Apresentação do PowerPoint

Biotecnologia
Biotecnologia e Micro-organismos
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE RESÍDUOS
3
Profa. Liliana Lemos
Tratamento
Anaeróbico
de
Crescimento
Suspenso
Nos últimos 15 anos um número de
processos
anaeróbicos
têm
sido
desenvolvido no tratamento de lodos e
efluentes orgânicos com elevada força
iônica.
Digestão Anaeróbica
No processo de digestão anaeróbica, o material
orgânico,
como
resultado
da
mistura
de
decantados primários e secundários (lodos
biológicos), é convertido biologicamente, em
condições anaeróbicas, à uma variedade de
produtos finais incluindo metano (CH4) e
dióxido de carbono (CO2). O processo é
conduzido num reator hermético.
O
lodo,
introduzido
continuamente
ou
intermitentemente, é retido no reator por
diferentes
períodos
estabilizado,
retirado
de tempo.
O lodo
continuamente
ou
intermitentemente do reator é diminuído em
conteúdo orgânico e patogênico e, é não
putrescível.
Os dois tipos de digestores anaeróbicos
comumente utilizados são identificados como
digestores de velocidade padrão e de alta
velocidade. O processo de digestão com
velocidade padrão, dentro do digestor, é
usualmente não aquecido e não misturado.
O tempo de retenção para o processo com
velocidade padrão varia de 30 a 60 dias.
No
processo
de
digestão
com
alta
velocidade, o conteúdo dos digestores é
aquecido e completamente misturado. O
tempo de retenção necessário para esse tipo
de digestor é tipicamente de 15 dias ou
menos.
Tratamento Anaeróbico de Crescimento Suspenso
Processo de
digestão com
velocidade padrão
Tratamento Anaeróbico de Crescimento Suspenso
Processo de digestão
com alta velocidade
Tratamento Anaeróbico de Crescimento Suspenso
A combinação dos dois processos básicos
(de alta velocidade e padrão) é conhecido
como “processo em dois estágios”. A função
primária do segundo estágio é separar os
sólidos digeridos no licor sobrenadante; no
entanto, digestão adicional e produção de
gás podem ocorrer.
Tratamento Anaeróbico de Crescimento Suspenso
Processo em dois estágios
Microbiologia do Processo
A conversão biológica de matéria orgânica em lodo,
nas plantas de tratamento, sabe-se que ocorre em três
etapas.
 A primeira
etapa
do
processo
envolve
uma
transformação, mediada por enzimas (hidrólise), de
compostos com alta massa molecular em compostos
apropriados para o uso como fonte de energia e
carbono celular.
 A segunda etapa (acidogênese) envolve a
conversão
bacteriana
dos
compostos
resultantes da primeira etapa em compostos
intermediários
identificáveis
(ácidos,
principalmente o acético) com baixa massa
molecular.
 A
terceira
etapa
(metanogênese)
envolve a conversão bacteriana dos
compostos intermediários em produtos
finais, principalmente metano e CO2.
Microbiologia do Processo
Em um digestor o consórcio de organismos
anaeróbicos trabalham juntos na realização da
conversão de lodos orgânicos em resíduos. Um
grupo de organismos é responsável pela hidrólise
de polímeros orgânicos e lipídios em blocos
estruturais básicos tais como monossacarídeos,
amino ácidos e outros compostos do gênero.
Microbiologia do Processo
O segundo grupo de bactérias anaeróbicas fermenta
os produtos originários do processo anterior em
simples ácidos orgânicos, sendo o mais comum o
ácido acético.
Este grupo de micro-organismos, descrito como nãometanogênico, consiste de bactérias anaeróbicas
facultativas.
Microbiologia do Processo
Coletivamente,
frequentemente
esses
micro-organismos
identificados
na
literatura
são
como
“acidogênicos” ou formadores de ácidos. Entre essas
bactérias,
que
foram
isoladas
de
digestores
anaeróbicos estão a Clostridium spp., Peptococcus
anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp.,
Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actinomyces,
Staphylococcus e Escherichia coli.
Microbiologia do Processo
Um terceiro
converte
o
grupo
de
hidrogênio
micro-organismos
e
ácido
acético
formado pelos formadores de ácido em
metano e CO2. As bactérias responsáveis por
esta conversão são anaeróbicas estritas e
são chamadas de metanogênicas.
Coletivamente,
elas
são
identificadas
na
literatura como metanogênicas ou formadoras
de
metano.
Muitos
dos
organismos
metanogênicos identificados em digestores
anaeróbicos são similares àqueles encontrados
no estômago de animais ruminantes e em
sedimentos orgânicos retirados de lagos e rios.
Os principais Gêneros de micro-organismos
que
têm
sido
identificados
bastões
incluem
os
(Methanobatcterium,
Methanobacillus) e esferas (Methanecoccus,
Methanesarcina).
As
bactérias
mais
importantes do grupo das metanogênicas são
aquelas que utilizam ácido acético.
Microbiologia do Processo
Elas possuem baixas taxas de crescimento e,
como
resultado,
considerados
seus
limitantes
metabolismos
de
velocidade
são
no
tratamento anaeróbico de um resíduo orgânico. A
estabilização
de
um
resíduo
na
digestão
anaeróbica é realizada quando metano e CO2
são produzidos. O gás metano é altamente
insolúvel e a sua fuga da solução representa a
estabilização real do resíduo.
Microbiologia do Processo
É importante notar que metano-bactérias
podem usar somente um número limitado de
substratos para a formação de metano.
É conhecido que as metanogênicas usam os
seguintes substratos: CO2 + H2, formiato,
acetato, metanol, metilamina. As reações
típicas de conversão com produção de
energia envolvendo esses compostos são:
Microbiologia do Processo
4H 2  CO2  CH4  2H 2O
4HCOOH  CH 4  3CO2  2H 2O
CH 3COOH  CH 4  CO2
4CH 3OH  3CH 4  CO2  2H 2 O
4(CH 3 ) 3 N  H 2 O  9CH 4  3CO2  6H 2 O  4HN 3
Diagrama Esquemática do Modelo do Fluxo de Carbono
em uma Digestão Anaeróbica
Digestores Anaeróbicos
Digestores Anaeróbicos
Digestores Anaeróbicos
High-efficiency anaerobic bioreactors used for sludge
digestion and methane production
Em digestor anaeróbico, os dois caminhos
principais envolvidos na formação de
metano são: 1) a conversão de hidrogênio
e CO2em metano e água:
4H 2  CO2  CH 4  2H 2 O
2) a conversão do acetato em metano e CO2:
CH3COOH  CH 4  CO2
Os metanogens e acidogens formam um
relacionamento sintrófico (mutuamente
benéfico)
convertem
no
os
qual
os
produtos
metanogens
finais
da
fermentação, tais como H2, formiato e
acetato em metano e CO2.
Os metanogens são capazes de utilizar o
H2 produzido pelos acidogens devido às
suas eficientes hidrogenases. Visto que os
metanogens são capazes de manter uma
pressão
parcial
extremamente
de
baixa,
o
hidrogênio
equilíbrio
das
reações de fermentação é direcionado
para
a
formação
de
produtos
oxidados.(ex.: formiato e acetato).
mais
Etapas do processo de Digestão Anaeróbica com Fluxo
de Energia