Microbiologia aplicada ao tratamento de águas residuáriasProfª. Drª. Beatriz Missagia
Os tipos microbianos presentes nos diferentes sistemas de tratamento dependem principalmente:
• Características da água residuária a ser tratada (composição, concentração)
• Teor de oxigênio dissolvido no sistema (aeróbio, anaeróbio, anóxico)
• Organização da biomassa (crescimento disperso ou aderido)
Em geral, os diferentes tipos microbianos nos processos biológicos atuam conjuntamente, formando uma cadeia alimentar com interações nutricionais facultativas e obrigatórias.
• Microbiologia: é o estudo dos organismos microscópicos ‘unicelulares’ (procarióticos e eucarióticos)
• Ecologia: é o estudo das relações entre os organismos e o meio ambiente
• Microbiologia Ambiental: é o estudo dos microrganismos e de sua interação com o meio biótico e abiótico
Células procarióticas e eucarióticas
Microrganismos procarióticos: bactérias e cianobactérias
Microrganismos eucarióticos: algas, fungos, protozoários,
nematóides, animais, plantas
Fontes de energia e carbonoFontes de energia
QuimiotróficosFototróficos
Fontes de carbono
Fotoheterotróficos Quimioheterotróficos
Fotoautotróficos Quimioautotróficos
Orgânico (glicose, acetato)
Inorgânico (CO2)
Metabolismo Cooperação de sistemas multienzimáticos
Vias:Catabólicas (produção de energia-degradação) Anabólicas (utilização da energia liberada-biossíntese)
Carboidratos, proteínas, lipídeos CATABOLISMO
Células, membrana celular, DNA/RNA, enzimas
Açúcares, ácidos graxos,
aminoácidos, bases
nitrogenadas ANABOLISMO
Catabolismo: Conservação de energia Para os quimiotróficos duas formas de energia são
conhecidos:
RESPIRAÇÃO ( Catabolismo oxidativo) Aceptor final de elétrons externo: - Aeróbia: oxigênio - Anaeróbia: sulfato, nitrato, dióxido de carbono.
FERMENTAÇÃO (Catabolismo fermentativo) Aceptor final de elétrons interno (produzido pela própria
célula): - m. o. reduzida.
OBJETIVO: PRODUZIR ENERGIA!
Geração de energia nas células microbianas
Microrganismos aeróbios estritos: utilizam apenas o oxigênio livre em sua respiração
Microrganismos anaeróbios facultativos: utilizam preferencialmente o oxigênio, e em sua ausência utilizam nitrato como aceptor de elétrons
Microrganismos anaeróbios estritos: utilizam o sulfato ou dióxido de carbono como aceptores de elétrons, não podendo obter energia através de respiração aeróbia
Geração de energia nas células microbianas
Força oxidativa: quanto mais positiva maior habilidade oxidante do sistema
Condições aeróbias:
Condições anóxicas: redução de nitratos (desnitrificação)
Condições anaeróbias: redução de sulfatos (dessulfatação)
Condições anaeróbias: redução de CO2 (metanogênese hidrogenotrófica)
Condições anaeróbias: metanogênese acetotrófica
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O
2 NO3-N + 2 H+ N2 + 2,5 O2 + H2O
CH3COOH + SO42- + 2 H+ H2S + 2 H2O + 2 CO2
4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O
CH3COOH CH4 + CO2
Geração de energia nas células microbianas Condições aeróbias:
Condições anóxicas: redução de nitratos (desnitrificação)
Condições anaeróbias: redução de sulfatos (dessulfatação)
Condições anaeróbias: redução de CO2 (metanogênese hidrogenotrófica)
Condições anaeróbias: metanogênese acetotrófica
Assimilação das matérias solúvel e em suspensão
Formas de associação microbiana em reatores
Biomassa de crescimento disperso:• Biomassa livre: microrganismos dispersos no meio líquido• Biomassa associada: microrganismos associados
formando estrutura biológica (grânulo e floco)
Biomassa de crescimento aderido:• Biofilmes: microrganismos aderidos a um meio suporte, e
dessa forma, mantidos no reator (alta concentração de biomassa, sistemas mais compactos, alta atividade metabólica – altas taxas de aplicação em menores tempos de detenção hidráulica, melhor qualidade do lodo)
Biofilme
Crescimento aderido: biofilmes
Sistema DHS – Downflow Hanging Sponge
Anéis plásticos Aparas de conduíte Escória
Microrganismos característicos
Floculação
o Condição nutricional baixa: favorece a agregação e o metabolismo endógeno (condição fisiológica no limite, liberação de polímeros que não estão sendo utilizados para a divisão celular, ex. polissacarídeos, auxiliando na formação dos flocos)
o Ocorre comumente em sistemas de lodos ativados
o Objetivo: separar eficientemente a biomassa da água residuária e retornar o lodo (biomassa acumulada) ao tanque de aeração.
Floco biológico ideal
Apresenta estrutura heterogênea, contendo material orgânico adsorvido, material inerte dos esgotos, microrganismos, células vivas e mortas.
Floco biológico pulverizado (pin-point floc)
Predominância dos microrganismos formadores do floco, causando insuficiente rigidez, formando um floco pequeno, fraco e com má sedimentação
Intumescimento do lodo - “bulking”
o Predominância de bactérias filamentosas que se projetam para fora do floco aumentando o volume de lodo de difícil decantabilidade.
Grânulos
Agregação de microrganismos durante o tratamento anaeróbio de águas residuárias.
Comum em reatores anaeróbios de manta de lodo (UASB) e de leitos fluidizados.
Granulação envolve inicialmente a participação de microrganismos filamentosos (matriz estrutural), seguida pela proliferação de microrganismos produtores de exopolímeros (aderência).