Microbiologia do saneamento_milagre dos micro

Água, Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade
Microbiologia do saneamento:
o milagre dos micro-organismos
Profa. Dra. Débora Danielle V. Silva
[email protected]
Água, Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade
Bactérias
Vírus
Algas
Fungos
Microorganismos
Protozoários
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Bactérias
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Estrutura Celular Bacteriana
Célula Procariótica
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*unicelulares
*diâmetros variam de 0,1 a 50µm
*algumas autotróficas
*maioria heterotrófica
Micrografia eletrônica
Bacillus sp.
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Fungos
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Estrutura Celular
Célula Eucariótica
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*unicelulares: leveduras
*multicelulares: filamentosos
Saccharomyces cerevisiae
Penicillium sp. (pluricelular)
levedura ( unicelular)
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*Fungos Filamentosos e Leveduras: aspecto macroscópico
Fungos
Filamentosos
Penicillium sp.
Aspergillus sp.
Leveduras
Rhodotorula sp.
Saccharomyces cerevisiae
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*Fungos Filamentosos e Leveduras: aspecto microscópico
Fungos
Filamentosos
Penicillium sp.
Aspergillus sp.
Leveduras
Rhodotorula sp.
Saccharomyces cerevisiae
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Protozoários
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* Eucarióticos
* Unicelulares
* Geralmente sem coloração e com mobilidade
Giardia sp.
(Flagelado)
Amoeba sp.
(Ameba)
Cryptosporidium sp.
(Esporozoário)
Paramecium sp.
(Ciliado)
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Algas
Volvox sp.
Micrasterias sp.
Scenedesmus sp.
Spirogyra sp.
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* Eucarióticos
* Unicelulares e multicelulares
* Fotoautotróficos (fotossintetizantes)
* Dependendo do processo de tratamento, da espécie de
alga e de sua concentração pode trazer efeitos benéficos
(aeração, remoção de CO2, remoção de N e P) ou
prejudiciais (eutrofização).
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Cianobactérias
*algas azuis, algas cianofíceas ou cianobactérias
*micro-organismos
com
características
celulares
de
procariontes (ausência de membrana nuclear), porém com
um sistema fotossintetizante semelhante ao das algas
(eucariontes): são bactérias fotossintetizantes.
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*produzem toxinas que podem causar
distúrbios respiratórios, neurológicos,
Microcystis sp.
gastro-intestinais e alergias.
Anabaena sp.
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Vírus
polio, adeno,
rota
sarampo, caxumba,
parainfluenza
mosaico do
tabaco
herpes
raiva
poxvirus
influenza
Fago - T
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*são 10 a 100 vezes menores que as bactérias (20 a 300 nm)
*são obrigatoriamente parasitas (de animais, de vegetais e de
micro-organismos)
*não apresentam organização celular, apenas organização
molecular
*só se reproduzem dentro de uma célula-hospedeira viva,
utilizando os sistemas de síntese de proteínas e energia da
célula-hospedeira
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* Alguns vírus de veiculação hídrica:
Poliovírus
Calicivírus
Rotavírus
Hepatite A
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Papel dos micro-organismos na
degradação biológica dos efluentes
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Efeito da descarga de esgotos ou de efluentes ricos em
matéria orgânica, nos sistemas aquáticos
a)
Em um rio, imediatamente após a entrada da matéria orgânica, há um
aumento no número de bactérias heterotróficas e uma diminuição nas
concentrações de O2.
b)
Um lago eutrófico (rico em nutrientes), apresentando algas, cianobactérias
e macrófitos (ervas aquáticas), que se desenvolvem em resposta à poluição
por nutrientes inorgânicos
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Processos de Tratamento de Efluentes
Preliminar
Primário
Gradeamento Floculação
Desarenação
Decantação 1ária
SECUNDÁRIO
Terciário
Tratamento Biológico Filtração
Cloro
Ozônio
H2O2
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Tratamento Secundário = Tratamento Biológico
*remoção de matéria orgânica dissolvida e da matéria
orgânica em suspensão não removida no tratamento primário
participação de
micro-organismos
contato entre os micro-organismos e
o material orgânico contido no esgoto
micromatéria
orgânica + organismos
microH2O + CO2 +
organismos
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Tratamento
Biológico
Aeróbio
Anaeróbio
Lodos Ativados
Lagoas Anaeróbias
Lagoas Aeróbias
Reatores Anaeróbios
Enzimático
Filtros Biológicos
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Exemplos de Enzimas
Enzima
Hidrolase
Isomerase
Função
adiciona H2O e quebra macromoléculas em moléculas
menores
rearranjo atômico da molécula
Ligase
junta 2 moléculas
Lipase
degrada lipídeos
Protease
degrada proteínas
Oxidorredutase oxida uma molécula enquanto reduz outra molécula
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Tratamento
Biológico
Aeróbio
Anaeróbio
Lodos Ativados
Lagoas Anaeróbias
Lagoas Aeróbias
Reatores Anaeróbios
Enzimático
Filtros Biológicos
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Processo dos Lodos Ativados
* Conceito do Processo:
Tanque de aeração
esgoto
e
lodo
ativado
misturados, agitados e aerados
são
Decantadores
separam o lodo do esgoto tratado
por sedimentação
esgoto tratado passa para o vertedor do
decantador
lodo separado retorna ao processo ou é retirado
para tratamento específico e destino final
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* Vantagens e Desvantagens:
vantagens
Boa eficiência de tratamento
Remoção de DBO ≈ 75 – 95%
Remoção de SS ≈ 85 – 95%
Remoção de N ≈ 30 – 70%
Maior flexibilidade de operação
desvantagens
Operação delicada
Necessidade de completo controle de laboratório
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Esquema do Sistema de Lodos Ativados
(CETESB, 1985)
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Estrutura do Lodo Ativado
*bactérias se aglomeram sob a forma de flocos;
*bactérias
filamentosas
dão
estrutura
ao
floco:
Microthrix parvicella, Nocardia sp.
*bactérias
zoogleais
produzem
exopolímeros
(polissacarídeos) que servirão para unir estas bactérias
formando o floco: Zoogloea ramigera
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Estrutura típica de um floco de lodo ativado
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Principais Bactérias Filamentosas
Nocardia sp.
Microthrix parvicella
Sphaerotilus natans
Thiothrix sp.
Nostocoida limicola
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Zooglea ramigera
bactéria não filamentosa,
forma massas gelatinosas
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Micro-organismos do Lodo Ativado
*Bactérias: maior
importância;
formação
estabilização da matéria orgânica;
dos
flocos;
*Fungos: principalmente filamentosos; indesejáveis; dificultam a
boa formação dos flocos;
*Protozoários: contribuição
indireta
matéria orgânica;
para
estabilização
da
*Rotíferos e Nemátodos: contribuição
indireta
para
estabilização da matéria orgânica; mais comuns
nos processos de aeraçãoGeotrichum
prolongada.
sp.
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Espécies da Microfauna (Protozoários)
Vorticella sp .
(ciliado pedunculado)
Acineta sp .
(suctória)
Colpidium sp.
(ciliado livre)
Bodo caudatum
(flagelado)
Arcela sp.
(ameba)
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Espécies da Microfauna (Micrometazoários)
Philodina citrina
Rotaria sp.
(rotífero)
(rotífero)
Rhabditis sp.
(nematóide)
Aleosoma sp.
(anelídeo)
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Sequência da predominância relativa
dos micro-organismos no tratamento
de esgotos (von Sperling, 1996)
*Condições para Degradação da Matéria Orgânica:
população de micro-organismos ativos
disponibilidade de O2 (2-5mg/L)
disponibilidade de nutrientes (C, N, P, etc)
condições ambientais favoráveis: temperatura
pH (~7,0), tempo de contato, etc.
(20-30ºC),
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*Algumas formas de toxicidade aos micro-organismos
do lodo:
Fenóis
Metais pesados (Pb, Cd, Hg, ...)
Cu
Cl
U.V.
O efeito negativo de cada tóxico varia quanto à sua
concentração e aos tipos de micro-organismos.
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*Ação dos micro-organismos sobre a matéria a ser degradada:
Biomassa, DBO
crescimento microbiano
decaimento da DBO
Tempo
Relação entre o crescimento bacteriano e a remoção de DBO
(adaptado de Jordão e Pessoa, 1995)
Fase de Declínio
(Endógena)
Fase Estacionária
Fase Exponencial
Fase de Adaptação
Log nºcélulas/mL
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Tempo
Curva de Crescimento Bacteriano
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* Análise microbiana típica de Lodo Ativado
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O que observar a partir de amostras
coletadas no tanque de aeração:
presença de bactérias, protozoários e micrometazoários;
grau de diversidade;
se há predominância de um determinado grupo de micro-
organismos;
se apresentam comportamento habitual;
se os micro-organismos estão vivos ou mortos;
tamanho do floco;
morfologia e integridade do floco;
presença de colônias amorfas;
presença de células livres;
efeitos dos filamentos nos flocos.
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a) Flocos ideais (boa tratabilidade e sedimentação; de médio e grande
tamanhos, além de firmes, redondos e com aspecto compacto)
b) Flocos “Pin-point” (geralmente pequenos, redondos e compactos; apenas
bactérias formadoras de flocos estão presentes)
c) Floco com Bulking filamentoso - intumescimento
bactérias
filamentosas;
bactérias
interferem
na
(excesso de
sedimentação
e
compactação do lodo biológico, pela produção de um floco difuso e irregular)
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Relação entre os tamanhos de filamentos e flocos e as
características do lodo
Filamento (bac/mL)
101 a 102
102
a
106
106 a 108
> 108
Flocos
Características
pequeno diâmetro
(<50µm)
lodo disperso
(pin-point)
pequeno diâmetro
(<50µm)
provável intumescimento
do lodo (bulking)
médio a grande diâmetro
(>100 a 300µm)
lodo em boas condições
pequeno a médio diâmetro
(<100µm)
muito provável
intumescimento do lodo
grande diâmetro
(>150µm)
provável intumescimento
do lodo
-
intumescimento do lodo
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* Micro-organismos indicadores das condições de depuração
Micro-organismos
Predominância
rizópodes
de
flagelados
Características do Processo
e
Lodo jovem; início de operação
Deficiência
de
aeração;
má
depuração e sobrecarga orgânica
Predominância de flagelados
Predominância
de
pedunculados e livres
ciliados
Boas condições de depuração
Presença de ciliados livres
Nitrificação
Presença de Vorticella microstoma
(ciliado pedunculado) e baixa
concentração de ciliados livres
Efluente de má qualidade
Predominância
(gên. Aelosoma)
Excesso de oxigênio dissolvido
de
anelídeos
Predominância de filamentos
Intumescimento do lodo
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Observação microscópica de
amostra de lodo ativado
protozoários_lodo ativado.avi
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Bibliografia:
CETESB - Norma Técnica L1.022 - Avaliação do uso de produtos biotecnológicos
para tratamento de efluentes líquidos, resíduos sólidos e remediação de solos e
águas, 2007. Disponível em: http://www.cetesb.sp.gov.br/servicos/normas---cetesb/43normas-tecnicas---cetesb.
CETESB - Norma Técnica L1.025 - Manual técnico da microbiologia para sistemas
de lodos ativados operando com esgotos domésticos, 1985. Disponível em:
http://www.cetesb.sp.gov.br/servicos/normas---cetesb/43-normas-tecnicas---cetesb.
Karl e Klaus R. Imhoff, Manual de Tratamento de Águas Residuárias. Editora:
Edgard Blücher 2002, 301 p.
Sant´Anna Jr., G. L. Tratamento Biológico de Efluentes: Fundamentos e Aplicações.
Editora Interciência, 2010, 418 p.
Vazollêr, R.F. et al. Microbiologia de Lodos Ativados. Série Manuais/CETESB, 1989,
23p.
Von Sperling, M. Introdução a Qualidade das Águas e ao Tratamento de Esgotos.
Editora: UFMG, 3a Edição, 452p.
Von Sperling, M. Princípios Básicos do Tratamento de Esgotos. Editora:UFMG,
1996, 211 p.
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