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Biotecnologia no tratamento de efluentes: Biodigstores.

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Laina Cechinel

on 23 June 2015

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Transcript of Biotecnologia no tratamento de efluentes: Biodigstores.

Efluentes:
Lodo Ativado:
Efluentes Domésticos:
Efluentes Industriais:
É o lodo resultante de um processo de tratamento de esgoto destinado à destruição de poluentes orgânicos biodegradáveis presentes em águas residuárias, efluentes e esgotos. O processo se baseia na oxidação da matéria orgânica, por bactérias aeróbias, controladas pelo excesso de oxigênio em tanques de aeração.
Diandra Tadiotto, Kaique Araújo, Laina Cechinel e Micheli Rorigues.
Efluentes:
Tratamento de Efluentes:
Resíduos provenientes das indústrias, dos esgotos e das redes pluviais, que são lançados no meio ambiente, na forma de líquidos ou de gases. Ou seja, é qualquer líquido ou gás gerado nas diversas atividades humanas e que são descartados na natureza. Cada efluente possui característica própria inerente à sua procedência, podendo conter as mais variadas substâncias.


A potencialidade de toxicidade e os diversos pontos de geração na mesma unidade de processamento recomendam que os efluentes sejam caracterizados, quantificados, tratados e acondicionados, adequadamente, antes da disposição final no meio ambiente.
Biotecnologia no tratamento de efluentes: Biodigestores.
Tratamento Biológico
Aeróbio:

Anaeróbio:
Tipos de Tratamento de Efluentes:
Os efluentes domésticos ou esgotos sanitários são os dejetos produzidos na cozinha ou banheiro das casas, edifícios e indústrias, composto de 99,9% de água, e o restante de sólidos orgânicos e inorgânicos e de micro-organismos.
São os resíduos provenientes das indústrias e que são descartados na natureza. A composição dos efluentes industriais varia de acordo com o ramo de atividade exercida, podendo resultar em efluentes reutilizáveis ou em substâncias carregadas de produtos químicos, poluentes que devem ser tratados.
Microfauna do Lodo Ativado:
Bactérias:
É importante diferenciar basicamente 3 tipos: Bactérias em suspensão (bactérias livres), Bactérias formadoras de flocos e Bactérias filamentosas.

As bactérias livres
: Elas se multiplicam na fase líquida do sistema biológico sem associar-se ao aglomerado das bactérias formando o floco biológico, no entanto as bactérias livres podem prejudicar o processo de depuração dos efluentes pela elevada demanda de oxigênio que provocam.

As bactérias formadoras de flocos
: Têm a tendência de agregar se em grupos, formando desta maneira o floco biológico pesado e bem formado, o qual sedimenta com rapidez e pode ser removido do sistema (decantador secundário), a mais conhecida Zoogloea.


Etapas do Tratamento de Efluentes usando Lodo Ativado
1.2.
Desarenação
: Etapa na qual ocorre a remoção da areia por sedimentação. Os grãos de areia, devido às suas maiores dimensões e densidade, vão para o fundo do tanque, enquanto a matéria orgânica, de sedimentação bem mais lenta, permanece em suspensão, seguindo para as unidades seguintes. As finalidades básicas da remoção de areia são: evitar abrasão nos equipamentos e tubulações e facilitar o transporte do líquido, principalmente a transferência de lodo, em suas diversas fases.

2.

Tratamento Primário
:

2.1.
Floculação
: Consiste na adição de produtos químicos que promovem o agrupamento das partículas a serem removidas, tornando o peso especifico das mesmas maior que o da água, facilitando a decantação.

2.2.
Decantação Primária
: Separação sólido (lodo) – líquido (efluente bruto) por meio da sedimentação das partículas sólidas. Os efluentes fluem vagarosamente
através dos decantadores, permitindo que os sólidos em suspensão sedimentem gradualmente no fundo. Essa massa de sólidos, denominada lodo primário bruto, pode ser adensada no poço de lodo do decantador e enviada diretamente para a digestão ou ser enviada para os adensadores.
A Resolução CONAMA Nº. 430/2011 estabelece limites para lançamento de efluentes e a Portaria Nº. 518/2004 do Ministério da Saúde estabelece procedimentos e responsabilidades do controle e vigilância da qualidade da água para consumo humano.
Valo de Oxidação
: São unidades compactadas que concentra processos físicos químicos e biológicos. Conta com dispositivo de entrada, tanque de aeração e dispositivo de saída.
Lagoas de Estabilização
: Processo simples e natural para tratar esgotos domésticos usando Lagoas (Anaeróbia, Facultativa ou de Maturaçao).
Filtro Biológico (Leito Percolador)
: São unidades de tratamento de esgotos destinados a oxidação biológica da matéria orgânica remanescente de decantadores.
Biofiltro Aerado Submerso
: Sistema facultativo para a remoção biológica de Nitrogênio.
Lodos Ativados
: Sistema aeróbio para a degradação da matéria orgânica.
Lodo Ativado
Utiliza bactérias que necessitam de Oxigênio para sua respiração. No tratamento biológico aeróbio os microorganismos degradam as substâncias orgânicas, que são assimiladas como "alimento" e fonte de energia, mediante processos oxidativos.

Vantagens
: Maior rendimento, pois alcançam maiores taxas de remoção da matéria orgânica. Riscos reduzidos de emissões de odor e maior capacidade de absorver substâncias mais difíceis de serem degradadas.

Desvantagem
: Esse sistema necessita de área extensa para implantação.
Utiliza bactérias que não necessitam de Oxigênio para sua respiração. O processo anaeróbio converte parte da matéria orgânica em gás carbônico e metano, por isso também é recomendada a existência de queimadores de gases.
Vantagens
: . Mecanização reduzida, baixo consumo energético, geração de menor taxa de lodo residual, menor área para sua instalação e trata efluentes com altas concentrações de substâncias orgânicas.

Desvantagem
: Necessidade de temperatura relativamente alta e lenta taxa de crescimento das bactérias produtoras de metano.
Estação de Tratamento de Esgoto de Florianópolis.
Etapas do Tratamento de Efluentes usando Lodo Ativado

1. Tratamento Preliminar
:


1.1.
Gradeamento
: Etapa na qual ocorre a remoção de sólidos grosseiros, onde o material de dimensões maiores do que oespaçamento entre as barras é retido. Há grades que têm pôr objetivo reter o material sólido grosseiro em suspensão no efluente. As principais finalidades do gradeamento são: proteção dos dispositivos de transporte dos efluentes (bombas e tubulações); proteção das unidades de tratamento subseqüentes e proteção dos corpos receptores.
Etapas do Tratamento de Efluentes usando Lodo Ativado
3.

Tratamento Secundário
:

3.1.
Tanque de Aeração
: Tanque no qual a remoção da matéria orgânica é efetuada por reações bioquímicas, realizadas por microrganismos aeróbios. A base de todo o processo biológico é o contato efetivo entre esses organismos e o material orgânico contido nos efluentes, de tal forma que esse possa ser utilizado como alimento pelos microrganismos.
Os microrganismos convertem a matéria orgânica em gás carbônico, água e material celular (crescimento e reprodução dos microrganismos).

3.2.
Decantação Secundária e Retorno do Lodo
: Separação dos sólidos em suspensão, permitindo a saída de um efluente clarificado, e pela sedimentação dos sólidos em suspensão no fundo do decantador, permitindo o retorno do lodo em concentração mais elevada. O efluente do tanque de aeração é submetido à decantação, onde o lodo ativado é separado, voltando para o tanque de aeração. O efluente líquido oriundo do decantador secundário pode ser descartado diretamente para o corpo
receptor.

Etapas do Tratamento de Efluentes usando Lodo Ativado
3.3.
Elevatória do Lodo Excedente - Descarte do Lodo:
Etapa em que acontece o descarte do lodo excedente. Os sólidos suspensos, lodo produzido diariamente correspondente à reprodução das células que se alimentam do substrato, devem ser descartados do sistema para que este permaneça em equilíbrio (produção de sólidos = descarte de sólidos). O lodo excedente extraído do sistema é dirigido para a seção de tratamento de lodo.

4. Tratamento do Lodo
:

4.1.
Adensamento do Lodo
: Etapa em que acontece a redução do volume do lodo. Esta etapa ocorre nos Adensadores e nos Flotadores. Desta forma, as unidades subseqüentes, beneficiam-se desta redução.

4.2.
Digestão Anaeróbia
: Etapa na qual ocorre a estabilização de substâncias instáveis e da matéria orgânica presente no lodo fresco. A digestão é realizada com as seguintes finalidades: destruir ou reduzir os microrganismos patogênicos, estabilizar as substâncias instáveis e matéria orgânica presentes no lodo fresco e reduzir o volume do lodo. A estabilização de substâncias instáveis e da matéria orgânica presente no lodo fresco também pode ser
realizada através da adição de produtos químicos.
Etapas do Tratamento de Efluentes usando Lodo Ativado
4.3.
Condicionamento Químico do Lodo
: Etapa na qual ocorre a estabilização do lodo pelo uso de produtos químicos tais como: cloreto férrico, cal, sulfato de alumínio e polímeros orgânicos.

4.4.
Desidratação do lodo
: Etapa na qual é feita a remoção de umidade do lodo, com o uso de equipamentos tais como: centrífuga, filtro prensa ou belt press.

4.5.
Secagem do lodo
: Secagem do lodo, com o uso de secador térmico. A secagem térmica do Lodo é um processo de redução de umidade através de evaporação de água para a atmosfera com a aplicação de energia térmica, podendo-se obter teores de sólidos da ordem de 90 a 95%.

5. Destino do Lodo:
Uma das alternativas de destinação final do lodo residual é o uso como insumo na indústria cimenteira.




Etapas do Tratamento de Efluentes usando Lodo Ativado
Dos quatro grupos de organismos comumente encontrados em sistemas biológicos aerados, as bactérias são os principais agentes de remoção da poluição dissolvida nos efluentes líquidos. Tratam-se de organismos unicelulares microscópicos com tamanho de 0,5; 6,0 mm. Elas são os verdadeiros trabalhadores no processo de lodos ativados, somando aproximadamente 95% dos sólidos numa ETE de lodos ativados.


Bactérias adsorvem os sólidos suspensos e dissolvidos do efluente e produzem enzimas que degradam estas substâncias em fragmentos que possam ser assimilados pelas células. Estes fragmentos finalmente são absorvidos pelas células e servem como nutrientes para promover o crescimento das bactérias.

Bactérias filamentosas:
São freqüentemente responsáveis pela má formação do floco biológico. A determinação da quantidade e do tipo de bactérias filamentosas é importante para reconhecer a causa da disfunção. cabe uma reflexão sobre a utilidade do processo convencional de lodos ativados, no qual a quantidade das bactérias filamentosas precisa ser mantida em limites bastante estreitos.
Microfauna do Lodo Ativado:
Protozoários
: A função mais importante deles é a clarificação do sobrenadante. Os organismos alimentam se principalmente das bactérias livres e de fragmento de flocos, ambos causando turbidez porque não sedimentam no decantador secundário.

Amebas
: A ingestão de partículas de alimento é um processo muito lento, onde o animal se movimenta em direção à partícula e a cerca fluindo ao seu redor. Finalmente, ingere o alimento através de processos de fagocitose.

Flagelados
: Ocorrem em duas formas, contendo ou não cloroplastos. No primeiro caso, eles são atribuídos ao reino das plantas. Não são encontrados com freqüência nos lodos ativados. A segunda classe pertence ao reino dos animais e se alimenta principalmente de nutrientes dissolvidos no efluente. Algumas espécies, porém ingerem alimentos particulados (algas e bactérias). Eles são encontrados em efluentes de elevado teor de nutrientes (F/M elevado), freqüentemente no início do processo de lodos ativados onde competem com as bactérias livres pelos substratos orgânicos contidos na água.




Microfauna do Lodo Ativado:
Microfauna do Lodo Ativado:
Microfauna do Lodo Ativado:
Ciliados
: Eles são caracterizados pela grande quantidade de cílios que cobrem todo o corpo do organismo e tem como função a propulsão dos organismos e o transporte dos alimentos em forma de partículas para a área bucal dos animais.








Micrometazoários
: A complexidade de sua estrutura celular os deixa mais suscetíveis a impactos ambientais, sendo estes os indicadores de efluentes estabilizados e com baixa toxicidade. Representantes deste grupo são os rotíferos, nematóides, Aelosoma, tardígrades e até algumas espécies de microcrustáceas.




Microrganismos indicadores das condições de depuração
Predominância de algumas bactérias
Biodigestor Anaeróbio
Biodigestor anaeróbico é um equipamento usado para o processamento de matéria orgânica, como, por exemplo, fezes e urina, entranhas de animais descartadas em frigoríficos e sobras vegetais da produção agrícola.

Durante o processo, a matéria orgânica contida nele é digerida pelas bactérias, que atuam na falta de oxigênio.

Biodigestor Anaeróbio
A nível bacteriano, a biodigestão anaeróbia acontece em 4 etapas:


Hidrólise
: as ligações moleculares complexas (polímeros) como carboidratos, proteínas e gorduras, são quebradas por enzimas em um processo bioquímico liberadas por um grupo específico de bactérias e dão origem à compostos orgânicos simples


Acidogênese
: as substâncias resultantes da hidrólise são transformadas por bactérias fermentativas em ácido propanóico, ácido butanóico, ácido láctico e alcoóis, assim como hidrogênio e gás carbônico.

Biodigestor Anaeróbio

Acetogênese
: As bactérias acetogênicas são responsáveis pela oxidação dos produtos gerados na fase acidogênica em substrato apropriado para as bactérias metanogênicas. Os produtos gerados pelas bactérias acetogênicas são o hidrogênio, o dióxido de carbono e o acetato.


Metanogênese
: A etapa final no processo global de degradação anaeróbia de compostos orgânicos em metano e dióxido de carbono é efetuada pelas bactérias metanogênicas através de duas reações como mostrado abaixo:






As metanogênicas utilizam somente um limitado número de substratos, compreendendo ácido acético, hidrogênio /dióxido de carbono, ácido fórmico, metanol, metilaminas e monóxido de carbono.
Nas três primeiras fases as
bactérias que se destacam
são:

Archeo-bacter
Suphovibryum
Thiobacius sulphuricans
Acetobacter
Metaníferas.

O Biodigestor anaeróbico produz 2 produtos:


BIOGÁS
BIOFERTILIZANTES








Biodigestor Anaeróbio
Biogás
O biogás é o gás proveniente da decomposição da matéria orgânica. Pode ser usado para gerar energia de várias formas: Energia térmica, mecânica ou luminosa.

• Para geração de calor pode-se usar o biogás em fogões a gás ou queimadores, que necessitam apenas de uma adaptação no diâmetro dos orifícios de descarga do gás uma vez que a pressão pode ser menor.

• Para geração de energia mecânica o biogás é usado em motores de combustão interna.

• Para iluminação o biogás pode ser usado em lampiões, ou em sistemas de iluminação a gás que utilizam o gás natural canalizado.

Composição média do Biogás
Condições ideais para a produção de Biogás
Inexistência de Ar
: O oxigênio (O2) do ar é letal para as bactérias anaeróbicas.

T
emperatura
: ideal entre 30 e 40º.

Controle de pH
: ideal entre 6,6 e 7,4.

Nutrientes
: A presença de alguns macronutrientes (carbono, nitrogênio, potássio, fósforo e enxofre) e de alguns micronutrientes (sais minerais, vitaminas e aminoácidos) são fundamentais ao desenvolvimento das bactérias.

Biofertilizantes
Biofertilizante é o subproduto da biodigestão.

Sob forma líquida, o biofertilizante contém uma complexa composição de nutrientes essenciais às plantas (principalmente nitrogênio e fósforo), atuando como fertilizante e também como defensivo agrícola, erradicando pragas, doenças e insetos.

A aplicação do biofertilizante nas plantações favorece a multiplicação de micro-organismos, proporcionando saúde e vida ao solo.

Estudo de Caso
Estudo de Caso
Relata o uso de bacteriófagos (fagos líticos), como método para a redução de número de unidades formadoras de colônias (UFC) de bactérias potencialmente patogênicas para os seres humanos e presentes em estações de tratamento de esgotos (ETE), com o objetivo de minimizar possíveis processos de mortalidade causadas por essas mesmas bactérias quando da utilização da água para consumo.

Seleção de Fagos
: Suspensões contendo material bruto de diferentes ETEs foram coletados em condições de assepsia, filtradas, e o sobrenadante refrigerado.

Bactéria Patogênica lisada
: Staphylococcus aureus.


Estudo de Caso
Obtenção de fago lítico mutante obrigatório:
Para isto, uma suspensão bacteriana contendo Staphylococcus aureus, com um bacteriófago em seu interior, foi submetida ao tratamento.

Utilização do fago lítico mutante obrigatório no controle de células bacterianas específicas
: Suspensões fágicas, mutantes e não mutantes, obtidas como descrito anteriormente, foram separadamente, adicionadas em culturas contendo Staphylococcus aureus.

Resultados e Discussão
: O estudo comprovou a eficiência dos fagos no controle de UFC de Staphylococcus aureus.


Estudo de Caso
Referências Bibliográficas
ANGEHRN, M. Ultraviolet disinfection of water. Aqua, 1984, n.2, p. 109- 115.

BORSOI, Z.; CAMISÃO, M. L.; LANARI, N.; TORRES, S.; GOMES, S. M. Tratamento de Esgoto: Tecnologias Acessíveis. Informe infraestrutura. Área de projetos de infra- estrutura, n.16, nov. 1997.

COSTA, A. J. F. Saneamento ambiental. Disponível em: <http:// federativo.bndes.gov.br/dicas/

JORDÃO, E. P.; PÊSSOA, C. A. Tratamento de Esgoto Doméstico. 3ªed. Rio de Janeiro: ABES, 1995.

LEWIN, B. Genes. 3.ed. New York: John Wiley & Sons, Inc,1987. p. 269-291.

LINSLEY, R.K.; FRANZINI, J.B. Engenharia de recursos hídricos. São Paulo: McGraw-Hill, 1978. 798p


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