Microbiologia ambiental Engenharia do Ambiente. Escola Superior Agrária Instituto Politécnico de Coimbra

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1 Microbiologia ambiental Engenharia do Ambiente Escola Superior Agrária Instituto Politécnico de Coimbra

2 Módulo 2. Microbiologia ambiental aplicada 3.2 OS MICRORGANISMOS NO TRATAMENTO BIOLÓGICO DAS ÁGUAS RESIDUAIS Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 2

3 Tratamento de efluentes Os efluentes de origem industrial, agro-pecuária e humana podem conter níveis elevados de matéria orgânica Essa matéria orgânica é removida através do tratamento das águas residuais Dependendo do tratamento, os efluentes podem ainda conter nutrientes e microrganismos quando são lançados nos rios Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 3

4 Medição do carbono dos efluentes Carbono orgânico total (TOC) Todo o carbono, utilizado ou não pelos microrganismos Carência química de oxigénio (CQO) Carbono oxidável quimicamente Carência bioquímica de oxigénio (CBO) Carbono utilizável biologicamente Mede apenas a fracção do carbono que pode ser oxidada pelos microrganismos num período de 5 dias sob condições standard Medida indirecta da matéria orgânica na água: quantidade de oxigénio necessária para a oxidação da matéria orgânica biodegradável Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 4

5 Passos principais dos processos de tratamento de efluentes Tratamento Primário Secundário Terciário Processos Remoção de partículas de matéria insolúvel através de sedimentação, peneira, adição de agentes coagulantes e outros procedimentos físicos (remove 20-30% da CBO em forma particulada) Remoção biológica de matéria orgânica dissolvida: Filtros de biofilmes Lamas activadas Lagoas/Lagunagem Sistemas de arejamento Digestores anaeróbios (remove 90-95% da CBO e bactérias patogénicas) Sob condições aeróbias, a DOM é transformada em biomassa microbiana e em CO 2. Os microrganismos agregam-se e juntamente com minerais formam flocos, que sedimentam Remoção biológica de nutrientes inorgânicos Remoção química de nutrientes inorgânicos Remoção/inactivação de vírus Remoção de químicos residuais Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 5

6 Sistemas de tratamento de água residual Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 6

7 1.Tratamento primário Remoção física de partículas sólidas Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 7

8 2.Tratamento secundário Por lamas activadas: transformação biológica de matéria orgânica dissolvida em biomassa microbiana e dióxido de carbono Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 8

9 3.Tratamento final Separação da biomassa microbiana e da água Reciclagem da biomassa microbiana Água lançada no meio ambiente após tratamento com cloro Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 9

10 Sistemas aeróbios de lamas activadas Tratamento secundário Lamas activadas: biomassa microbiana activa Taxa de fluxo: entrada de nutrientes por unidade de biomassa microbiana Sistemas com baixa taxa de fluxo e microrganismos de crescimento lento produzem efluentes com níveis residuais de matéria orgânica mais baixos Sistemas com elevada taxa de fluxo e microrganismos de crescimento mais rápido, removem mais carbono orgânico dissolvido mas produzem efluentes de menor qualidade Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 10

11 Tratamento secundário aeróbio de águas residuais lamas activadas Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 11

12 Sistemas aeróbios de filtros de biofilme Tratamento secundário Efluente passado gota-agota através de leitos de pedras ou outro material sólido coberto de biofilme e a comunidade microbiana heterotrófica do biofilme degrada a matéria orgânica Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 12

13 Tratamento secundário aeróbio de águas residuais Filtros de biofilme Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 13

14 Sistemas aeróbios com arejamento Tratamento secundário Os microrganismos usam a matéria orgânica para aumentar a própria biomassa, que é consumida por outros microrganismos A utilização biológica da biomassa microbiana leva à libertação dos minerais originalmente presentes nos microrganismos e que são lançados no meio ambiente juntamente com a água Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 14

15 Tratamento secundário aeróbio de águas residuais com arejamento Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 15

16 Tratamento secundário aeróbio Todos os sistemas aeróbios de tratamento produzem biomassa microbiana (lamas activadas) que contém muitos compostos orgânicos recalcitrantes Os efluentes provenientes de tratamentos aeróbios+materiais depositados no tratamento primário, podem ser tratados por digestão anaeróbia Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 16

17 Digestores ou reactores anaeróbios Tratamento secundário anaeróbio Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 17

18 Digestores anaeróbios Tratamento secundário anaeróbio Tanques que funcionam com fluxo contínuo, usados para a digestão dos esgotos e para a produção de gás metano O gás produzido (metano) é recolhido podendo ser queimado para a produção de calor ou de electricidade Bem isolados, mantêm uma temperatura de 39ºC sem necessidade de aquecimento exterior Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 18

19 Digestão anaeróbia Envolve três passos: 1. fermentação dos componentes orgânicos com a formação de ácidos orgânicos, incluindo acetato; 2. produção de substratos metanogénicos: acetato, CO 2 e hidrogénio; 3. metanogénese pelos microrganismos produtores de metano Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 19

20 Processos metanogénicos Os processos metanogénicos (tabela seguinte) envolvem um balanço entre oxidantes e redutores A eficiência é maior se for mantida uma concentração baixa de hidrogénio A acumulação de hidrogénio e de ácidos orgânicos resulta na inibição da produção de metano Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 20

21 Reacções sequenciais no uso biológico anaeróbio de esgotos orgânicos Passo do processo Substratos Produtos Principais microrganismos Fermentação Polímeros orgânicos Butirato, propionato, lactato, sucinato, etanol, acetato*, H 2 *, CO 2 * Clostridium Bacteroides Peptostreptococcus Peptococcus Eubacterium Lactobacillus Reacções acetogénicas Butirato, propionato, lactato, sucinato, etanol Acetato, H 2, CO 2 Syntrophomonas Syntrophobacter Acetobacterium Reacções metano-génicas Acetato H 2 e HCO 3 - CH 4 +CO 2 CH 4 Methanosarcina Methanothrix Methanobrevibacter Methanomicrobium Methanogenium Methanobacterium Methanococcus Methanospirillum * Substratos metanogénicos Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 21

22 Vantagens da digestão anaeróbia A maior parte da biomassa microbiana produzida durante o processo aeróbio é usada para a produção de metano O efluente resultante ocupa menos volume e pode ser facilmente desidratado Mas os metais pesados podem ficar concentrados, o que pode causar problemas ambientais e de saúde pública a longo prazo Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 22

23 Problemas a longo prazo relacionados com os resíduos provenientes da digestão anaeróbia de efluentes Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 23

24 Tratamento terciário Remoção de azoto e fósforo que podem causar eutrofização e de poluentes orgânicos Poluentes orgânicos: removidos com filtros de carbono Remoção de N e P por processos químicos P: precipitado como fosfato de cálcio ou fosfato de ferro (por exemplo através de adição de cal) N: removido por volatilização (NH 3 ) a ph elevado Remoção de N e P por processos biológicos Desnitrificação Série de tratamentos aeróbios e anaeróbios alternados, que levam à acumulação de P como biomassa microbiana Dispendioso: geralmente não é usado Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 24

25 Leitos de macrófitas Os componentes básicos dos ecossistemas alagadiços como os pauis (solo, plantas aquáticas, água) são usados como um sistema de tratamento (figura 29.26) Usadas para o tratamento de efluentes líquidos, para biorremediação e para o tratamento de efluentes ácidos de minas As plantas podem ser flutuantes, emergentes ou submersas; as suas raízes providenciam nutrientes para a comunidade microbiana Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 25

26 Leitos de macrófitas Manuela Abelho 2012 Microbiologia ambiental 26