Lodos ativados
Prof. Paulo Roberto Koetz
Prof. Marcelo Hemkemeier
15/06/2007 14:26:01
Introdução
O sistema de tratamento aeróbio
retorno da biomassa ativa para o reator
Biomassa suspensa
Lodos Ativados - Esquema De Funcionamento
Introdução
Alta taxa de sólidos
Lodo
Microorganismos
Bactérias
Protozoários
Fungos
Rotíferos
Produtos Finais
CO2
H2O
NO3
SO4--
Lodo ativado
E > 90 %
Excesso de lodo
adubo
Lodo ativado. Microbiologia
Constituído por flocos
 Fragmentos orgânicos não digeridos
 Fração inorgânica
● grãos de areia
 Células mortas
Bactérias
 Pseudomonas, Achromobacter,
Flavobacterium, Citromonas, Zooglea
Bactéria filamentosas
 Nocardia sp, Sphaerotilus natans, Microthrix
parvicella, Thiothrix
Lodo ativado. Microbiologia
Estrutura do floco é subdividida em dois níveis
 Macroestrutura
● Formada por bactérias filamentosas
▪
Importante consumidora de matéria orgânica
● Forma o esqueleto do floco
● Em excesso, provoca o “bulking” do sedimentador
● Em escassez, provoca a formação de flocos
pequenos.
 Microestrutura
● Base do floco
▪
composta de agregados de células
Lodo ativado. Características dos flocos
Separação sólido líquido
 Boas características
 presença de bactérias formadoras de flocos
(microestrutura) e bactérias filamentosas
(macroestrututra) em equilíbrio
 Formação de flocos grandes
 boa resistência mecânica.
Lodo ativado. Características dos flocos
Separação sólido líquido
 Características inadequadas
 Presença excessiva de bactérias filamentosas
 Ausência de bactérias filamentosas
Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos
História
 Zooglea ramigera
 matriz gelatinosa (zooglea)
 Não é mais aceita
Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos
As bactérias são capazes de flocular, dependendo
das características ecológicas que as cercam
A aglutinação de bactérias


Causando a formação de flocos
resultado de forças físicas de atração, semelhantes às
que ocorrem nas micelas de uma suspensão coloidal
Uma suspensão de bactérias em um meio líquido
comporta-se um verdadeiro colóide, dentro de certos
limites
O equilíbrio do sistema só deveria ser mantido
enquanto as forças de atração entre as partículas
(forças de van der Waals) fossem anuladas pelas
forças de repulsão de natureza elétrica (potencial
zeta)
Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos
As forças de repulsão não são maiores do que
as de atração
 Toda suspensão de bactérias deveria flocular
Teoria da motilidade
 Explica a não formação de flocos total das
bactérias.
 Formação de flocos
● Fase final do crescimento exponencial
● Falta de nutrientes em relação a quantidade de
biomassa
Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos
Teoria da motilidade
A morte de bactérias produz polímeros no
meio, provocando a floculação.
Lodo ativado. Fungos
Não são habitantes freqüentes em lodos
ativados




Condições
pH baixo (~ 5,0)
Grande quantidade de carboidratos
Deficiência de nutrientes
Estabilização a matéria orgânica
Possuem filamentos
 Bulking
Gêneros
 Geotrichum, Fusarium, Penicillum,
Cladosporium
Lodo ativado. Algas
Turbidez impede o crescimento
 Pouco estudadas
 Cianofíceas, clorofíceas, diatomáceas
Lodo ativado. Protozoários
Unicelulares
Microscópicos


5 µm a 5 000 µm
Maioria: 30 µm a 300 µm
Algumas espécies formam colônias
Forma das células é bastante variada




A esférica
A oval
A alongada
Achatada.
Translúcidos (transparentes
Podem apresentar coloração devido a ingestão de
alimento, material de reserva ou pigmento (clorofila).
Alimentam-se de bactérias, outros protozoários e de
matéria orgânica dissolvida e particulada
Lodo ativado. Protozoários
Subdivididos de acordo com o tipo de
organela utilizada para a locomoção e captura
de alimentos:
Ciliados
 Cílios são organelas curtas e numerosas em
forma de fio, que se projetam da parede da
célula
 Os cílios encontram-se arranjados em sentido
longitudinal, diagonal e oblíquos
● apresentando movimentos ondulatórios e
coordenados ao longo da célula
 Ciliados livre nadantes
● possuem cílios distribuídos regularmente por toda a
célula e nadam livremente entre os flocos presentes
Lodo ativado. Ciliados livre nadantes
Ciliados livre nadantes
Paramecium
Ciliados fixos
Lodo ativado. Protozoários
Ciliados
 Predadores de flocos
 A célula é achatada dorsoventralmente
 Os cílios são modificados e agrupados na parte
que fica em contato com o substrato
 O batimento dos cílios ventrais sobre o
sedimento remove o substrato
Lodo ativado. Protozoários
Ciliados
 Fixos ou pedunculados
● podem ser isolados ou coloniais
● Ligados ao substrato por um pedúnculo e seus cílios
encontram-se concentrados na região anterior,
próximo a boca
● O batimento dos cílios cria uma corrente de água que
capta o alimento do meio circundante
● Possuem uma fase larval livre nadante
● Algumas espécies possuem estruturas semelhantes
a espinhos no lugar dos cílios.
 Alguns gêneros são providos de uma organela
contrátil, conhecida por mionema, que se
localiza no interior do pedúnculo.
Lodo ativado. Protozoários
Flagelados
 Protozoários que se locomovem através do
flagelo
● organelas em forma de filamento alongado, pouco
numerosos, que se projetam de pontos específicos
da célula (geralmente na parte anterior)
 Executam movimento ondulatório na água,
propelindo a célula para o próprio lado ou para
o lado oposto da inserção do flagelo.
 Sob condições adversas, o flagelo pode se
perder, mas sua regeneração ocorre
prontamente
 São subdivididos em dois grupos
Lodo ativado. Amebas
Locomovem-se através de organelas transitórias,
os pseudópodes





prolongamentos do protoplasma, formados em
qualquer ponto da célula
Transparentes e não possuem forma bem definida.
A carapaça pode ser secretada pela própria ameba
ou ser formada de partículas retiradas do meio.
Natureza calcária, silicosa, ou orgânica
Lentos e sua visualização muitas vezes fica
comprometida
●

podem ser confundidas com os flocos aos quais se
ligam
A forma estrelada adotada por muitas espécies está
relacionada com o stress sofrido quando da
manipulação da amostra em que se encontra
Lodo ativado. Micrometazoários
Formados por várias células que,
agrupadas, formam verdadeiros tecidos.
Células diferentes possuem funções
diferentes
No processo de lodos ativados




Anelídeos
Rotíferos
Nematóides
Tardígrados
Lodo ativado
Mais usado sistema de tratamento de
efluentes
Custo baixo
O sistema gerador de ar deve fornecer a
quantidade de oxigênio necessária ao
processo
Os tempos de detenção são da ordem
de 1 d
Lodo ativado
Parâmetros de projeto
Relação F/M
S0
F/M 
TDH X
F / M  Relaçãoentre o substatoe a biom assa
TDH  Tem pode detençãohidráulicodo tanquede reação
V  Volum edo tanquede aeração
Q  Vazão de alim entação
X  SSV no tanquede aeração
Lodo ativado
Parâmetros de projeto
Tempo de detenção celular
VX
c 
Qd X d  Qe X e
 c  Tem pode detençãoda biom assano tanquede aeração
V  volum edo tanquede aeração
X  concentrção de biom assano tanquede aeração
Qd  Vazão do descartede lodo
X d  SSV no lodo de decarte
Qe  Vazão do efluentetratado
X e  SSV no efluentetratado
Lodo ativado
Parâmetros de projeto
Tempo de detenção celular
c
 O tempo de detenção celular irá considerar a
biomassa existente em todo o sistema
● Grande quantidade de biomassa fora do tanque de
aeração
● Consideração da respiração endógena
Lodo ativado
Parâmetros de projeto (empíricos)
Tempo de detenção hidráulico
Carga orgânica aplicada
 Os dois parâmetros dimensionam reatores de
menor volume
 São adequados para esgoto doméstico
 Sub-dimensionam para efluentes industriais
Lodo ativado
Valores típicos de projeto
 F/M
● 0,05 d-1 a 1,0 d-1
 Tempo de detenção celular
● 6 d a 15 d
 TDH
●4ha8h
B
● 0,3 kg.m-3.d-1 (DBO) a > 3 kg.m-3.d-1 (DBO)
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionais
Cinética das reações do processo
Necessidade de transferência de oxigênio
Características do efluente
Condições ambientais locais
Custo de construção
Custo de manutenção
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionais
Cinética das reações do processo
 Reatores de mistura perfeita
 Reatores pistão
 Os TDH são os mesmos porque a remoção de
substrato solúvel e não solúvel são de primeira
ordem em relação ao substrato e aprox. de
primeira ordem em relação à biomassa
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionais
Necessidade de transferência de oxigênio
 Modificações dos reatores pistão originais
● Suprimento de oxigênio em excesso na cabeça do
reator
● Suprimento de oxigênio em vários pontos
● Introdução dos reatores de mistura perfeita
● Otimização do desenho e da aplicação de oxigênio
● Uso de oxigênio puro
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionais
Características do efluente
 Choques de cargas de matéria orgânica e de
matéria tóxica nos esgotos, por efluentes
industriais
 Os reatores de mistura perfeita são mais
resistentes à choques de cargas.
 Dispositivos de equalização podem ser
necessários.
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionais
Condições ambientais locais
 Temperatura
k2
  (T2 T1 )
k1
 k = taxa de reação específica, constante de
velocidade, s-1
c
● Coeficiente de temperatura 1,0 a 1,03
 T = temperatura
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionais
Custos
 Os custos devem incluir o tanque de aeração e o
sistema de decantação
● O principal fator é a concentração de biomassa na
aeração
Seleção do tipo de reator
10
Custo relativo
8
Reator
biológico +
tanque de
sedimentação
6
4
Tanque de
sedimentação
final
2
Reator
biológico
0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
mg.L-1 SSV
5,0
6,0
7,0
Sedimentador. Decantador secundário
Papel fundamental no processo de lodos
ativados
Separação dos sólidos em suspensão
presentes no reator
Saída de efluente clarificado
Adensamento dos sólidos em suspensão
no fundo do decantador
Retorno do lodo com concentração de SSVT
mais elevada
Sedimentador. Decantador secundário
Armazenamento dos sólidos em
suspensão no decantador
Complementando o armazenamento
realizado no reator
A evitar para não propiciar a desnitrificação
no decantador
 liberação do gás nitrogênio, arrastando os flocos
filamentosos do lodo
 Interferindo na qualidade do efluente final
Sedimentador. Decantador secundário
A sedimentação é uma etapa
fundamental para o processo de lodos
ativados
A operação depende o sucesso da estação
como um todo
Produção de lodo
A quantidade de lodo produzida afeta o
projeto de manipulação de lodo e de sua
disposição final
Seleção do tipo de reator
Vazão de descarte
VX
c 
Qd X  Qe X e
Qd  Vazão de descarte
Produção de lodo
Produção de lodo
PX  Yobs Q( S 0  S )
PX  Produçãode lodo SSV d -1
Yobs 
Y
1  k d ( c ou  ct )
No caso de processos aeróbios e
anaeróbios, o valor de kd é o do aeróbio.
Lodo ativado
Decantador 1º
Tanque de ativação
Decantador 2º
Efluentebruto
Efluente
tratado
Digestor
Instalações
Sistemas de Aeração
Ar Difuso
Aerador Flutuante
Aerador Submerso
Oxigênio Puro
Forças ou ligações de Van der Waals
Forças intermoleculares, caracterizadas por
existirem entre moléculas eletricamente neutras
Responsáveis por muitos fenômenos físicos e
químicos, como a adesão, o atrito e a
viscosidade
Observado entre moléculas que não interagem
quimicamente
O fenômeno das forças repulsivas ainda não é
completamente conhecido
Descobertas pelo físico holandês Johannes van
der Waals
1910, Prêmio Nobel de Física.
Forças ou ligações de Van der Waals
Dividem-se em
Forças de Van der Waals do tipo dipolo-dipolo
 Responsáveis pela interação entre duas moléculas que
possuem momento de dipolo elétrico permanente, isto é, são
moléculas polares
Forças de Van der Waals do tipo polarizabilidadepolarizabilidade
 Responsáveis pela interação entre duas moléculas que
apresentam momento de dipolo elétrico instantaneamente
induzido, isto é, são moléculas polarizáveis
Forças de Van der Waals do tipo dipolopolarizabilidade
 Responsáveis pela interação entre uma molécula que
apresenta momento de dipolo elétrico permanente e outra
que apresenta momento de dipolo induzido
Bulking
Agentes de formação do bulking
variações na vazão de alimentação
variações na
 Composição
 pH
 Temperatura
Septicidade
balanço de nutrientes
natureza dos componentes do efluente
suprimento limitado de oxigênio
mistura insuficiente
curto circuito
projeto do sedimentador secundário
capacidade limitada do reciclo de lodo
baixa concentração de oxigênio dissolvido
baixo A/M
DBO5 solúvel insuficiente.
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Referencias
Beal, L.L., Monteggia, L.O., Della Giustina, S.V. Otimização de uma estação de tratamento de efluentes de uma
indústria de embalagens de papel. Engenharia Sanitária e Ambiental.São Paulo, V. 11, n. 3, p. 283-289. 2006.
Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S141341522006000300012&lng=en&nrm=iso. Acesso em: 20 nov. 2007.
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