Apresentação do PowerPoint
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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
