Bactérias

A presença de bactérias em sistemas de tratamento por lamas ativadas é determinante no tratamento biológico de águas residuais. As bactérias são seres procarióticas, reproduzem-se principalmente por fissão binária e o tamanho das células varia, geralmente, entre 0.3 e 2 µm [24]. De acordo com as suas necessidades metabólicas, as bactérias podem decompor uma variedade de compostos presentes no efluente, como se pode constatar pelo descrito anteriormente.

Em sistemas de tratamento biológico por lamas ativadas as populações bacterianas podem estar sobre a forma de bactérias dispersas, bactérias formadoras de flocos e bactérias filamentosas [23].

As bactérias são organismos responsáveis pela formação dos flocos no sistema de tratamento por lamas ativadas. Os flocos formados são compostos por agregados de microrganismos e de partículas orgânicas e inorgânicas. Os organismos que estão presentes nos flocos são principalmente bactérias, algumas das quais têm capacidade de formar flocos, como por exemplo as bactérias pertencentes aos géneros Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Citromonas, Flavobacterium, Pseudomonas e Zooglea. As bactérias filamentosas estão também presentes, sendo importantes na manutenção da estrutura do floco. As bactérias formadoras de flocos segregam compostos extracelulares específicos, após decomposição de substâncias orgânicas, constituindo o glicocálice. Deste modo, verifica-se um aumento da viscosidade da água, auxiliando a atividade das enzimas extracelulares e a aglomeração das bactérias a superfícies orgânicas ou inorgânicas. Este processo pode ser designado por biofloculação. Portanto, a floculação baseia-se na agregação de partículas com dimensões e pesos específicos que permitem a sua separação da fase líquida por sedimentação. Assim, a formação de um floco em sistemas de lamas ativadas engloba a floculação de bactérias, formando agregados de organismos que podem incluir também compostos inorgânicos e a constituição de um “esqueleto filamentoso” que permite o aumento da dimensão do floco e a resistência às agressões mecânicas [23][25]. A eficiência do tratamento

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secundário é, assim determinada pela formação adequada de flocos, possibilitando a separação das lamas biológicas da fase líquida, obtendo-se um efluente final clarificado. As bactérias filamentosas reproduzem-se por divisão binária, em que as células formadas permanecem próximas umas das outras originando os filamentos [26].

São vários os parâmetros que podem afetar a atividade das bactérias no interior de um reator biológico, como por exemplo o pH, temperatura e a concentração de oxigénio dissolvido no meio. Um outro parâmetro é a razão A/M (alimento/microrganismo), que para valores altos os organismos não floculam, podendo haver problemas na sedimentação das lamas, e para valores baixos, o substrato é limitado, ocorrendo a oxidação total da matéria orgânica, produzindo-se lamas com boas características para sedimentação no decantador secundário [27].

Portanto, o conhecimento da relação entre parâmetros do processo e as características das bactérias em sistemas de lamas ativadas é uma ferramenta essencial para um controlo mais adequado sobre o sistema.

2.3.1.1. Disfunções em sistemas de lamas ativadas provocadas por bactérias filamentosas

O bom desempenho de um processo de tratamento por lamas ativadas é limitado pela capacidade de separação e concentração das lamas biológicas do efluente tratado no decantador secundário. As propriedades físicas dos flocos das lamas ativadas são determinantes na compactação e sedimentação das lamas. Como constatado anteriormente, as bactérias filamentosas são organismos indispensáveis à formação dos flocos no sistema, visto que formam um “esqueleto” rígido, o qual os restantes organismos aderem a essa estrutura. Se as bactérias filamentosas forem em número insuficiente, os flocos podem-se romper em agregados mais pequenos devido, por exemplo, à turbulência no sistema resultante do arejamento, verificando-se uma menor capacidade de sedimentação das lamas [28]. Por outro lado, se os organismos filamentosos aparecerem em número excessivo, podem provocar problemas no desempenho do sistema, como o bulking filamentoso e o foaming filamentoso [23].

Existe uma variedade de disfunções que podem ocorrer num sistema de lamas ativadas, nomeadamente ao nível da separação das fases sólida e líquida, para além das

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referidas anteriormente, como o bulking não filamentoso, os flocos pin-point, o crescimento disperso, entre outros [29]. Os problemas mais usuais nos sistemas de sedimentação das lamas biológicas resultam do excessivo crescimento de bactérias filamentosas, produzindo-se efluentes de baixa qualidade [23].

Portanto, um dos problemas associados ao crescimento excessivo de bactérias filamentosas nos sistemas de tratamento é o bulking filamentoso. O crescimento excessivo destes organismos pode provocar a formação de pontes entre flocos ou a produção de flocos em malha larga. Nestas duas situações ocorrem problemas na sedimentação das lamas. Os organismos filamentosos que podem provocar este tipo de disfunções são variados, e torna-se necessário conhecer as características de cada um de modo a detetar as causas do seu desenvolvimento [30]. A deteção do fenómeno de bulking pode ser realizada pela análise do Índice Volumétrico de Lamas e pela observação microscópica dos organismos filamentosos presentes nas lamas ativadas [23].

Um outro problema que pode ocorrer nos sistemas de lamas ativadas é o fenómeno de foaming filamentoso. Este deve-se à proliferação de bactérias filamentosas, como a Microthrix parvicella e os nocardioformes, e manifesta-se na formação de uma espuma persistente, de cor castanha e viscosa sobre a superfície do reator biológico e, posteriormente, sobre o decantador secundário [30]. Verificando-se no reator biológico condições favoráveis ao crescimento de organismos filamentosos, estes vão flutuar no reator e no decantador secundário, e sendo estes organismos hidrófobos e a ocorrência de perda de água por evaporação na superfície dos sistemas, levará a que se forme uma camada de espumas rígidas [23]. Microthrix parvicella é o organismo responsável pelo fenómeno de foaming filamentoso mais comum na Europa.

São várias as bactérias filamentosas que podem provocar problemas na sedimentação das lamas biológicas em sistemas de lamas ativadas devido ao seu crescimento excessivo. Estes organismos distinguem-se entre si pelas diferentes necessidades de substrato e de nutrientes, como também da capacidade metabólica de cada um. De modo a se identificar as causas destes problemas através da identificação dos organismos presentes nos sistemas é indispensável o conhecimento das características morfológicas de cada um [30]. Na tabela seguinte, estão representados alguns dos tipos de organismos e as causas relacionadas com o seu crescimento excessivo.

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Tabela 1 - Tipos de organismos e as causas relacionadas com o seu crescimento excessivo em sistemas de lamas ativadas. Adaptado de [11].

Espécies Causas do seu desenvolvimento

Halsicomenobacter hydrossis Microthrix parvicella

Tipo 1701 Sphaerotilus natans

Baixa concentração de oxigénio dissolvido Microthrix parvicella Tipo 0041 Tipo 0092 Tipo 0675 Tipo 1851 Baixa A/M Sphaerotilus natans Thiothrix sp. Tipo 021N Halsicomenobacter hydrossis Tipo 0041 Tipo 675 Carência de nutrientes Fungos Baixo pH

2.3.1.2. Metodologias de análise de bactérias filamentosas

A identificação de bactérias filamentosas em sistemas de tratamento biológico por lamas ativadas é usualmente realizada a partir das características morfológicas e na resposta a técnicas de coloração [23].

Existem várias técnicas de coloração aplicadas como a coloração de Gram, coloração de Neisser, o teste S, o teste de tinta-da-china, entre outros.

A análise microscópica de características morfológicas dos diferentes organismos filamentosos baseia-se na análise da presença ou ausência de ramificações, na mobilidade, na forma do filamento (direito, em ramalhete, enrolado, levemente curvo e dobrado), na localização do filamento (interna, externa e livre relativamente ao floco), na existência ou não de crescimento de bactérias sésseis, na existência ou ausência de bainha, nas formas das células, que podem ser quadradas, retangulares, em forma de bastonete, discoides ou em barril, na identificação de indentação ao septo e na presença de inclusões [30].

A partir da observação microscópica também é possível determinar qualitativamente a abundância das bactérias filamentosas no sistema de tratamento,

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através da atribuição de categorias propostas por Jenkins et al., (2004) [29]. Este método consiste na visualização de um conjunto de flocos de uma amostra do licor misto, e na posterior atribuição de uma categoria mediante o número de filamentos presentes em cada floco observado.

A identificação de bactérias filamentosas através da análise microscópica tem algumas limitações, como a exigência de um técnico com experiência sobre a identificação das diferentes bactérias filamentosas e o facto de, por vezes, haver alterações morfológicas em alguns organismos filamentosos em determinadas condições ambientais [27].