microbiologia ambiental aplicada

Microbiologia

ambiental

aplicadaTratamentos biológicos de

águas residuais

Cristiano Silva Leal

Introdução • A evolução demográfica e industrial trazem consigo um

aumento da produção de resíduos e águas residuais.

• É por isso necessária uma legislação e

consciencialização ambientais mais exigentes

• As águas residuais domésticas e de origem industrial

podem conter elevados teores de matéria orgânica

• A matéria orgânica é removida através do

tratamento de águas residuais

Ciclo urbano da água

Ciclo urbano da água

Caracterização de águas

residuais• COT - Carbono Orgânico Total

• Corresponde a todo o carbono, utilizado ou não pelos

microrganismos

• CQO - Carência Química de Oxigénio

• Corresponde à fracção orgânica da amostra susceptível

de ser oxidada por via química (um oxidante forte)

• CBO5 - Carência Bioquímica de Oxigénio após 5 dias

• Quantidade de oxigénio dissolvido consumido durante 5

dias, (expresso em mg/L)na oxidação biológica aeróbia

da matéria orgânica e/ou inorgânica da amostra sob

condições standard.

• Em águas residuais domésticas:

• CBO5/CQO= 0,4 a 0,6

Tipos de tratamento

Cristiano Silva Leal

Tipos de tratamento Processos

Preliminar ou pré-tratamento

GradagemTamisaçãoTrituraçãoDesarenaçãoDesengorduramentoRemoção de óleos e de hidrocarbonetosMedição de caudal

Primário

Remoção de partículas de matéria insolúvelatravés de sedimentação, adição de agentescoagulantes e outros processos físicos, éremovida 20 a 30% da CBO na forma particulada

Secundário

Remoção biológica da matéria orgânicadissolvida, é removida 90 a 95% da CBO emuitas bactérias patogénicas

Lamas activadasLagunagemLeitos percoladoresDiscos biológicosDigestores anaeróbios

TerciárioRemoção de nutrientesRemoção e inactivação de vírusRemoção de químicos residuais

Tratamento secundário

Tratamento secundário

Aeróbio

Lamas activadas

(biomassa em suspensão)

Leitos percoladores (biomassa fixa)

Discos biológicos rotativos

(biomassa fixa)

Anaeróbio

Tratamento apropriado• A escolha da tecnologia utilizada no tratamento biológico de

águas residuais depende sobretudo das características (físico-

químicas) do efluente a tratar e do meio receptor da descarga

• “Tratamento apropriado”

“O tratamento de águas residuais urbanas por qualquer processo e

ou por qualquer sistema de eliminação que, após a descarga,

permita que as águas receptoras satisfaçam os objectivos de

qualidade que se lhes aplicam.”(Decreto-lei nº152/97 de 19 de

Junho)

Esquema de uma ETAREsquema de uma ETAR

Lamas activadas• Consiste numa cultura microbiana mantida em suspensão e

arejada que converte a carga poluente do efluente em

biomassa e outros produtos

Mecanismo de decomposição aeróbia

Matéria orgânica

Biomassa

Produtos finaisCO2, H2O, N2, P

Resíduo não biodegradável

Matéria orgânica

Biomassa

Produtos finaisCO2, H2O, N2, P

Resíduo não biodegradável

Constituição das lamas

activadas• Bactérias (dispersas, formadoras de flocos e filamentosas)

• Protozoários e Metazoários

• Células mortas

• Fragmentos orgânicos não digeridos

• Precipitados de compostos inorgânicos

• A biomassa microbiana tem a capacidade de flocular e

deste modo promover a separação sólido-líquido

resultando o efluente final clarificado

• A biomassa pode ser recirculada para o reactor para

induzir a pressão selectiva de agregados com boas

características de sedimentabilidade.

Caracterização do sistema de

lamas activadas

Sistema básico de lamas activadas

Reactor de lamas

activadas(arejamento prolongado)

Sistema básico de vala de oxidação

Reactor de lamas activadas(SBR)Ciclo de funcionamento de um SBR

Dinâmica de colonização em

lamas activadasDinâmica de colonização da microfauna em sistemas de

lamas activadas

Principais protozoários e

metazoários em lamas activadas• Flagelados

•Pequenos flagelados

•Grandes flagelados

• Ciliados bacteriófagos•Nadadores

•Sésseis

•Móveis de fundo

• Ciliados carnívoros

• Amebas•Amebas nuas

•Amebas com teca

• Metazoários

Principais protozoários e

metazoários em lamas activadas

Locais de alimentação dos diversos ciliados bacteriófagos em lamas

activadasA - nadadores B - sésseis C - móveis de fundo (Madoni, 1994).

Rede trófica em lamas

activadas

Rede trófica em lamas activadas

Relação entre protozoários e

eficiência de tratamento

Cristiano Silva Leal

Grupo dominante Eficiência Causa possível

Pequenos flagelados má Lamas pouco oxigenadas; carga muito forte; entrada de

substâncias fermentescíveis

Pequenos ciliados nadadores (<50 µm) medíocre Tempo de contacto muito baixo; lamas pouco oxigenadas

Grandes ciliados nadadores (>50 µm) medíocre Carga muito forte

Ciliados móveis de fundo boa

Ciliados sésseis + móveis de fundo boa

Ciliados sésseis baixa Fenómenos transitórios (carga descontínua; extracção recente de

lamas)

Pequenas amebas nuas má Carga muito elevada não facilmente biodegradável

Amebas com teca boa Carga baixa; licor diluído; boa nitrificação

Índice biótico de lamas

• O índice biótico de lamas proposto por Madoni em 1994 visa

avaliar a qualidade biológica de lamas activadas

• Este índice tem por base a sensibilidade dos vários grupos de

protozoários ciliados alterações dos parâmetros físico-químicos

e das variáveis operacionais do processo

• Calcula-se avaliando o grupo de protozoários dominante a

sua densidade e a variedade de espécies presentes

• Avaliação com valores numéricos (de 0 a 10)

• Valores de IBL correspondentes a uma de quatro classes

Índice biótico de lamas

(continuação)

Cristiano Silva Leal

Valor de IBL Classe Apreciação

8 a 10 Ilama estável e muito bem colonizada; excelente actividade biológica;

performance muito boa

6 a 7 IIlama estável e bem colonizada; actividade biológica em decadência;

boa performance

4 a 5 IIIdepuração biológica insuficiente no tanque de arejamento;

performance medíocre

0 a 3 IVdeficiente depuração biológica no tanque de arejamento,

baixa performance

Protozoários em lamas

activadas (flagelados)• Fusiformes

• Um só tipo de núcleo

• Reprodução assexuada por fissão binária

• locomoção por flagelos

Flagelado (peranema)

Protozoários em lamas activadas

(ciliados bacteriófagos)

• Constituem cerca de 70% da população de

protozoários em lamas activadas e dividem-se

quanto ao seu modo de nutrição e nicho

ecológico que colonizam

I. Nadadores

II. Sésseis

III. Móveis de fundo

• Possuem dois tipos de núcleo

• Cílios como apêndices de locomoção

Móvel de

fundo (Aspidisca)

Séssil (Vorticella)

Protozoários em lamas activadas

(ciliados bacteriófagos)

Séssil (Opercularia) Ciliado nadador(Paramecium)

Protozoários em lamas

activadas (ciliados carnívoros)• Ciliatura apenas na fase embrionária (excluindo

Shaerphoria)

• Possuem tentáculos que sugam outros protozoários

Ciliado carnívoro (Tokophorya)

Protozoários em lamas

activadas (amebas)• São protozoários sem parede celular, elevada flexibilidade

corporal e móveis por pseudópodes

• Algumas amebas possuem teca

Ameba com teca Ameba sem teca

Metazoários em lamas

activadas• Os metazoários podem ser considerados como tratando-se de

animais multicelulares que se alimentam essencialmente de

bactérias

• Os metazoários mais comuns são os rotíferos, os anelídeos e os

nemátodos

Rotífero(Monogononta)

Metazoários em lamas

activadas(continuação)

Nematoda

Anelídeo(Aelossoma )

Rotífero(Digononta)

Bactérias filamentosas

As bactérias filamentosas são organismos unicelulares que se

multiplicam por cissiparidade, ou fragmentação, permanecendo

na vizinhança umas das outras

Bactérias filamentosas

Thiothrix Nocardioformes

Microthrix parvicella Haliscomenobacter hydrossis

Caracterização das principais

filamentosas em lamas activadas• Reacção à coloração de Gram;

• Reacção à coloração de Neisser;

• Forma e localização do filamento em relação ao floco;

• Mobilidade;

• Presença de septos;

• Presença de bainha;

• Presença de organismos aderidos ao filamento;

• Presença intracelular de grânulos de enxofre;

• Forma e tamanho das células individuais;

• Características-chave.

Bactérias filamentosas

Espécie Comum em instalações de tratamento de efluentes

domésticos

Comum em instalações de tratamento de efluentes

Industriais

Sphaerotillus natans x

Haliscomenobacter hydrossis x x

Tipo 1701 x

Tipo 0041/0675 x

Tipo 021N x x

Microthrix parvicella x

Tipo 0092 x

Nocardia x x

Tipo 1851 x

Tipo 0914/0803 x

Tipo 0961 x

Tipo 8581 x

Tipo 1863 x

Nostocoida limicola x x

Thiothrix x x

Beggiatoa x x

Bactérias filamentosas em efluentes domésticos e industriais (adaptado de Spignoni 2001)

Thiothrix• Morfologicamente caracterizam-se por serem células quadradas a

rectangulares,

• crescimento estendendo-se a partir da superfície do floco, com

inclusões de enxofre e altamente refractivos.

• Geralmente Neisser negativo e Gram negativo, pode ser Gram

positivo na presença de substâncias sulfidicas

• Pode indicar fenómenos de bulking.

Nocardioformes

• Estrutura irregular

• Septação presente

• Os filamentos podem partir da superfície dos flocos ou estar

dispersos no líquido e com distinção de células

individualizadas.

• Carácter Gram positivo

• Neisser negativo, contudo, são comummente observados

grânulos Neisser positivos na zona intracelular

• Comuns em fenómenos de formação de espumas

(foaming).

Haliscomenobacter hydrossis

• Morfologicamente caracterizam-se por serem filamentos muito

finos, direitos ou inclinados que se estendem da superfície do

floco ou se encontram livres na solução

• Com bainha, pode ainda ser observado crescimento de

bactérias aderidas.

• Apresenta carácter Neisser negativo e Gram negativo.

Microthrix parvicella

• Morfologicamente caracterizam-se por serem

filamentos irregulares

• Sem ramificações, e apresentando grandes massas de

tricomas, sem ramificação e com distinção de células

individualizadas

• Os filamentos podem ter origem no interior do floco,

rodear o floco ou encontrarem-se livres no líquido

• Carácter Gram positivo e Neisser negativo, contudo,

são comummente observados grânulos Neisser positivos

na zona intracelular

• Comuns em fenómenos de bulking e foaming,

Organismos dominantes em

fenómenos de bulking

filamentoso

Causa provável Filamentosas indicativas

Baixo oxigénio dissolvido (para a carga

aplicada)

Tipo 1701, S. natans, H. hydrossis

Efluentes contendo águas sépticas (Sulfuretos) Thiothrix spp, Beggiatoa sp., Tipo 021N

Deficiência em nutrientes (N e/ou P) Thiothrix spp, Tipos 021N, 0041,0675

pH baixo(<6.0) M. parvicella, Nocardia ssp., H. hydrossis, Tipos

0041, 0675, 0092, 0581, 0961 e 0803, fungos

Bulking Filamentoso• redução da velocidade de sedimentação, e da compactação

das lamas, no decantador secundário, devido à proliferação de

determinados organismos filamentosos

• Carência de nutrientes específicos (azoto e fósforo)

• Carência de oxigénio

• Substâncias tóxicas no licor misto

Foaming Filamentoso• O fenómeno de foaming é caracterizado pela

produção de espumas no reactor /decantador

secundário

• O foaming é causado pelo crescimento excessivo de

bactérias filamentosas hidrofóbicas

• As espumas são acastanhadas persistentes e viscosas

• Concentração elevada de organismos filamentosos na

espuma face ao licor misto

• As espumas constituem uma barreira à transferência

de oxigénio

• Dificuldades de manutenção no sistema de lamas

activadas

• Degradação da qualidade do efluente tratado

Soluções para o bulking

filamentoso• Principais metodologias para eliminação de bactérias

filamentosas causadoras de bulking:

• Alteração das variáveis de operação para favorecer bactérias

formadoras de flocos: alteração da razão F:M, aumento da taxa

de arejamento e concentrações de substratos específicos ou

redução da idade das lamas ;

• Possível criação de zona dentro do reactor com funções de

selector;

• Adição de substâncias oxidantes (microbiocidas ou

microbiostáticas): compostos clorados (hipocloritos), peróxido de

hidrogénio ou ozonização;

• Adição de iões férricos (cloreto de ferro, etc.), carbonato de

cálcio ou polímeros orgânicos sintéticos e/ou catiónicos, de

acção coagulante e floculante.

Soluções para foaming

• Principais metodologias para eliminação de bactérias

filamentosas causadoras de foaming:

• Alteração das variáveis de operação: aumento da taxa de

recirculação das lamas, e/ou redução do caudal de

arejamento, pH e níveis de óleos e gorduras no efluente;

• Adição de cloro, sais de ferro ou agentes anti-espumantes;

• Concentração e eliminação da espuma no sistema (de modo

a impedir a recirculação da mesma e consequente

recontaminação do tanque de arejamento);

• Metodologia de tratamento depende do microrganismo

causador do problema: arejamento completo para eliminar

Microthrix parvicella, ou condições anaeróbias ou anóxicas

para eliminar Nocardia.

Obrigado pela atenção!