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).