogás e odores n Dificilmente entope n

Classificação n Filtros de Baixa carga: § Vantagens Elevada eficiência na remoção de DBO; Nitrificação frequente; Requisitos de área relativamente baixos; Mais simples conceitualmente do que lodos ativados; Índice de mecanização relativamente baixo; Equipamentos mecânicos simples; Estabilização do lodo no próprio filtro; ü ü ü ü

§ ü ü ü ü Desvantagens Menor flexibilidade operacional que lodos ativados; Elevados custos de implantação; Requisitos de área mais elevados do que filtros biológicos de alta carga Relativa dependência da temperatura do ar; Relativamente sensível a descargas tóxica; Necessidade de remoção da unidade do lodo e da sua disposição final (embora mais simples que filtros biológicos de alta carga); Possíveis problemas com moscas; Elevada perda de carga.

n § ü ü ü Filtros de Alta carga: Vantagens Eficiência na remoção de DBO (embora ligeiramente inferior aos filtros de baixa carga; Baixos requisitos de área; Mais simples conceitualmente do que lodos ativados; Maior flexibilidade operacional que filtros de baixa carga; Melhor resistência a variações de carga que filtros de baixa carga; Reduzidas possibilidades de maus odores.

§ Desvantagens ü Operação ligeiramente mais sofisticada do que filtros biológicos de baixa carga; Elevados custos de implantação; Relativa dependência da temperatura do ar; Necessidade de remoção da umidade do lodo e da sua disposição final (embora mais simples que filtros biológicos de baixa carga); Elevada perda de carga. ü ü

Referências VON SPERLING, M. . Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias. Vol. 2. Princípios Básicos do Tratamento de Esgotos. . 1. ed. BELO HORIZONTE: DESA-UFMG, 1996. PROGRAMA DE PESQUISA EM SANEAMENTO BÁSICO (PROSAB). Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição Controlada no Solo. RIO DE JANEIRO, 1999. WHAT IS BIOFILM? Scientific Publications - Work Done by Microbiology Reader Bioscreen C. Disponível em: http: //www. bionewsonline. com/n/what_is_biofilm. htm. Último acesso em 04/06/2011. KAWANO, M. ; HANDA, R. . Filtros Biológicos e Biodiscos. Disponível em: http: //www. unicentro. br/graduacao/deamb/semana_estudos/semana_08. ht m. Último acesso em 04/06/2011.