I. Visão geral dos sistemas de tratamento biológico de águas residuais
O tratamento biológico moderno de águas residuais é geralmente dividido em três etapas:
- Tratamento Primário (Tratamento Físico): Interceptação de tela de barra, tanque de sedimentação primário
- Tratamento Secundário (Tratamento Biológico): Tanque de aeração, tanque de sedimentação final
- Tratamento Terciário (Tratamento Biológico/Físico-Químico): Remoção de Nitrogênio e Fósforo
O lodo é entregue separadamente ao sistema de digestão de lodo.
Com base na demanda de oxigênio, o tratamento biológico é classificado em tratamento aeróbio (processo de lodo ativado, lagoa de oxidação, canal de oxidação, filtro gotejante, contator biológico rotativo, etc.) e tratamento anaeróbio (digestão de lodo).
II. Comunidade Microbiana em Lodo Ativado
O processo de lodo ativado depende de ecossistemas heterotróficos compostos por microrganismos agrupados, incluindo bactérias, fungos, protozoários e metazoários para purificar águas residuais. Bactérias heterotróficas e fungos heterotróficos de vida livre formam o nível trófico mais baixo. Eles são predados por protozoários heterotróficos, que são posteriormente consumidos por predadores secundários, como rotíferos e nematóides, realizando, em última análise, a purificação de águas residuais.
(I) Bactérias – A principal força para a degradação da matéria orgânica
As bactérias são o grupo microbiano mais crítico no lodo ativado, desempenhando duas funções principais: degradação da matéria orgânica e formação de flocos.
Gêneros de Bactérias Degradantes Orgânicas
Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Bacillus
- Degradadores de carboidratos dominantes:Pseudomonas
- Degradadores de proteínas dominantes:Alcaligenes, Flavobacterium, Bacillus
(II) Mecanismo de Formação de Flocos
Os flocos de lodo ativado são formados através do efeito sinérgico de três componentes:
- Bactérias formadoras de flocos (Zooglea ramigera): Em forma de bastonete, Gram-negativos, capsulados e não esporulados. Eles induzem a agregação bacteriana através de polímeros extracelulares e substâncias intercelulares.
- Bactérias filamentosas moderadas: Fornecem estruturas filamentosas para flocos, permitindo a fixação e o crescimento de bactérias formadoras de flocos, incluindo principalmente:
- Bactérias nitrificantes
- Sphaerotilus(bactérias de ferro)
- Beggiatoa(bactérias oxidantes de enxofre)
- Tiotrix(bactérias redutoras de enxofre)
- Ciliados: Secretam mucoproteínas e polímeros polissacarídeos para formar estruturas de ponte e facilitar a floculação.
(III) Fungos – Degradadores de Orgânicos Refratários
Os fungos podem quebrar substâncias orgânicas recalcitrantes e difíceis de biodegradar a uma taxa de degradação relativamente baixa. Filamentos fúngicos moderados servem como núcleos de flocos e melhoram o desempenho de floculação e sedimentação. No entanto, a proliferação excessiva de fungos leva ao aumento do volume do lodo e a propriedades de sedimentação deficientes.
Causas do crescimento maciço anormal de fungos:
- Queda de temperatura
- Baixo valor de pH
- Alta relação C/N de águas residuais
- Carga orgânica excessiva
- Presença de sulfetos
(IV) Protozoários – Organismos Indicadores da Qualidade da Água
Protozoários comuns em lodos ativados:
- Protozoários amebóides
- Flagelados (fitoflagelados e zooflagelados)
- Ciliados: ciliados que nadam livremente e ciliados perseguidos
Significância do indicador: A presença de ciliados é um indicador chave de um tratamento biológico eficiente. Os flagelados têm fraca competitividade alimentar e só sobrevivem em águas residuais de alta concentração.
(V) Metazoa – Predadores Secundários
Os metazoários se alimentam de bactérias e pequenos protozoários como predadores secundários. Eles ampliam a cadeia alimentar e reduzem bastante a produção de lodo. Espécies representativas incluem rotíferos e nematóides.
III. Três estágios de formação de lodo
O processo de remoção da matéria orgânica do lodo ativado coincide com a formação do lodo, que consiste em três etapas sequenciais:
Etapa 1: Transferência de Massa – Adsorção e Absorção
O lodo de retorno adsorve instantaneamente substâncias coloidais e DBO insolúvel das águas residuais, seguido pela absorção gradual de produtos orgânicos solúveis nas células microbianas para degradação metabólica.
Passo 2: Transformação Metabólica – Biodegradação
Os orgânicos sofrem conversões metabólicas, incluindo hidrólise, glicólise (carboidratos), descarboxilação, desaminação (proteínas) e β-oxidação (lipídios). Os substratos decompostos entram então no ciclo do TCA e na cadeia de transporte de elétrons para gerar energia, com dióxido de carbono e água como subprodutos metabólicos finais.
Etapa 3: Floculação – Geração de Flocos Bem Assentados
À medida que a concentração orgânica diminui, os microrganismos entram na fase de decomposição endógena. Os polímeros polissacarídeos são secretados ao redor das superfícies celulares para aumentar a coesão, formando flocos densos e sedimentáveis que alcançam a separação sólido-líquido no tanque de sedimentação final.
4. Condições Ambientais para Degradação de Matéria Orgânica
- Temperatura: 20–30°C, regula a atividade enzimática microbiana
- Nutrientes: DBO: N: P = 100: 5: 1; oligoelementos K, Ca, Fe, Mg são adicionalmente necessários
- Oxigênio dissolvido (OD): 0,5–1 mg/L na entrada do tanque, 2–3 mg/L na saída; a taxa metabólica cai drasticamente quando o DO está abaixo de 0,5 mg/L
- Valor de pH: 6,5–7,5, ideal em ligeiramente alcalino 7,2–7,4; microrganismos não podem sobreviver em pH < 4 ou pH > 10
- Substâncias tóxicas: Classificação de toxicidade de metais pesados: Ag > Hg > Sn > Cu > Cd > Cr
