Lodos ativados

Lodos ativados

Prof. Paulo Roberto KoetzProf. Marcelo Hemkemeier

15/06/2007 14:26:01

Introdução

O sistema de tratamento aeróbioretorno da biomassa ativa para o reator

Biomassa suspensa

Lodos Ativados - Esquema De Funcionamento

Introdução

Alta taxa de sólidosLodo

MicroorganismosBactériasProtozoáriosFungosRotíferos

Produtos FinaisCO2

H2ONO3

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 cercamA 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 limitesO 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 orgânicaPossuem filamentos

BulkingGêneros

Geotrichum, Fusarium, Penicillum, Cladosporium

Lodo ativado. Algas

Turbidez impede o crescimento Pouco estudadas Cianofíceas, clorofíceas, diatomáceas

Lodo ativado. Protozoários

UnicelularesMicroscópicos

5 µm a 5 000 µm Maioria: 30 µm a 300 µm

Algumas espécies formam colôniasForma das células é bastante variada

A esférica A oval A alongada Achatada.

Translúcidos (transparentesPodem 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 diferentesNo processo de lodos ativados

Anelídeos Rotíferos Nematóides Tardígrados

Lodo ativado

Mais usado sistema de tratamento de efluentesCusto baixo O sistema gerador de ar deve fornecer a quantidade de oxigênio necessária ao processoOs tempos de detenção são da ordem de 1 d

Lodo ativado

Parâmetros de projetoRelação F/M

aeração de tanque no SSVXoalimentaçã de Vazão Qaeração de tanque do Volume V

reação de tanque do hidráulico detenção de TempoTDHbiomassa a e substatoo entre RelaçãoMF

X TDHSMF

/

/ 0

Lodo ativado

Parâmetros de projetoTempo de detenção celular

tratado efluente no SSVXtratado efluente do VazãoQ

decarte de lodo no SSVXlodo de descarte do VazãoQ

aeração de tanque no biomassa de oconcentrçãXaeração de tanque do volumeV

aeração de tanque no biomassa da detenção de TempoXQXQ

VX

e

e

d

d

c

eeddc

Lodo ativado

Parâmetros de projetoTempo de detenção celular 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

c

Lodo ativado

Parâmetros de projeto (empíricos)Tempo de detenção hidráulicoCarga 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● 4 h a 8 h

B● 0,3 kg.m-3.d-1 (DBO) a > 3 kg.m-3.d-1 (DBO)

Seleção do tipo de reator

Fatores operacionaisCinética das reações do processoNecessidade de transferência de oxigênioCaracterísticas do efluenteCondições ambientais locaisCusto de construçãoCusto de manutenção

Seleção do tipo de reator

Fatores operacionaisCinética 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 operacionaisNecessidade 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 operacionaisCaracterísticas 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 operacionaisCondições ambientais locais Temperatura

k = taxa de reação específica, constante de velocidade, s-1

● Coeficiente de temperatura 1,0 a 1,03 T = temperatura

)(

1

2 12 TT

kk

c

Seleção do tipo de reator

Fatores operacionaisCustos 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

0

2

4

6

8

10

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0mg.L-1 SSV

Cus

to re

lativ

o

Tanque de sedimentação

final

Reator biológico + tanque de

sedimentação

Reator biológico

Sedimentador. Decantador secundário

Papel fundamental no processo de lodos ativadosSeparação 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 reatorA 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

descarte de VazãoQXQXQ

VX

d

eedc

Produção de lodo

Produção de lodo

No caso de processos aeróbios e anaeróbios, o valor de kd é o do aeróbio.

)(1

)( 0

ctcdobs

1-X

obsX

ou kYY

d SSVlodo de ProduçãoP

SSQYP

Lodo ativado

Decantador 1º Tanque de ativação Decantador 2º

Efluentebruto

Digestor

Efluente tratado

Instalações

Sistemas de AeraçãoAr DifusoAerador FlutuanteAerador SubmersoOxigênio Puro

Forças ou ligações de Van der Waals

Forças intermoleculares, caracterizadas por existirem entre moléculas eletricamente neutrasResponsáveis por muitos fenômenos físicos e químicos, como a adesão, o atrito e a viscosidadeObservado entre moléculas que não interagem quimicamenteO fenômeno das forças repulsivas ainda não é completamente conhecidoDescobertas pelo físico holandês Johannes van der Waals

1910, Prêmio Nobel de Física.

Forças ou ligações de Van der Waals

Dividem-se emForças 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 polarizabilidade-polarizabilidade 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 dipolo-polarizabilidade 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 bulkingvariações na vazão de alimentaçãovariações na

Composição pH Temperatura

Septicidadebalanço de nutrientesnatureza dos componentes do efluentesuprimento limitado de oxigêniomistura insuficientecurto circuitoprojeto do sedimentador secundáriocapacidade limitada do reciclo de lodobaixa concentração de oxigênio dissolvidobaixo A/MDBO5 solúvel insuficiente. voltar

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=S1413-41522006000300012&lng=en&nrm=iso. Acesso em: 20 nov. 2007.

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