MICRO-ORGANISMOS NO TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS

LUÍS JOAQUIM CARLOS

3º EARN MICROBIOLOGIA AMBIENTAL

Tema: MICRO-ORGANISMOS NO TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS

Docente: dr Satar Luciano Gemusse

FACULDADE DE ENGENHARIA AMBIENTAL E DOS RECURSOS NATURAIS CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL E DOS RECURSOS NATURAIS CHIMOIO, MAIO DE 2016

Índice

Contéudos

Páginas Capítulo I:...................................................................................................................................... 1 1.

Introdução ............................................................................................................................. 1 1.1.

Objectivos específicos ................................................................................................... 1

1.2.

Metodologia .................................................................................................................. 1

Capitulo II: Micro-organismos no tratamento de águas residuais ................................................. 2 2.1. Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) ....................................................... 2 2.1.1. Fases do tratamento ..................................................................................................... 2 2.2. A ETAR e os processos microbiológicos ........................................................................... 3 2.2.1. Processos aeróbios....................................................................................................... 4 2.2.2. Processos anaeróbios ................................................................................................... 4 2.3. Agregados Microbianos presentes nas estações de tratamento de águas residuais ............ 5 2.3.1. Lamas activadas (LA) ................................................................................................. 5 2.3.2. Principais microrganismos em Lamas Activadas ........................................................ 6 2.3.3. Protozoários como indicadores da qualidade do processo das LA.............................. 6 2.4. Digestão anaeróbia no tratamento de água ......................................................................... 9 2.4.1. Tipos de biodigestores usados no tratamento de água............................................... 10 3. Bibliografia ............................................................................................................................. 11

Capítulo I: 1. Introdução O presente trabalho realizado no âmbito da cadeira de Microbiologia Ambiental aborda como tema, Micro-organismos no tratamento de águas residuais. Para Moura (2012), o principal objectivo do tratamento de águas residuais é corrigir as características não desejáveis para que o seu uso ou lançamento final possam ocorrer de acordo com regras ambientalmente correctas, definidas por legislação sucessivamente actualizada. Para Ucker et all (2014), a falta de saneamento básico é a maior causa dos mais sérios problemas ambientais e de contaminação dos recursos hídricos. Para a autora, o esgoto doméstico é responsável por 90% dos lançamentos que contaminam os corpos d’água. Conforme Meireles (2011), os processos biológicos são os mais econômicos dentre os utilizáveis na remoção de matéria orgânica da água residual. Por esse motivo, são amplamente utilizados no tratamento de efluentes líquidos. Este trabalho, de caráter teórico, tem por objetivo explicar os processos de tratamento de águas residuais por meio de micro-organismos. Não tendo esgotado o tema, far-se-á uma descricção de alguns aspectos importantes de forma a garantir uma boa compreensão sobre o tema.

1.1.

Objectivos específicos

O presente trabalho tem os seguintes objectivos: 

Abordar sobre as estações de tratamento de águas residuais;



Falar sobre o papel dos Micro-organismos no tratamento de águas residuais;



Abordar sobre os indicadores de qualidade do processo de tratamento de águas residuais;



Falar dos principais métodos de tratamento de água por meio de Microorganismos.

1.2.

Metodologia

A metodologia usada na elaboração deste trabalho é a revisão bibliográfica.

1

Capitulo II: Micro-organismos no tratamento de águas residuais Uma alternativa de minimização dos impactos ambientais causados pelos esgotos é o uso de Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs), que possuem a principal função de, por meio de processos físicos, químicos e biológicos, remover os contaminantes presentes no esgoto, devolvendo ao meio ambiente um efluente em conformidade com os padrões exigidos pela legislação ambiental. Conforme Ucker et all (2014), a estação de tratamento de esgotos destina-se à depuração dos esgotos produzidos na cidade. As etapas e os processos de tratamento a serem selecionados são função dos fatores: tamanho da população, condições climáticas da região, área disponível para a estação, porte do corpo receptor, etc. Sperling (2005 apud Ucker et all, 2014) acrescenta ainda fatores como: objetivos do tratamento, nível do tratamento e impacto ambiental do lançamento no corpo receptor. Ucker et all (2014), diz que as ETA’s são dominadas por uma variedade de microrganismos, especialmente bactérias e fungos. Estes organismos, com a sua diversidade genética e adaptação funcional, são capazes de usar os constituintes das águas contaminadas para seu crescimento e reprodução. Ao usar os constituintes, estes organismos mediam transformações químicas, físicas e biológicas dos contaminantes e modificam a qualidade da água.

2.1. Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) Estações de tratamento de água residual são estações que tratam as águas residuais de origem doméstica e industrial para depois serem escoados para o mar ou rio com um nível de poluição inofensivo para o meio ambiente receptor (WIKIPÉDIA).

2.1.1. Fases do tratamento Para Martins et al. (n/d), as principais fases do tratamento de águas residuais são: I.

Pré tratamento As águas são sujeitas aos processos de separação dos sólidos mais grosseiros tais como a gradagem, o desarenamento nas caixas de areia e o desengorduramento nas chamadas caixas de gordura ou em prédecantadores. Nesta fase, a água residual 2

pode ser sujeita a um pré-arejamento e a uma equalização tanto de caudais como de cargas poluentes. II.

Tratamento primário A matéria poluente é separada da água por sedimentação nos sedimentadores primários. Este processo pode, em alguns casos, ser ajudado pela adição de agentes químicos que através de uma coagulação/floculação possibilitam a obtenção de flocos de matéria poluente de maiores dimensões e assim mais facilmente decantáveis.

III.

Tratamento secundário Processo biológico onde a matéria orgânica é consumida por micro-organismos aeróbios nos chamados reactores biológicos. A água saída do reactor biológico contem uma grande quantidade de micro-organismos, que sofrem posteriormente um processo

de

sedimentação

nos

designados

sedimentadores

(decantadores)

secundários. IV.

Remoção de nutrientes

Conforme Wikipédia há diferentes processos para remoção de nitrogénio e fósforo: 

A Desnitrificação – requer condições anóxicas para que as comunidades biológicas apropriadas se formem. Métodos de filtragem em areia, lagoa de polimento, etc. podem reduzir a quantidade de nitrogénio.



A Remoção de fósforo – este processo pode ser feito por precipitação química, geralmente com sais de ferro (ex. cloreto férrico) ou alumínio (ex. sulfato de alumínio).

2.2. A ETAR e os processos microbiológicos Para Guimarães & Nour (2001), os processos biológicos são subdivididos em dois grandes grupos, os aeróbios e os anaeróbios. Os autores dizem ainda que normalmente, os efluentes compostos de substâncias biodegradáveis (esgotos domésticos e de indústrias de alimentos) são preferidos nessas duas classes de processos.

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2.2.1. Processos aeróbios Conforme Guimarães & Nour (2001), nos processos aeróbios de tratamento de efluentes são empregados micro-organismos que para bio-oxidar a matéria orgânica utilizam o oxigênio molecular, O2 como receptor de electrões. Os autores dizem também que a microfauna é composta por protozoários, fungos, leveduras, micrometazoários e sem dúvida a maioria é composta por bactérias. Para Guimarães & Nour (2001), há uma grande variedade de sistemas aeróbios de tratamento de águas residuais; as mais empregadas são lagoas facultativas, lagoas aeradas, filtros biológicos aeróbios, valos de oxidação, disposição controlada no solo e sem dúvida uma das opções mais utilizadas é o lodo ativado. é

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2.2.2. Processos anaeróbios Conforme Guimarães & Nour (2001), nos processos anaeróbios de tratamento de efluentes são empregados micro-organismos que degradam a matéria orgânica presente no efluente, na ausência de oxigênio molecular. Nesse tipo de processo, a grande maioria de micro-organismos que compõem a microfauna também é de bactérias, basicamente as acidogênicas e as metanogênicas. Como sistemas convencionais anaeróbios, os mais utilizados são os digestores de lodo, tanques sépticos e lagoas anaeróbias. é

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+ Guimarães & Nour (2001), dizem que o processo de digestão anaeróbia pode ser dividido em quatro fases bem características: 

Hidrólise – as bactérias fermentativas hidrolíticas excretam enzimas para provocar a conversão de materiais particulados complexos em substâncias dissolvidas (reações extracelulares);



Acidogênese – as bactérias fermentativas acidogênicas metabolizam as substâncias oriundas da etapa anterior até produtos mais simples, tais como ácidos graxos, hidrogênio, gás carbônico, amônia etc;

4



Acetogênese – esta etapa consiste na metabolização de alguns produtos da etapa anterior pelo grupo de bactérias acetogênicas, obtendo-se acetato, dióxido de carbono e hidrogênio;



Metanogênese – nesta fase, o dióxido de carbono e hidrogénio produzidos são utilizados pelas bactérias metanogênicas, para formação do principal produto da digestão anaeróbia, que é o gás metano, CH4, além de CO2e H2O.

Figura 1: Processo de Biodigestão Anaeróbia (Fonte: Biodieselbr, 2013, apud CREMONEZ, P.A., et al. 2013).

2.3. Agregados Microbianos presentes nas estações de tratamento de águas residuais 2.3.1. Lamas activadas (LA) Para Wikipédia, o processo de tratamento biológico por lamas activadas consiste numa cultura microbiológica que decompõe substâncias inorgânicas e orgânicas do efluente transformando-as em formas ambientalmente aceites. O sistema é composto por um reactor biológico (tanques de aeração) e um tanque de sedimentação. 5

Figura 2: Representação simplificada de um sistema de lodo activado. Fonte: Guimarães & Nour (2001).

Para Martins et al (n/d), o tanque de aeração é para satisfazer as necessidades em oxigénio das bactérias quimioheterotróficas aeróbias e também necessário para as bactérias quimioautotróficas nitrificantes, as quais obtêm energia através da oxidação do NH4 a NO3. O oxigénio é ainda importante para os consumidores, nomeadamente os protozoários e os metazoários. O tanque de sedimentação, serve para sedimentar os micro-organismos existentes na água após sair do reator biológico (tanque de aeração).

2.3.2. Principais microrganismos em Lamas Activadas Para Meireles (2011), nas lamas activadas, a componente biótica é representada pelos “decompositores” (bactérias e fungos) e pelos seus “consumidores” que são todos os que predam as bactérias dispersas e outros organismos. A biomassa total é constituída por 95% de bactérias e 5% de outros organismos, dos quais fazem parte os protozoários. As lamas activadas são essencialmente: componente orgânica + inorgânica = floco. O floco é constituído por um agregado diversas espécies mas nem todas bactérias presentes são formadoras de flocos. Muitos organismos filamentosos, na sua maioria bactérias, mas também fungos, podem desenvolver-se no licor misto.

2.3.3. Protozoários como indicadores da qualidade do processo das LA Os protozoários são seres unicelulares, complexos, podendo ter várias formas e um dos, para Meireles (2011), eles podem ser usados para monitorizar a operação de processos de tratamento de águas residuais.

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Conforme Martins et all (n/d), os protozoários ciliados melhoram a qualidade do efluente através da predação da maior parte das bactérias dispersas que entram continuamente com o afluente. Assim, na ausência de ciliados, o efluente do sistema é caracterizado por uma CBO elevada e por alta turbidez.

a) As filamentosas Conforme Meireles (2011), as filamentosas (figuras 3a e 3b) são microrganismos que dão suporte na formação do floco mas, quando em excesso podem provocar ”Bulking filamentoso” ou ”Fooming filamentoso”.

Figura 3: ilustração de microorganismos filamentosos. Fonte: Meireles (2011).

a) Flagelados Conforme Martins et all (n/d), os pequenos flagelados heterotróficos (Bodo, Polytomae Tetramitry) estão normalmente presentes em quantidade na fase de arranque do sistema, quando os flocos ainda não se encontram devidamente formados, entrando continuamente com o afluente. Estes, alimentam-se de bactérias dispersas e com o tempo são substituídos pelos ciliados bacteriófagos, quer devido à competição que estabelecem com estes quer por estarem sujeitos à predação pelos ciliados carnívoros. Num sistema com bom funcionamento, a sua presença é limitada a densidades menores do que 5*109 indivíduos/m3.

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b) Ciliados Para Martins et all (n/d), os ciliados nadadores predominam no tanque de arejamento na fase inicial de tratamento. À medida que a floculação aumenta, são substituídos gradualmente pelos Sésseis, filtradores muito mais eficientes, que ganham a competição pelas bactérias dispersas do licor misto. Os ciliados (figuras 2.3 a 2.6) são protozoários bacteriófagos que aumentam a purificação da água, através da redução da turvação e da CBO.

Figura 4. Ciliados nadadores: Trachellophyllum (a) e e Paramecium caudatum (b). Fonte: Meireles (2011).

A maior parte dos ciliados presentes nas estações de tratamento alimentam -se de bactérias, embora existam outros que predam ciliados ou flagelados. Estes ciliados bacteriófagos podem ser divididos em três grupos funcionais: 

Nadadores – são os que nadam na fracção líquida e permanecem em suspensão no tanque de sedimentação;



Móveis de fundo – são os que habitam a superfície do floco;



Sésseis – sãos os que estão fixos por um pedúnculo aos flocos e precipitam com estes durante a sedimentação.

Para Meireles (2011), No caso dos ciliados nadadores serem o grupo dominante, a qualidade do efluente produzido é, geralmente, má. Se os ciliados sésseis do género Opercularia dominam a microfauna, há geralmente elevadas CBO’s; se a Vorticella microstoma, indica a carência de oxigénio no tanque de arejamento.

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c) Amibas com teca Conforme Meireles (2011), são indicadoras de boas condições de nitrificação e aparecem sobretudo em lamas com pouca matéria orgânica, com elevada concentração de oxigénio no tanque de arejamento e em lamas com grandes tempos de retenção. Sintetizando, um sistema de lamas activadas eficiente apresenta as seguintes características (MARTINS et all, n/d): 

Elevada densidade da microfauna (≥109organismos / m3);



Microfauna composta principalmente por móveis de fundo e sésseis, com os flagelados praticamente ausentes;



Comunidade diversificada onde

nenhuma espécie ou grupo domine

numericamente em mais do que um factor de 10.

2.4. Digestão anaeróbia no tratamento de água Conforme Empresa de Engenharia Ambiental (2005), a digestão anaeróbia é um processo fermentativo que tem como finalidade a remoção de matéria orgânica, a formação de biogás e a produção de biofertilizantes mais ricos em nutrientes, portanto é uma alternativa atraente para alguns casos de esgoto industrial e esgoto sanitário. Vantagens: 

Baixa produção de lodo biológico;



Dispensa energia para aeração;



Há produção de metano;



Há pequena necessidade de nutrientes;



O lodo pode ser preservado ativo durante meses sem alimentação;



O processo pode trabalhar com altas e baixas taxas orgânicas.

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2.4.1. Tipos de biodigestores usados no tratamento de água a) As fossas sépticas Conforme Empresa de Engenharia Ambiental (2005), são unidades de escoamento horizontal e contínua, que realiza a separação de sólidos, decompondo-os anaerobiamente. A fossa séptica não é um simples decantador e digestor, mas é uma unidade que realiza simultaneamente várias funções como: decantação e digestão de sólidos em suspensão que irá formar o lodo que irá se acumular na parte inferior, ocorrerá a flotação e uma retenção de materiais mais leves e flotáveis como: óleos e graxas que formarão uma escuma na parte superior, os microorganismos existentes serão anaeróbios e ocorrerá a digestão do lodo com produção de gases.

b) Os tanques Imhoff Conforme Empresa de Engenharia Ambiental (2005), estes tem as finalidades idênticas às unidades de tratamento primário, possuindo no mesmo tanque as principais finalidades daquele tratamento, ou seja, decantação ou digestão de sólidos. funciona como se fossem unidades separadas. Apresenta grandes vantagens em relação as fossas sépticas devido a ausência de partículas de lodo no efluente, a não ser em operações anormais. O efluente líquido apresenta geralmente eficiência variando com as seguintes reduções: sólidos suspensos (50 - 70%), remoção de DBO (30 - 50 %).

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3. Bibliografia i.

CREMONEZ, P. A. Biodigestão anaeróbia no tratamento de águas residuárias de fecularias. Acta Iguazu, v.2, n.2, 2013.

ii.

Empresa de Engenharia Ambiental Ltda.: Tratamento Anaeróbio. (CT-SA), 2005.

iii.

GUIMARÃES, J. R. & NOUR, E. A. A. Tratando nossos esgotos: processos que imitam a natureza. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, 2001.

iv.

MARTINS, M. J. NICOLAU, A. MOTA, M. LIMA, M. A Importância da microfauna como ferramenta de trabalho em estações de tratamento de águas residuais. n/d.

v.

MEIRELES, M. F. R. Optimização da Estação de Tratamento de Águas Residuais de Crestuma [Dissertação]. ISEP. Porto, 2011.

vi.

MOURA, I. N. S. C. Opções de tratamento de águas residuais por sistemas clássicos de lamas activadas numa perspectiva de minimização de recursos aplicados [Dissertação]. UNL: Lisboa, 2012.

vii.

UCKER, F. E. ALMEIDA, R. A. UCKER, A. P. F. B. G. KEMERICH, P. D. C. Componentes do sistema de tratamento de esgoto com plantas. REMOA - V. 14, 2014.

viii.

Wikipédia. Estações de tratamento de águas residuais. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Esta%C3%A7%C3%A3o_de_tratamento_de_%C3%A1guas_residu ais. Acesso em 15/05/2016.

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