2010/2011

Microbiologia
ambiental
aplicada
Tratamentos biológicos de
águas residuais
Cristiano Silva Leal
Introdução
• A evolução demográfica e industrial trazem consigo um
aumento da produção de resíduos e águas residuais.
•
É
por
isso
necessária
uma
legislação
consciencialização ambientais mais exigentes
e
•
As águas residuais domésticas e de origem industrial
podem conter elevados teores de matéria orgânica
•
A
matéria orgânica é
tratamento de águas residuais
removida através do
Ciclo urbano da água
Ciclo urbano da água
Caracterização de águas
residuais
• COT - Carbono Orgânico Total
• Corresponde a todo o carbono, utilizado ou não pelos
microrganismos
• CQO - Carência Química de Oxigénio
• Corresponde à fracção orgânica da amostra susceptível
de ser oxidada por via química (um oxidante forte)
• CBO5 - Carência Bioquímica de Oxigénio após 5 dias
• Quantidade de oxigénio dissolvido consumido durante 5
dias, (expresso em mg/L)na oxidação biológica aeróbia
da matéria orgânica e/ou inorgânica da amostra sob
condições standard.
• Em águas residuais domésticas:
• CBO5/CQO= 0,4 a 0,6
Tipos de tratamento
Tipos de tratamento
Preliminar ou pré-tratamento
Primário
Secundário
Terciário
Processos
Gradagem
Tamisação
Trituração
Desarenação
Desengorduramento
Remoção de óleos e de hidrocarbonetos
Medição de caudal
Remoção de partículas de matéria insolúvel
através de sedimentação, adição de agentes
coagulantes e outros processos físicos, é
removida 20 a 30% da CBO na forma particulada
Remoção biológica da matéria orgânica
dissolvida, é removida 90 a 95% da CBO e
muitas bactérias patogénicas
Lamas activadas
Lagunagem
Leitos percoladores
Discos biológicos
Digestores anaeróbios
Remoção de nutrientes
Remoção e inactivação de vírus
Remoção de químicos residuais
Cristiano Silva Leal
Tratamento secundário
Tratamento secundário
Aeróbio
Lamas activadas
(biomassa em suspensão)
Leitos percoladores
(biomassa fixa)
Anaeróbio
Discos biológicos
rotativos
(biomassa fixa)
Tratamento apropriado
• A escolha da tecnologia utilizada no tratamento biológico de
águas residuais depende sobretudo das características (físicoquímicas) do efluente a tratar e do meio receptor da descarga
• “Tratamento apropriado”
“O tratamento de águas residuais urbanas por qualquer processo e
ou por qualquer sistema de eliminação que, após a descarga,
permita que as águas receptoras satisfaçam os objectivos de
qualidade que se lhes aplicam.”(Decreto-lei nº152/97 de 19 de
Junho)
Esquema de uma ETAR
Esquema de uma ETAR
Lamas activadas
•
Consiste numa cultura microbiana mantida em suspensão e
arejada que converte a carga poluente do efluente em
biomassa e outros produtos
Mecanismo de decomposição aeróbia
Matéria orgânica
Produtos finais
CO2, H2O, N2, P
Biomassa
Resíduo não
biodegradável
Constituição das lamas
activadas
• Bactérias (dispersas, formadoras de flocos e filamentosas)
•
Protozoários e Metazoários
•
Células mortas
•
Fragmentos orgânicos não digeridos
•
Precipitados de compostos inorgânicos
•
A biomassa microbiana tem a capacidade de flocular e
deste modo promover a separação sólido-líquido
resultando o efluente final clarificado
•
A biomassa pode ser recirculada para o reactor para
induzir a pressão selectiva de agregados com boas
características de sedimentabilidade.
Caracterização do sistema de
lamas activadas
Sistema básico de lamas activadas
Reactor de lamas
activadas(arejamento prolongado)
Sistema básico de vala de oxidação
Reactor de lamas activadas(SBR)
Ciclo de funcionamento de um SBR
Dinâmica de colonização em
lamas activadas
Dinâmica de colonização da microfauna em sistemas de
lamas activadas
Principais protozoários e
metazoários em lamas activadas
•
Flagelados
•
Ciliados bacteriófagos
•
Ciliados carnívoros
•
Amebas
•
Metazoários
•Pequenos flagelados
•Grandes flagelados
•Nadadores
•Sésseis
•Móveis de fundo
•Amebas nuas
•Amebas com teca
Principais protozoários e
metazoários em lamas activadas
Locais de alimentação dos diversos ciliados bacteriófagos em lamas
activadas
A - nadadores B - sésseis C - móveis de fundo (Madoni, 1994).
Rede trófica em lamas
activadas
Rede trófica em lamas activadas
Relação entre protozoários e
eficiência de tratamento
Grupo dominante
Eficiência
Causa possível
Pequenos flagelados
má
Lamas pouco oxigenadas; carga muito forte; entrada de
substâncias fermentescíveis
Pequenos ciliados nadadores (<50 µm)
medíocre
Tempo de contacto muito baixo; lamas pouco oxigenadas
Grandes ciliados nadadores (>50 µm)
medíocre
Carga muito forte
Ciliados móveis de fundo
boa
Ciliados sésseis + móveis de fundo
boa
Ciliados sésseis
baixa
Fenómenos transitórios (carga descontínua; extracção recente de
lamas)
Pequenas amebas nuas
má
Carga muito elevada não facilmente biodegradável
Cristiano Silva Leal
Amebas com teca
boa
Carga baixa; licor diluído; boa nitrificação
Índice biótico de lamas
• O índice biótico de lamas proposto por Madoni em 1994 visa
avaliar a qualidade biológica de lamas activadas
•
Este índice tem por base a sensibilidade dos vários grupos de
protozoários ciliados alterações dos parâmetros físico-químicos
e das variáveis operacionais do processo
•
Calcula-se avaliando o grupo de protozoários dominante a
sua densidade e a variedade de espécies presentes
•
Avaliação com valores numéricos (de 0 a 10)
•
Valores de IBL correspondentes a uma de quatro classes
Índice biótico de lamas
(continuação)
Valor de IBL
Classe
Apreciação
8 a 10
I
lama estável e muito bem colonizada; excelente actividade biológica;
performance muito boa
6a7
II
lama estável e bem colonizada; actividade biológica em decadência;
boa performance
4a5
III
depuração biológica insuficiente no tanque de arejamento;
performance medíocre
0a3
IV
deficiente depuração biológica no tanque de arejamento,
baixa performance Cristiano Silva Leal
Protozoários em lamas
activadas (flagelados)
•
•
•
•
Fusiformes
Um só tipo de núcleo
Reprodução assexuada por fissão binária
locomoção por flagelos
Flagelado (peranema)
Protozoários em lamas activadas
(ciliados bacteriófagos)
• Constituem cerca de 70% da população de
protozoários em lamas activadas e dividem-se
quanto ao seu modo de nutrição e nicho
ecológico que colonizam
I. Nadadores
II. Sésseis
III. Móveis de fundo
• Possuem dois tipos de núcleo
• Cílios como apêndices de locomoção
Móvel de
fundo
(Aspidisca)
Séssil
(Vorticella)
Protozoários em lamas activadas
(ciliados bacteriófagos)
Séssil (Opercularia)
Ciliado nadador(Paramecium)
Protozoários em lamas
activadas (ciliados carnívoros)
Ciliatura apenas na fase embrionária (excluindo
Shaerphoria)
• Possuem tentáculos que sugam outros protozoários
•
Ciliado carnívoro (Tokophorya)
Protozoários em lamas
activadas (amebas)
• São protozoários sem parede celular, elevada flexibilidade
corporal e móveis por pseudópodes
• Algumas amebas possuem teca
Ameba com teca
Ameba sem teca
Metazoários em lamas
activadas
• Os metazoários podem ser considerados como tratando-se de
animais multicelulares que se alimentam essencialmente de
bactérias
• Os metazoários mais comuns são os rotíferos, os anelídeos e os
nemátodos
Rotífero(Monogononta)
Metazoários em lamas
activadas(continuação)
Nematoda
Anelídeo(Aelossoma )
Rotífero(Digononta)
Bactérias filamentosas
As bactérias filamentosas são organismos unicelulares que se
multiplicam por cissiparidade, ou fragmentação, permanecendo
na vizinhança umas das outras
Bactérias filamentosas
Thiothrix
Microthrix parvicella
Nocardioformes
Haliscomenobacter hydrossis
Caracterização das principais
filamentosas em lamas activadas
•
Reacção à coloração de Gram;
•
Reacção à coloração de Neisser;
•
Forma e localização do filamento em relação ao floco;
•
Mobilidade;
•
Presença de septos;
•
Presença de bainha;
•
Presença de organismos aderidos ao filamento;
•
Presença intracelular de grânulos de enxofre;
•
Forma e tamanho das células individuais;
•
Características-chave.
Bactérias filamentosas
Bactérias filamentosas em efluentes domésticos e industriais (adaptado de Spignoni 2001)
Espécie
Comum em instalações de
tratamento de efluentes
domésticos
Sphaerotillus natans
x
Haliscomenobacter hydrossis
x
Tipo 1701
x
x
x
Tipo 0041/0675
Tipo 021N
Comum em instalações de
tratamento de efluentes
Industriais
x
x
Microthrix parvicella
x
Tipo 0092
x
Nocardia
x
x
Tipo 1851
x
Tipo 0914/0803
x
Tipo 0961
x
Tipo 8581
x
Tipo 1863
x
Nostocoida limicola
x
x
Thiothrix
x
x
Beggiatoa
x
x
Thiothrix
• Morfologicamente caracterizam-se por serem células quadradas a
rectangulares,
• crescimento estendendo-se a partir da superfície do floco, com
inclusões de enxofre e altamente refractivos.
• Geralmente Neisser negativo e Gram negativo, pode ser Gram
positivo na presença de substâncias sulfidicas
• Pode indicar fenómenos de bulking.
Nocardioformes
• Estrutura irregular
• Septação presente
• Os filamentos podem partir da superfície dos flocos ou estar
dispersos no líquido e com distinção de células
individualizadas.
• Carácter Gram positivo
• Neisser negativo, contudo, são comummente observados
grânulos Neisser positivos na zona intracelular
• Comuns em fenómenos de formação de espumas
(foaming).
Haliscomenobacter hydrossis
• Morfologicamente caracterizam-se por serem filamentos muito
finos, direitos ou inclinados que se estendem da superfície do
floco ou se encontram livres na solução
• Com bainha, pode ainda ser observado crescimento de
bactérias aderidas.
• Apresenta carácter Neisser negativo e Gram negativo.
Microthrix parvicella
• Morfologicamente caracterizam-se por serem
filamentos irregulares
• Sem ramificações, e apresentando grandes massas de
tricomas, sem ramificação e com distinção de células
individualizadas
• Os filamentos podem ter origem no interior do floco,
rodear o floco ou encontrarem-se livres no líquido
• Carácter Gram positivo e Neisser negativo, contudo,
são comummente observados grânulos Neisser positivos
na zona intracelular
• Comuns em fenómenos de bulking e foaming,
Organismos dominantes em
fenómenos de bulking
filamentoso
Causa provável
Filamentosas indicativas
Baixo oxigénio dissolvido (para a carga
Tipo 1701, S. natans, H. hydrossis
aplicada)
Efluentes contendo águas sépticas (Sulfuretos)
Thiothrix spp, Beggiatoa sp., Tipo 021N
Deficiência em nutrientes (N e/ou P)
Thiothrix spp, Tipos 021N, 0041,0675
pH baixo(<6.0)
M. parvicella, Nocardia ssp., H. hydrossis, Tipos
0041, 0675, 0092, 0581, 0961 e 0803, fungos
Bulking Filamentoso
• redução da velocidade de sedimentação, e da compactação
das lamas, no decantador secundário, devido à proliferação de
determinados organismos filamentosos
• Carência de nutrientes específicos (azoto e fósforo)
• Carência de oxigénio
• Substâncias tóxicas no licor misto
Foaming Filamentoso
• O fenómeno de foaming é caracterizado pela
produção de espumas no reactor /decantador
secundário
• O foaming é causado pelo crescimento excessivo de
bactérias filamentosas hidrofóbicas
• As espumas são acastanhadas persistentes e viscosas
• Concentração elevada de organismos filamentosos na
espuma face ao licor misto
• As espumas constituem uma barreira à transferência
de oxigénio
• Dificuldades de manutenção no sistema de lamas
activadas
• Degradação da qualidade do efluente tratado
Soluções para o bulking
filamentoso
• Principais metodologias para eliminação
filamentosas causadoras de bulking:
de
bactérias
•
Alteração das variáveis de operação para favorecer bactérias
formadoras de flocos: alteração da razão F:M, aumento da taxa
de arejamento e concentrações de substratos específicos ou
redução da idade das lamas ;
•
Possível criação de zona dentro do reactor com funções de
selector;
•
Adição
de
substâncias
oxidantes
(microbiocidas
ou
microbiostáticas): compostos clorados (hipocloritos), peróxido de
hidrogénio ou ozonização;
•
Adição de iões férricos (cloreto de ferro, etc.), carbonato de
cálcio ou polímeros orgânicos sintéticos e/ou catiónicos, de
acção coagulante e floculante.
Soluções para foaming
• Principais metodologias para eliminação
filamentosas causadoras de foaming:
de
bactérias
•
Alteração das variáveis de operação: aumento da taxa de
recirculação das lamas, e/ou redução do caudal de
arejamento, pH e níveis de óleos e gorduras no efluente;
•
Adição de cloro, sais de ferro ou agentes anti-espumantes;
•
Concentração e eliminação da espuma no sistema (de modo
a impedir a recirculação da mesma e consequente
recontaminação do tanque de arejamento);
•
Metodologia de tratamento depende do microrganismo
causador do problema: arejamento completo para eliminar
Microthrix parvicella, ou condições anaeróbias ou anóxicas
para eliminar Nocardia.
Obrigado pela atenção!