FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE EDIFICAÇÕES E
AMBIENTAL
ESTUDO SOBRE O CONTROLE DO INTUMESCIMENTO FILAMENTOSO, UTILIZANDO CLORO EM LODOS ATIVADOS DE INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA
ANELISE ALMEIDA YANO
Cuiabá, MT Setembro de 2012
ANELISE ALMEIDA YANO
ESTUDO SOBRE O CONTROLE DO INTUMESCIMENTO FILAMENTOSO, UTILIZANDO CLORO EM LODOS ATIVADOS DE INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA
Dissertação apresentada junto ao Programa de Pós- Graduação em Engenharia de Edificações e Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso, como requisito à obtenção do título de Mestre.
Área de concentração:
Tecnologia Ambiental Orientador:
Prof. Dr. Luiz Airton Gomes
Cuiabá, MT Setembro de 2012
Dados Internacionais de Catalogação na Fonte
Catalogação na fonte: Maurício S. de Oliveira CRB/1-1860.
Y24e Yano, Anelise Almeida
Estudo sobre o controle do intumescimento filamentoso, utilizando cloro em lodos ativados de indústria alimentícia / Anelise Almeida Yano. – Cuiabá, 2012.
xv, 86 f. ; 30 cm (incluem figuras e tabelas) Orientador: Luiz Airton Gomes
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Mato Grosso, Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Edificações e Ambiental, Cuiabá, 2012.
Bibliografia: f. 80-86
1. Lodo filamentoso – controle. 2. Bactérias tipo 0675 - Thiothrix. 3.
Efluente industrial. I. Título.
CDU 628.336
Dedico aos meus queridos e amados pais e à minha irmã por toda a força, apoio e compreensão. Quero que sintam orgulho de mim todos os dias. Amo vocês.
Primeiramente à Deus. Sei que estive afastada durante um tempo, mas tenho certeza que sempre esteve ao meu lado Pai. O que eu chamava de “sorte” certamente era o Senhor me avisando que nunca me abandonou.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Luiz Airton Gomes, por todos os seus ensinamentos, conselhos, auxílios e paciência a mim cedidos nessa longa caminhada.
Às Professoras Dra. Danila Soares Caixeta, Dra. Denise Maria Fortes Villas Bôas e Dra.
Gersina Nobre da Rocha Carmo Júnior, pelo aceite dos convites para participação na banca examinadora, por suas contribuições e pelo enriquecimento deste trabalho.
Aos meus pais, Soeli e Katsuhiko, por simplesmente tudo. Pelo amor, pela confiança, pelo apoio, pela dedicação, pela paciência, pelo investimento e por tudo mais que os pais se superam para fazer pelos filhos. Eu faço tudo para e por vocês.
À minha irmã Rafaela, pela força e pelas palavras de conforto. A distância fez com que o nosso amor e nossa amizade só aumentassem.
À minha tia Marisa o meu muito obrigado por tudo em todos esses anos, com certeza as coisas seriam difíceis sem sua ajuda. Te considero minha segunda mãe.
À minha família Almeida e minha família Yano por todo carinho transmitido de longe.
À minha amiga Sonia Maria Ribas por todo seu apoio, incentivo, conselhos e sua amizade desde a graduação.
À minha prima e irmã Danielli de Almeida Santos pelas palavras de carinho e correção do texto.
Às minhas mais que colegas de mestrado, amigas, Marcele Garbini, Karina Colet e Luciana Nascimento, por nossos almoços mensais para o compartilhamento de dificuldades, dúvidas ou simplesmente jogar conversa fora.
última.
Ao Prof. Msc. Welitom Ttatom pelo suporte e opiniões valiosíssimas ao longo do trabalho.
Ao Ricardo Carneiro, Wagner Pádua, Leandro Favaro, Ney Silva e ao Joseandro Trindade pela ajuda, suporte e colaboração.
A todos meus amigos pelo carinho, pelos ombros e pelos ouvidos, principalmente à Leydjane Santana, Aline Rodrigues e Vitor Rodella pelo tempo cedido para auxílio nas coletas e análise de dados.
Aos técnicos do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental pelo auxílio com as análises laboratoriais, especialmente à minha querida Rossean.
À Profª. Dra. Zoraidy Marques de Lima por toda ajuda cedida com materiais e consultas.
Aos Professores do PPGEEA pelos ensinamentos e pela força cedidos.
À Coordenadoria de Aperfeiçoamento Pessoal de Nível Superior – CAPES, pela concessão da bolsa.
Enfim por todos aqueles que colaboraram de forma direta e indireta para esse trabalho.
Certamente não fazemos nada sozinho.
“A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará ao seu tamanho original.”
Albert Einstein
YANO, A. A. Estudo sobre o controle do intumescimento filamentoso, utilizando cloro em lodos ativados de indústria alimentícia. Cuiabá – MT, 2012 86p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Edificações e Ambiental) – Universidade Federal de Mato Grosso.
A indústria alimentícia é crescente em todo o cenário mundial e o Brasil é um dos líderes em criação, produção e exportação de alimentos industrializados, sendo a carne bovina seu principal produto. Há vários processos de tratamento de esgoto urbano e industrial, e o mais comum é o de lodos ativados. Dentre os principais problemas operacionais, tem-se o controle do pH, do oxigênio dissolvido, do volume do lodo, do tempo de detenção hidráulica e do crescimento excessivo dos micro-organismos filamentosos. O presente trabalho tem o objetivo de estudar os efeitos iniciais de dosagem de cloro como medida de controle do intumescimento do lodo em escala de bancada, utilizando o teste de jarros em um efluente de indústria alimentícia. O efluente tratado apresentou eficiência de remoção de 97% para DBO5, 97% para DQO, 90% para nitrogênio, 94% de fósforo, 89% para óleos e graxas e 91% para sólidos em suspensão totais. Apesar dos bons resultados encontrados, foram identificadas as bactérias do Tipo 0675 e Thiothrix I. Em um primeiro momento foram testadas dosagens no lodo de recirculação com hipoclorito de sódio de 125 g.L-1 de cloro ativo. A concentração de 25 mg.L-1 surtiu efeito positivo após 1h de sedimentação, quebrando os filamentos.
Posteriormente foram testadas concentrações de 20 a 27 mg.L-1, relacionando-as aos sólidos em suspensão total da recirculação e sólidos sedimentáveis de 1h. A concentração com efeito positivo foi a de 25 mg.L-1, os sólidos em suspensão total da recirculação apresentou valores médios de 4933 mg.L-1 e os sólidos sedimentáveis para esta concentração foram de 947 ml.L-1 sendo que o controle foi de 943 ml.L-1. Esse resultado auxiliou na sedimentação do lodo, porém afetou as atividades dos demais micro-organismos. Concluiu-se que, neste caso, outras alternativas de controle devem ser utilizadas, uma vez que o agente inibidor do intumescimento não deve prejudicar a microfauna do sistema. Possivelmente, o fato de somente altas dosagens surtirem efeito sobre as bactérias se deve à presença de bainha que funciona como uma capa protetora nos filamentos contra agentes externos nessas espécies de bactérias.
Palavras-chave: Controle do lodo filamentoso, bactérias Tipo 0675 e Thiothrix I, efluente industrial.
YANO, A. A. Study on control of activated sludge bulking using chlorine in food industry. Cuiabá – MT, 2012 86p. Master’s Dissertation (Master in Building Environmental Engineering) - Federal University of Mato Grosso.
The food industry is growing in the world and the Brazil is a leader in the creation, production and export of processed foods, with the beef being the main product. There are various processes for treating urban and industrial sewage, the most common being the activated sludge. Among the major operational problems, it appears the control of pH, dissolved oxygen, the volume of sludge, the hydraulic retention time and the excessive growth of filamentous micro-organisms. The present work aims to study the initial effects of dosage of chlorine as a control of the bulking in bench scale using jar-test in the food industry effluent.
The treated effluent showed removal efficiency of 97% for BOD5, 97% for COD, 90% for nitrogen, 94% for phosphorous, 89% for oils and greases and 91% for total suspended solids.
Despite the good results founds, they were identified the bacteria Thiothrix I and Type 0675.
In the first phase doses were tested in the return sludge with sodium hypochlorite of 125 g.L-1 of active chlorine. Concentration of 25 mg.L-1 presented a positive effect after 1h of sedimentation, breaking the filaments. In the second phase, tested concentrations were of 20 to 27 mg.L-1 relating them to the total suspended solids and settled volume at 1 h. The concentration with the positive effect was 25 mg.L-1, the total suspended solids of return sludge presented values of 4933 mg.L-1 and the settled volume for this concentration was 947 ml.L-1 whereas the control was 943 ml.L-1. This result helped sedimentation of sludge, but has affected the activities of other micro-organisms. It is concluded that in this case, other control alternatives should be used, the inhibitory agent should not affect the microfauna system. A possible explanation for that the only high doses gave positive effect on the bacteria could be due to the presence of sheath, that acts as a protective cover against external it appears agents in this species of bacteria.
Keyworld: Control of bulking, bacteria Type 0675 and Thiothrix I, industrial effluent.
Figura 1 – Esquema prático do Processo de Lodos Ativados... 21
Figura 2 – Esquema da degradação da matéria orgânica... 22
Figura 3 – Esquema básico do histórico dos Lodos Ativados ... 23
Figura 4 – Aeração superficial. ETE Dom Aquino, Cuiabá – MT. ... 29
Figura 5 – Esquema de funcionamento de aeração por ar difuso. ... 29
Figura 6 – Floco Ideal. Microfotografia de contraste de fase (100x). ... 33
Figura 7 – Floco Pint-Point. ... 34
Figura 8 – Floco Intumescido. Microfotografia de contraste de fase: (a) amostra fresca (100x) e (b) amostra fixada e corada (1000x). ... 34
Figura 9 – Presença de fungos em lodos ativados, 100x. ... 35
Figura 10 – Ciliados pedunculados coloniais. ... 36
Figura 11 – (a) Euglypha alveolata. (b) Arcella discoides, (b2). vista superior. ... 37
Figura 12 – Rotífero. ... 37
Figura 13 – Tardígrada ... 38
Figura 14 – Curva de crescimento bacteriano em cultura pura. ... 40
Figura 15 – Diagrama de predominância relativa. ... 41
Figura 16 – Sistema antigo de tratamento do efluente por lagoas de estabilização. ... 52
Figura 17 – Sistema antigo do tratamento do efluente com lodos ativados tratando a linha vermelha e as lagoas de estabilização tratando a linha verde. ... 53
Figura 18 – Esquema prático do funcionamento do sistema de tratamento de efluente. ... 54
Figura 19 – Pontos de coleta utilizados para caracterização do efluente. ... 58
Figura 20 – Esquema dos testes com dosagens de cloro em Jar Test. ... 62
Figura 21 – Testes com hipoclorito de sódio em escala de bancada na fase in loco. ... 63
Figura 22 – Testes com hipoclorito de sódio em escala de bancada na fase em laboratório. .. 64
Figura 23 – Sedimentação das amostras. ... 65
Figura 24 – Médias de DBO de entrada (P1) e saída (P3) e eficácia de remoção de 2010 a 2012 (Jan. a Jun.). ... 68
Figura 25 – Médias de DQO de entrada (P1) e saída (P3) e eficácia de remoção de 2010 a 2012 (Jan. a Jun.). ... 68
Figura 26 – Médias de NKT de entrada (P1) e saída (P3) e eficácia de remoção de 2010 a 2012 (Jan. a Jun.). ... 68
Figura 27 – Médias de P de entrada (P1) e saída (P3) e eficácia de remoção de 2010 a 2012 (Jan. a Jun.). ... 68
Figura 28 – Médias de OG de entrada (P1) e saída (P3) e eficácia de remoção de 2010 a 2012 (Jan. a Jun.) ... 68
Figura 29 – Médias de SST de entrada (P1) e saída (P3) e eficácia de remoção de 2010 a 2012 (Jan. a Jun.). ... 68
Figura 30 – Micro-organismos identificados: a) Vorticella sp. (400x); b) Euglypha sp. (400x); c) Arcella sp. (200x); d) Centropyxix sp. (200x); e) Tokophrya sp. (200x); f) Espiroqueta (400x). ... 70
Figura 31 – Microscopia de campo claro, 200x: a) Tipo 0675 e b) Thiothrix I. ... 71
Coloração Gram positivo: Tipo 0675; b) Coloração Gram negativo: Thiothrix I; c) Coloração PHB, grânulos visíveis. ... 72 Figura 33 – Observações microscópicas de campo claro do efeito do cloro (25 mg.L-1)
sobre as bactérias filamentosas: a) controle (200x); b) após o tempo de contato, ao centro ciliado fixo em atividade (400x); c) após 30 minutos (200x); d) após 1 hora, filamentos quebrados (400x). ... 74 Figura 34 – Média dos Sólidos Sedimentáveis após de decorrido 1 hora do início do teste e
média dos SST da recirculação do lodo. ... 75 Figura 35 – Visualização em microscópio de campo claro da bainha em cristal violeta
(1000x). ... 76
Tabela 1 – Interpretação do resultado do IVL. ... 26
Tabela 2 – Variantes do processo de lodos ativados em função da idade do lodo. ... 27
Tabela 3 – Gêneros mais frequentes em sistemas de lodos ativados... 31
Tabela 4 – Principais gêneros de algas encontradas em lodos ativados. ... 34
Tabela 5 – Características morfológicas das bactérias filamentosas a serem observadas na identificação. ... 43
(Continua) ... 43
Tabela 5 – Características morfológicas das bactérias filamentosas a serem observadas na identificação. ... 44
(Conclusão) ... 44
Tabela 6 – Bactérias filamentosas e possíveis causas. ... 46
Tabela 7 – Eficiência de remoção do flotador de aves em 2012 ... 55
Tabela 8 – Eficiência de remoção do flotador de bovinos. ... 56
Tabela 9 – Eficiência de remoção do flotador da linha verde ... 56
Tabela 10 – Metodologia empregada e respectivos autores/manuais... 57
Tabela 11 – Concentrações de cloro e massa de hipoclorito de sódio em Jar Test testadas na fase in loco ... 63
Tabela 12 – Testes com concentrações de cloro e dosagem de hipoclorito de sódio em Jar Test 2ª fase ... 64
Tabelas 13 – Variáveis físico-químicas de entrada (P1) e saída (P3). ... 66
Tabela 14 – Comparativo das variáveis do experimento às de projeto e de variantes do processo de lodos ativados. ... 67
Tabelas 15 – Variáveis físico-químicas de entrada (P1) e saída (P3) 2012. ... 67
Tabela 16 – Características observadas nos filamentos... 71
Quadro 1 – Principais organismos filamentosos em lodos ativados. ... 42
AHA Ácidos haloacéticos
DBO5 Demanda Bioquímica de Oxigênio 5 dias
DP Decantador Primário
DQO Demanda Química de Oxigênio
DS Decantador Secundário
ETA Estação de Tratamento de Água ETE Estação de Tratamento de Efluente
IL Idade do Lodo
IVL Índice Volumétrico do Lodo
LV Linha Vermelha
LVd Linha Verde
MO Matéria Orgânica
OD Oxigênio Dissolvido
OG Óleos e Graxas
PHB Poli-β-hidroxibutirato RELAÇÃO A/M
(F/M)
Relação Alimento/Micro-organismo (Food/Microrganism)
RL Retorno do Lodo
SR Sedgwick Rafter
SSed Sólidos Sedimentáveis
SST Sólidos em Suspensão Totais SSV Sólidos em Suspensão Voláteis
TA Tanque de Aeração
TDH Tempo de Detenção Hidráulica
THM Trihalometanos
UASB Upflow Anaerobic Sludge. Blanket
Cl2 Cloro
S0 Concentração de DBO no afluente
Xta Concentração de sólidos em suspensão voláteis no tanque de aeração Xrl Concentração de sólidos no retorno do lodo
d Dia
CO2 Dióxido de carbono
P Fósforo
NaClO Hipoclorito de sódio θc Idade do lodo N Nitrogênio
NKT Nitrogênio de Kjeldahl Total O2 Oxigênio
θ Tempo de detenção hidráulica P0 Valor da entrada
P Valor da saída Q Vazão
Qd Vazão de descarte
Vta Volume do tanque de aeração
1 INTRODUÇÃO ... 16
1.1 DELIMITAÇÃO DA PESQUISA E JUSTIFICATIVA ... 18
1.2 QUESTÃO DA PESQUISA ... 19
1.2.1 Objetivo Geral ... 19
1.2.2 Objetivo Específico ... 19
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 19
2 LODOS ATIVADOS ... 21
2.1 CONCEITO E PRINCÍPIO DO PROCESSO ... 21
2.2 HISTÓRICO DO PROCESSO ... 22
2.3 ALTERNATIVAS DOS SISTEMAS DE LODOS ATIVADOS ... 23
2.3.1 Lodos Ativados Convencional ... 23
2.3.2 Lodos Ativados Aeração Prolongada ... 24
2.3.3 Reatores Sequenciais por Batelada (Fluxo Intermitente) ... 24
2.4 PARÂMETROS OPERACIONAIS ... 25
2.4.1 Concentração da Massa Microbiana no Tanque de Aeração ... 25
2.4.2 Índice Volumétrico do Lodo ... 25
2.4.3 Idade do Lodo ... 26
2.4.4 Tempo de Detenção Hidráulica ... 27
2.4.5 Relação Alimento/Micro-organismo (A/M) ... 27
2.4.6 Concentração de Oxigênio Dissolvido ... 28
2.4.7 Temperatura ... 30
2.4.8 pH ... 30
2.4.9 Concentração de Nutrientes ... 30
3 MICROBIOLOGIA DE LODOS ATIVADOS ... 31
3.1 FLOCO BIOLÓGICO ... 31
3.1.1 Mecanismo da Floculação Biológica ... 32
3.1.2 Características do Floco ... 33
3.2 ALGAS ... 34
3.3 FUNGOS ... 35
3.4 PROTOZOÁRIOS ... 35
3.4.1 Ciliados ... 36
3.4.2 Flagelados ... 36
3.4.3 Amebas ... 36
3.5 MICROMETAZOÁRIOS ... 37
3.5.1 Rotíferos ... 37
3.5.2 Anelídeos ... 38
3.5.3 Nematóides ... 38
3.5.4 Tardígrados ... 38
3.6 BACTÉRIAS ... 39
3.6.1 Crescimento Bacteriano ... 39
3.7 DIAGRAMA DE PREDOMINÂNCIA RELATIVA ... 40
3.8.1 Características Morfológicas das Bactérias Filamentosas ... 43
3.8.1.1 Bainha ... 44
3.9 INTUMESCIMENTO DO LODO ... 45
3.9.1 Controle do Intumescimento do lodo ... 46
4 CLORAÇÃO ... 48
4.1 DESVANTAGENS DA CLORAÇÃO ... 50
5 METODOLOGIA DA PESQUISA ... 51
5.1 LOCAL DA PESQUISA ... 51
5.1.2 Sistema de Tratamento de Efluente ... 51
5.2 METODOLOGIA ... 57
5.2.1 Caracterização do Sistema de Tratamento ... 58
5.2.2 Análise Microbiológica do Sistema de Lodos Ativados ... 58
5.2.2.1 Análise qualitativa do lodo ... 58
5.2.2.2 Análise quantitativa ... 59
5.2.2.3 Medida de comprimento de filamento ... 60
5.2.2.4 Identificação das bactérias filamentosas ... 60
5.2.3 Experimentação de Dosagens de Hipoclorito de Sódio em Jar Test ... 61
5.2.3.1 Testes in loco ... 62
5.2.3.2 Testes em laboratório ... 63
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 66
6.2 CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA DE TRATAMENTO ... 66
6.3 ANÁLISE MICROBIOLÓGICA DO SISTEMA DE LODOS ATIVADOS ... 69
6.3.1 Identificação das Bactérias Filamentosas ... 70
6.4 EXPERIMENTAÇÃO DE DOSAGENS DE HIPOCLORITO DE SÓDIO EM JAR TEST ... 73
6.4.1 Testes in loco ... 73
6.4.2 Testes em Laboratório ... 74
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES ... 78
8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 80
ANEXO ... 87
CAPÍTULO 1
1 INTRODUÇÃO
A indústria alimentícia é crescente em todo o cenário mundial e o Brasil é um dos líderes em criação, produção e exportação de alimentos industrializados, sendo a carne bovina o principal produto.
Segundo a Associação Brasileira das Indústrias da Alimentação (ABIA), 2011 fechou com crescimento de 4,9%, o que significou um lucro de R$ 383,4 bilhões. Para 2012, o setor deverá registrar expansão de 7% a 7,5% o que representa um lucro de R$ 400 bilhões.
Todo esse processo, desde o abate até o produto já embalado, produz resíduos sólidos e líquidos que necessitam de tratamento especial antes de serem lançados em aterros ou nos corpos d’água.
O esgoto in natura causa grande desequilíbrio ao meio ambiente. Com o teor de nutrientes alto, a decomposição da matéria orgânica (MO) compete com os organismos aquáticos pelo oxigênio dissolvido. A proliferação de algas impede a incidência da luz solar, prejudicando a fotossíntese dos seres primários.
Há vários processos de tratamento de esgoto urbano e industrial, sendo o mais comum o de Lodos Ativados, em situações nas quais é necessária uma elevada qualidade do efluente e reduzidos requisitos de área. No entanto, o sistema de lodos ativados inclui um índice de mecanização superior ao de outros sistemas de tratamento, implicando em uma operação mais sofisticada e em maior consumo de energia elétrica.
Dentre os principais problemas operacionais, tem-se o controle do pH, do oxigênio dissolvido, do volume do lodo, do tempo de detenção hidráulica e do crescimento dos micro- organismos filamentosos. Esses últimos são de fundamental importância para a eficiência do processo.
As bactérias, fungos e protozoários irão decompor a matéria orgânica e auxiliar nos processos químicos de remoção de nitrogênio e fósforo.
Se por um lado a presença desses micro-organismos é fundamental para o bom funcionamento da estação de tratamento de esgoto (ETE), por outro, pode prejudicá-lo.
O floco biológico é formado pelas bactérias filamentosas, bactérias decompositoras e fragmentos orgânicos e inorgânicos.
Segundo Van Haandel; Marais (1999), diversos pesquisadores alegam que a formação de flocos de dimensões relativamente grandes está associada ao desenvolvimento de micro- organismos filamentosos. Estes micro-organismos são normalmente encontrados nos sistemas de lodos ativados, e o problema surge quando seu crescimento é excessivo. Esse fenômeno é chamado de intumescimento do lodo e suas características são: grandes dimensões, resistência, má sedimentabilidade e consequentemente, altos valores de índice volumétrico do lodo (IVL). A dificuldade de aproximação entre os flocos pela presença dos filamentos causa o flotamento do lodo.
Estudos em estações de tratamento sobre o fenômeno do intumescimento por bactérias filamentosas foram realizados em diversos países, entre eles Estados Unidos, Itália, Austrália, República Checa, Alemanha, Grécia e Dinamarca (JENKINS et al., 2003; MADONI et al., 2000; SEVIOUR et al., 1994; KRHUTKOVÁ et al., 2002; NOUTSOPOULOS et al., 2007;
KRISTENESEN et al., 1994). Tais pesquisadores consideram como principais causadores do aparecimento de bactérias filamentosas: a relação alimento/micro-organismo (A/M), tempo de retenção celular, concentração de oxigênio dissolvido (OD) e temperatura (JENKINS et al., 2003).
No Brasil não há um levantamento detalhado sobre a ocorrência de intumescimento nas estações de tratamento de efluente, mas os estudos sobre identificação e controle das bactérias filamentosas e micro-organismos de lodos ativados é crescente.
Dada toda a problemática causada pelas bactérias filamentosas o efluente final torna-se de má qualidade não se enquadrando, em relação ao Brasil, nas Resoluções do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) nº 357/2005 e no CONAMA nº 430/2011. Assim sendo, o uso de medidas de controle torna-se necessário.
Para o controle dos eventos de intumescimento por micro-organismos filamentosos recomenda-se agir nas causas, ou seja, identificar o que está causando tais eventos e praticar ações para minimizar a causa biológica ou física que está propiciando seu crescimento excessivo. Somente no caso de não haver alternativa é que se faz necessária uma intervenção direta no controle desses micro-organismos através do uso de agentes físicos ou químicos.
O controle do intumescimento do lodo foi estudado por diversos autores, sendo alguns deles, defensores do uso de coagulantes como sulfato ferroso e produtos precipitantes
baseados em alumínio. Outros sustentam a utilização de seletores, a aplicação de surfactantes, a aplicação de cloro, o emprego de clarificadores em série, adição de talco, o controle da temperatura e da carga de lodo e a diminuição da idade do lodo (ANDREASEN et al., 1999;
KITATSUJI et al., 1996; RAMIREZ et al., 2000; CLAUSS et al., 1999; JENKINS et al., 2003).
A utilização do cloro como técnica de controle do intumescimento do lodo é largamente empregada nos Estados Unidos. Ele é utilizado para a desinfecção de efluentes secundários e a quantidade requerida para o controle do crescimento de bactérias filamentosas é muito pequena se comparada com à utilizada para a desinfecção, e sua aplicação não interfere na eficiência de remoção da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) e sólidos sedimentáveis (SSed) para os níveis requeridos ao tratamento secundário (JENKINS et al., 2003).
1.1 DELIMITAÇÃO DA PESQUISA E JUSTIFICATIVA
A escolha pela indústria de abate e alimentos para a realização do presente projeto deu-se pelo fato do setor estar em crescente desenvolvimento no país e principalmente no Estado de Mato Grosso. A ETE escolhida apresenta vazão de 14000 m3.dia-1 e os resultados podem vir a ajudar outras ETEs de mesma ou maior dimensão.
O intumescimento do lodo é um evento comum em sistemas de lodos ativados, porém se não tratado, pode causar, não apenas prejuízos econômicos, como principalmente prejudicar a qualidade do efluente final e consequentemente ao corpo receptor.
O cloro (Cl2) é comumente utilizado em empresas que possuem estações de tratamento de água (ETA) para o controle de patógenos como é o caso das indústrias alimentícias sendo desnecessário, dessa forma, o uso de outro produto químico para o controle do intumescimento do lodo.
Jenkins et al., (2003) relatam algumas dosagens iniciais de cloro em estações de tratamento de efluente urbano: de 2 a 3 kgCl2/tonSS.d é uma típica dosagem enquanto o sistema está em equilíbrio dinâmico, entretanto, é necessária uma contínua cloração para eliminar novas filamentosas; de 5 a 6 kgCl2/tonSS.d equivale a uma dosagem que destrói o excesso de filamentos com pequeno impacto na qualidade do efluente; aplicações de 10 a 12 kgCl2/tonSS.d iria, provavelmente, destruir os micro-organismos em excesso, contudo, normalmente, destroem a estrutura do floco e resultam em perda da qualidade do efluente.
Sendo assim, o estudo da adição de cloro em ETE de indústria de abate e alimentos é totalmente viável e os resultados podem representar uma valiosa contribuição a outras indústrias do setor.
1.2 QUESTÃO DA PESQUISA
Questão que envolve a pesquisa: É possível atingir concentrações de cloro que possam controlar o crescimento excessivo das bactérias?
1.2.1 Objetivo Geral
Estudar o uso do cloro como medida de controle do crescimento das bactérias filamentosas do sistema de tratamento de efluente de uma indústria alimentícia para evitar o intumescimento do lodo.
1.2.2 Objetivo Específico
Os objetivos específicos visam:
Analisar o floco biológico;
Identificar e classificar a microfauna aquática do lodo a nível de ordem e/ou gênero;
Identificar a filamentosa dominante do lodo;
Estudar os efeitos preliminares da cloração no controle do intumescimento do lodo por bactérias filamentosas.
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO
O trabalho está dividido em oito capítulos: introdução, lodos ativados, microbiologia de lodos ativados, cloração, metodologia, resultados e discussão, sugestões e referências bibliográficas.
A introdução aborda o trabalho a ser realizado de um modo geral, seguido da problemática, da questão de pesquisa, dos objetivos gerais e específicos e além da estrutura geral do trabalho.
O Capítulo 2 relata um breve histórico dos lodos ativados, bem como seu funcionamento. Também trata das alternativas de lodos ativados e os parâmetros de projeto relacionando-os à microbiota do tanque de aeração.
O Capítulo 3 aborda microbiologia de lodos ativados e faz uma pequena introdução de cada micro-organismo que compõe o sistema. No mesmo capítulo apresentam-se informações acerca do intumescimento do lodo, das bactérias filamentosas e suas características.
O uso do cloro no controle do intumescimento do lodo e suas desvantagens estão descritos no Capítulo 4.
A metodologia do trabalho está presente no Capítulo 5, onde as técnicas de coletas e análises estão especificadas.
O Capítulo 6 mostra os resultados finais e a discussão sobre os mesmos.
As considerações finais e sugestões para futuros trabalhos estão contidas no Capítulo 7.
No Capítulo 8 encontram-se referências bibliográficas e, por fim, anexo.
CAPÍTULO 2
2 LODOS ATIVADOS
2.1 CONCEITO E PRINCÍPIO DO PROCESSO
O processo é um tratamento biológico de efluentes e é formado basicamente pelas seguintes etapas: tanque de aeração (TA) ou reator aeróbio, decantador secundário (DS) e retorno do lodo (RL) (Figura 1).
Figura 1 – Esquema prático do Processo de Lodos Ativados.
Fonte: A autora (2012).
No tanque de aeração ocorrem as reações bioquímicas para degradação da matéria orgânica. No decantador secundário ocorre a sedimentação dos sólidos. O material decantado no fundo do decantador é recirculado para o reator, aumentando a biomassa e consequentemente, a eficiência do processo.
O princípio básico do tratamento consiste em colocar o afluente líquido em contato com uma cultura heterogênea de micro-organismos, os quais irão metabolizar a matéria orgânica, normalmente composta de carbono, oxigênio, hidrogênio, Nitrogênio e outras fontes de nutrientes, decompondo-a em CO2, H2O, etc., liberando energia para produzir novas células e manter seu metabolismo basal.
A Figura 2 mostra o esquema do fenômeno da degradação biológica.
Figura 2 – Esquema da degradação da matéria orgânica.
Fonte: CLAAS; MAIA (1994).
2.2 HISTÓRICO DO PROCESSO
No final do século XIX os tratamentos biológicos de efluentes estavam restritos aos filtros intermitentes, filtros biológicos, leitos percolados e tanques sépticos. Porém, nenhum desses processos apresentava resultados positivos como a estética do efluente final e a qualidade do mesmo (JORDÃO; PESSÔA, 2009).
Segundo Van Haandell; Marais (1999), em sua versão original, o processo de lodos ativados operava em bateladas, ou seja, o efluente é introduzido em um reator biológico e, após o volume completo, a aeração é iniciada até a matéria orgânica ser depurada. Desligados os aeradores, a massa microbiana separa-se da fase líquida por meio da sedimentação e o sobrenadante descarregado. Ao final do descarregamento, o processo é iniciado novamente.
De acordo com Jordão; Pessôa (2009), o processo surgiu de fato entre 1913 e 1914 em reuniões técnicas e as primeiras instalações foram implantadas nos Estados Unidos em 1916.
A Figura 3 representa um esquema do histórico apresentado por Jordão; Pessôa (2009) dos lodos ativados por meio de uma linha do tempo.
Figura 3 – Esquema básico do histórico dos Lodos Ativados
Fonte: adaptado de JORDÃO; PESSÔA, 2009.
2.3 ALTERNATIVAS DOS SISTEMAS DE LODOS ATIVADOS
O processo de lodos ativados possui variantes quanto à idade do lodo (lodos ativados convencional ou aeração prolongada), ao fluxo (contínuo ou intermitente) e quanto ao afluente da etapa biológica do sistema de lodos ativados (esgoto bruto, efluente de decantador primário, efluente de reator anaeróbio, efluente de outro processo de tratamento de esgoto) (VON SPERLING, 1997).
2.3.1 Lodos Ativados Convencional
No sistema de lodos ativados de fluxo contínuo a idade do lodo é, normalmente, de 4 a 10 dias e o tempo de detenção hidráulica no reator de 6 a 8 horas. A relação de alimento/micro-organismo é de 0,3 a 0,8 KgDBO/KgSSV.d (VON SPERLING, 1997).
A eficiência de remoção de DBO é de 85% a 93%. Se comparado ao sistema de aeração prolongada é menor, devido ao menor tempo de detenção hidráulica do efluente no sistema.
O sistema convencional requer menor área para implantação, menor potência de aeração e maior capacidade de tratamento do efluente por área, devido ao menor tempo de detenção do efluente no sistema.
2.3.2 Lodos Ativados Aeração Prolongada
No sistema de lodos ativados por aeração prolongada (fluxo contínuo) a idade do lodo está entre 18 a 30 dias e o tempo de detenção hidráulica entre 16 e 24 horas. A relação A/M é de 0,08 a 0,15 KgDBO/KgSSV.d (VON SPERLING, 1996).
A eficiência de remoção nesses sistemas fica entre 93% e 98% devido ao maior tempo de detenção hidráulica. Como as bactérias permanecem um tempo superior no reator, elas utilizam a própria matéria orgânica armazenada em suas células para sobreviver. Essa matéria orgânica é convertida em gás carbônico e água por meio da respiração.
Requerem maior área para implantação, maior potência de aeração e menor capacidade de tratamento por área, devido ao maior tempo de detenção hidráulica.
2.3.3 Reatores Sequenciais por Batelada (Fluxo Intermitente)
O princípio do processo consiste na incorporação de todas as unidades, processos e operações normalmente associados ao tratamento primário dos lodos ativados em um único tanque, ou seja, decantação primária, oxidação biológica e decantação secundária. As fases são:
Enchimento – entrada de esgoto bruto ou decantado no reator.
Reação – aeração/mistura da massa líquida contida no reator.
Sedimentação – sedimentação e separação dos sólidos em suspensão do esgoto tratado.
Descarte do efluente tratado – retirada do esgoto tratado do reator.
Repouso – ajuste de ciclos e remoção do lodo excedente.
A duração de cada fase é de acordo com estudos das características do efluente a ser tratado.
Existem algumas variantes nos sistemas de fluxo intermitente que se relacionam tanto à forma de operação, quanto à sequência e duração dos ciclos associados a cada fase do processo. Estas variantes permitem simplificações adicionais no processo ou a remoção biológica de nutrientes (VON SPERLING, 1997).
2.4 PARÂMETROS OPERACIONAIS
Os parâmetros operacionais são de fundamental importância no processo de lodos ativados. Por meio do seu monitoramento, o controle e a correção de anomalias será mais ágil.
Entre os parâmetros operacionais estão: concentração da massa microbiana no tanque de aeração, idade do lodo (IL), tempo de detenção hidráulica (TDH), relação alimento/micro- organismo, concentração de oxigênio dissolvido, temperatura, pH e concentração de nutrientes.
Relacionando os parâmetros operacionais à microbiota, o processo de lodos ativados, o qual é totalmente biológico, terá maior êxito.
2.4.1 Concentração da Massa Microbiana no Tanque de Aeração
A massa das células microbianas é expressa em termos de sólidos em suspensão totais (SST), uma vez que a biomassa no tanque de aeração é constituída de sólidos que estão em suspensão no reator. Entretanto, há uma fração inorgânica no reator, por isso, a biomassa é normalmente expressa em termos de sólidos em suspensão voláteis (SSV), que representam a fração orgânica da biomassa.
A faixa típica de valores de SSV é de 1.500 a 3.500 mg.L-1, para sistema de lodos ativados convencional, e de 2.500 a 4.000 mg.L-1, para sistema de aeração prolongada (VON SPERLING, 1997).
2.4.2 Índice Volumétrico do Lodo
O índice volumétrico do lodo é definido como o volume ocupado por 1 g de lodo após 30 minutos de decantação. Além de importante variável de controle, é indicativo das características de sedimentabilidade de lodo.
Para calcular o IVL (Equação 2.1), necessita-se do valor dos sólidos em suspensão totais da amostra, logo (CLASS, 2007):
(2.1)
Onde:
IVL = Índice volumétrico do lodo (ml.g-1)
SSed30’ = Sólidos sedimentáveis após 30 minutos de sedimentação (ml.L-1) SST = Concentração de sólidos em suspensão totais da amostra (mg.L-1)
Quanto maior o valor do IVL, a qualidade da sedimentabilidade do lodo diminui e isso resulta em um maior volume de lodo no decantador secundário.
Na Tabela 1 são citados alguns valores e IVL para esgotos domésticos:
Tabela 1 – Interpretação do resultado do IVL.
IVL (ml/g) Sedimentabilidade
0 – 50 Ótima
50 – 100 Boa
100 – 200 Média
200 – 300 Ruim
> 300 Péssima
Fonte: Adaptado de Von Sperling, 1997.
2.4.3 Idade do Lodo
A idade do lodo pode ser definida como a concentração da massa total de micro- organismos do tanque de aeração, dividida pela massa total de micro-organismos retirada do sistema diariamente (VON SPERLING, 1997).
Pode ser calculada pela Equação 2.2;
(2.2)
Onde:
θc = Idade do lodo (dias)
Vta = Volume do tanque de aeração (m3)
Xta = Concentração de sólidos em suspensão voláteis no tanque de aeração (Kg/m3) Qd = Vazão de descarte (m³)
Xrl = Concentração de sólidos em suspensão voláteis no retorno do lodo (Kg/m3)
Von Sperling (1997) define alguns valores de idade do lodo (Tabela 2).
Tabela 2 – Variantes do processo de lodos ativados em função da idade do lodo.
Idade do lodo Carga de DBO aplicada por unidade de volume
Faixa de idade do lodo Denominação usual Reduzidíssima Altíssima Inferior a 3 dias Aeração modificada
Reduzida Alta 4 a 10 dias LA convencional
Intermediária Intermediária 11 a 17 dias -
Elevada Baixa 18 a 30 dias Aeração prolongada
Fonte: VON SPERLING, 1997.
2.4.4 Tempo de Detenção Hidráulica
Tempo de detenção hidráulica (TDH) é o tempo médio de permanência do efluente no tanque de aeração, ou seja, é o tempo que uma partícula levaria da entrada até a saída do reator e, segundo Metcalf & Eddy (1991) é dada pela Equação 2.3:
(2.3)
Onde:
θ = Tempo de detenção hidráulica (horas) Vta = Volume do tanque de aeração (m3) Q = Vazão afluente (m3.h-1)
2.4.5 Relação Alimento/Micro-organismo (A/M)
A relação A/M ou F/M (food to micro-organism ratio) é dada pela quantidade de alimento ou substrato disponível por unidade de massa dos micro-organismos, relacionada com a eficiência do sistema, ou seja, a taxa A/M mede a relação entre a carga orgânica, a qual é produzida no sistema e a concentração de micro-organismos presentes no tanque de aeração.
Essa relação é de fundamental importância no controle da qualidade de formação dos flocos biológicos sendo que, uma menor relação A/M, favorece a formação de um lodo tipicamente filamentoso e uma alta relação que pode dar origem a flocos pequenos e fracos.
Assim, a relação A/M é calculada por meio da Equação 2.4:
(2.4)
Onde:
A/M = Carga de lodo (gDBO5 fornecidos por dia/gSSV) S0 = Concentração de DBO5 afluente (mg.L-1)
θ = Tempo de detenção hidráulica (horas)
Xta = Concentração de sólidos em suspensão voláteis no tanque de aeração (mg.L-1)
A relação A/M assume os valores de 0,3 a 0,8 kgDBO/kgSSV.d e 0,08 a 0,15 kgDBO/kgSSV.d para lodos ativados convencional e aeração prolongada, respectivamente.
2.4.6 Concentração de Oxigênio Dissolvido
O oxigênio é disposto no reator por meio de aeradores que podem ser superficiais (Figura 4) ou por ar difuso (Figura 5).
Figura 4 – Aeração superficial. ETE Dom Aquino, Cuiabá – MT.
Fonte: Rafael Bruzzon.(2009).
Figura 5 – Esquema de funcionamento de aeração por ar difuso.
Fonte: A autora (2012).
O O2 deve atender à oxidação da matéria orgânica (fornecer energia para síntese bacteriana e respiração endógena bacteriana) e à nitrificação.
Baixos níveis de oxigênio dissolvido no reator podem causar a proliferação de organismos filamentosos e posteriormente o intumescimento. Com o OD baixo cria-se uma zona anaeróbia no interior dos flocos, prejudicando as bactérias formadoras de floco e as filamentosas projetam-se para fora do floco em busca de melhores condições (VAN HAANDEL; MARAIS, 1999; JENKINS et al., 2003 e FIGUEIREDO, 2011).
A concentração crítica de OD raramente excede 0,54 a 1,0 mg.L-1 na remoção de material orgânico e de 1,0 a 2,0 mg.L-1 na nitrificação. A NBR – 570 (ABNT, 1989) recomenda concentrações de OD de 1,5 mg.L-1, para idade de lodo igual ou maior que 18 dias e 2,0 mg.L-1, para idade de lodo inferior a 18 dias.
Concentrações maiores que 4,0 mg.L-1 de O2 favorecem a nitrificação (CLAAS, 2007).
2.4.7 Temperatura
A temperatura tem tamanha importância no metabolismo dos micro-organismos que os classifica em mesófilos (20 a 40 °C), psicrófilos (abaixo de 15 ºC) e termófilos (50 a 60 ºC) (TORTORA et al., 2005). Como a faixa máxima de temperatura para operação de um sistema de lodos ativados está entre 35 e 40 ºC há um predomínio de micro-organismos mesofílicos.
2.4.8 pH
O efeito do pH em sistemas de lodos ativados está diretamente ligado às reações enzimáticas. As enzimas atuam em pH específico podendo diminuir sua atuação ou até cessar (CLAAS, 2007).
Com pH próximo a 6,0, os fungos começam a competir com as bactérias, e a 4,0 dominam o meio.
Para uma boa floculação em lodos ativados, o pH deve estar entre 6,0 e 9,0.
2.4.9 Concentração de Nutrientes
Os nutrientes são elementos fundamentais no metabolismo microbiano, pois fazem parte de sua constituição celular. O nitrogênio e o fósforo estão presentes na constituição do tecido das bactérias numa porcentagem que varia de 5 a 10% para o Nitrogênio (N) e 1 a 2%
para o Fósforo (P).
De acordo com Jenkins et al. (2003), a quantidade de nutrientes a ser adicionada varia de acordo com a (DBO) no efluente. Assim, a quantidade de nitrogênio e fósforo a ser adicionada segue a seguinte relação, DBO:N:P é igual a 100:5:1. Essa relação é baseada no máximo valor teórico das necessidades de N e P de uma bactéria, assumindo um rendimento de 0,5 g de células por grama de DBO removida, e um lodo com peso seco de 10% de N e 2%
de P.
Ainda segundo os autores, a deficiência de nutrientes pode causar a predominância de bactérias filamentosas tais como Thiothrix, Sphaerotilus natans, Haliscomenobacter hidrossis, Tipo 021, Tipo 0041 e Tipo 0675.
A formação de espuma no tanque de aeração e no decantador secundário, na ausência de Nocardia sp., Microthrix parvicella ou Tipo 1863, seguida por concentrações significativas de material extracelular, também pode ser um indício de deficiência de nutrientes (SOUSA, 2002).
CAPÍTULO 3
3 MICROBIOLOGIA DE LODOS ATIVADOS
Como o processo de lodos ativados é totalmente biológico, o estudo da microbiologia é de suma importância. Relacionar os parâmetros operacionais com a ecologia da microbiota é uma metodologia com a qual se obtém um excelente padrão de qualidade.
A Tabela 3 mostra os micro-organismos mais frequentes.
Tabela 3 – Gêneros mais frequentes em sistemas de lodos ativados.
Grupos Gêneros
Ciliados livre natante Paramecium, Colpidium, Litonotus, Trachelophyllum, Amphileptus, Chilodonella.
Ciliados pedundulados Vorticella, Opercularia, Epistylis, Charchesium, Acineta e Podophrya
Ciliados livres predadores de floco Aspidisca, Euplotes, Stylonychia, Oxytricha.
Flagelados Bodo, Cercobodo, Mona sp, Oicomona sp, Euglena sp, Cercomona sp, Peranema.
Sarcodinas Amoeba, Arcella, Actiophrys, Vahlkampfi, Astramoeba, Difflugia, Cochiliopodium.
Rotíferos Philodina, Rotaria, Epiphanes
Nematóides Rhabditis
Anelídeos Aelosoma
Fonte: adaptado de CETESB (1985)
Embora o ambiente do processo de lodos ativados seja aquático, os micro-organismos presentes diferem de um meio natural. Isso acontece, pois o sistema apresenta características específicas, como turbulência e turbidez, devido à aeração e aos sólidos em suspensão, respectivamente (CETESB, 1985).
A microfauna é representada por protozoários e micrometazoários. A ausência de incidência solar impede que seres fotossintetizantes habitem o meio, salvo algumas exceções.
3.1 FLOCO BIOLÓGICO
A floculação do lodo é importante para que a biomassa seja separada do efluente tratado e retornada ao reator. O Floco biológico é composto por matéria orgânica, matéria
inorgânica, bactérias formadoras de floco e bactérias filamentosas que são o principal agente do processo.
A estrutura do floco é dividida em dois níveis: macroestrutura, formada pelas bactérias filamentosas e microestrutura, formada por bactérias não filamentosas produtoras de exo- polímeros (JENKINS et al., 2003).
O equilíbrio entre esses dois níveis determinará a qualidade do floco biológico, mais necessariamente do controle do crescimento das filamentosas. Se o crescimento for excessivo causa o intumescimento do lodo, não permitindo assim a sedimentação no decantador secundário. Quando o crescimento é insuficiente, também ocorre a má sedimentação, mas esta se deve à formação de flocos fracos, conhecidos como pin-point.
3.1.1 Mecanismo da Floculação Biológica
Há inúmeras hipóteses para a floculação biológica. A teoria clássica diz que a bactéria Zooglea ramigera é a principal responsável pela floculação. Ela possui um envoltório de consistência gelatinosa que é parcialmente solúvel em água podendo aumentar sua espessura, formando assim, uma massa ou uma matriz gelatinosa. Essa gelatina seria a responsável pela absorção de partículas em suspensão dando origem ao floco (BRANCO, 1978).
Contudo, estudos posteriores mostraram que há outras bactérias que não possuem esse envoltório, mas que também se aglutinam. Esse fato levou os especialistas a estudarem mais a fundo tal evento.
Branco (1978) cita estudos de Taylor1 que comprova outra teoria sobre a floculação:
O ponto de vista defendido hoje em dia, é o de que a floculação é proporcionada por características coloidais da massa de bactérias relacionadas com a intensidade das atividades metabólicas destas. Na verdade, segundo ficou demonstrado através desses estudos, as bactérias comportam-se como micelas de um colóide do tipo hidrófobo ou liófobo, isto é, como os colóides inorgânicos. É sabido que, nesse tipo de colóides, as micelas se encontram sujeitas a duas ordens de forças antagônicas:
uma, proporcionada pela sua própria carga superficial eletrocinética ou potencial zeta, originada pela adsorção de íons do meio pela partícula – sendo sempre cargas de mesmo sinal, em todas as partículas, estas tendem a se repelir quando aproximadas umas das outras; outra, agindo em sentido oposto, responsável por uma atração que se verifica entre as partículas e que se denomina força de Van der Waals. Sempre que as micelas do colóide se chocam com as outras, em virtude do movimento Browniano, duas coisas podem suceder: ou aglutinam-se – e isso acontece sempre que o potencial zeta das partículas é muito baixo, prevalecendo as forças de Van der Waals – ou tornam a se repelir, no caso do potencial eletrocinético ser elevado. No primeiro caso, diz-se que houve floculação do sistema e esta pode ocorrer sempre que são misturados colóides de cargas opostas, ou quando se mistura um eletrólito à solução, etc.
1 TAYLOR, E. W., The Examination of Waters and Water Supplies. Inglaterra, Churchill Ltd., 1958 citado por BRANCO, S.M., Hidrobiologia aplicada à engenharia sanitária, 2ª Edição. São Paulo: CETESB – Companhia de tecnologia de Saneamento Ambiental, 1978. 620p.
Atualmente, os autores, ou a sua maioria, utilizam as duas teorias. O floco biológico é formado pelas forças de Van der Waals juntamente com a aglutinação da Zooglea ramigera.
3.1.2 Características do Floco
Os flocos apresentam três características: floco ideal, floco disperso (pin-point) e floco filamentoso.
Floco ideal (Figura 6) apresenta a distribuição adequada quanto à presença de bactérias filamentosas e as bactérias formadoras de floco. Esses flocos são grandes e firmes, as filamentosas que se projetam para fora da estrutura não interferem na sedimentação, o sobrenadante é transparente e os valores do IVL são baixos. Para esgoto urbano, é na faixa de 80 a 120 ml.g-1.
Figura 6 – Floco Ideal. Microfotografia de contraste de fase (100x).
Fonte: SOUZA (2007)2 apud ROSSONI (2007)
O floco disperso ou “pint-point floc” (Figura 7) não apresenta a quantidade suficiente das bactérias filamentosas (participantes da macroestrutura), sendo assim, os flocos apresentam dimensões muito pequenas e ficam dispersos na fase líquida. Segundo Jordão;
Pessoa (2009) o IVL desse tipo de lodo é até menor que 70 ml.g-1, mas o efluente costuma apresentar turbidez e sólidos em suspensão em maior concentração.
2 SOUZA, C.A. Microbiologia de lodos ativados. Microfotografia de contraste se fase (100x). Diapositivo:
color, 2007, apud ROSSONI, A. V. Uso de talco no controle de intumescimento filamentoso no tratamento de efluente de fábrica de papel reciclado. 2007. 110f. Dissertação (Mestrado em Ciência Florestal) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2007.
Figura 7 – Floco Pint-Point.
Fonte: CETESB (1985)
O floco filamentoso (Figura 8) apresenta um predomínio de bactérias filamentosas. O lodo sedimenta mal apesar do sobrenadante ser límpido. O IVL do lodo intumescido é de 150 ml.g-1 ou mais.
Figura 8 – Floco Intumescido. Microfotografia de contraste de fase: (a) amostra fresca (100x) e (b) amostra fixada e corada (1000x).
Fonte: ROSSONI (2007) 3.2 ALGAS
Algas são pouco frequentes em lodos ativados pelo fato do sistema não permitir incidência de luz solar e pela forte turbulência causada pela aeração. Apresentam grande importância em sistemas de lagoas de estabilização, mas pouco se sabe de sua importância em lodos ativados (FIGUEIREDO, 2011).
De acordo com a Tabela 4 as mais frequentes são:
Tabela 4 – Principais gêneros de algas encontradas em lodos ativados.
Grupo Gênero
Cianofíceas (algas azuis) Oscillatoria, Phormidium, Anabaena, Lyngbya Clorofíceas Chlorella, Coelastrum, Volvox, Stigeoclonium Diatomáceas Navicula, Nitzschia, Diatoma
Fonte: adaptado de FIGUEIREDO (2011).
(a) (b)
3.3 FUNGOS
Os fungos são organismos uni ou pluricelulares, não fotossintéticos e heterotróficos.
Juntamente com as bactérias, são muito importantes na decomposição da matéria orgânica formando compostos mais simples e inorgânicos. No ambiente aquático, são bioindicadores de matéria orgânica em decomposição.
Diferem-se das bactérias, pois suas células apresentam um núcleo e das algas e outros vegetais pela ausência de clorofila.
Não são muito frequentes em lodos ativados, mas quando há fatores como, pH baixo e deficiência de N e P, podem prevalecer sobre as bactérias.
Os fungos são tão eficientes quanto as bactérias quando se trata de degradação da MO, mas como são filamentosos podem causar intumescimento do lodo. Os gêneros mais comuns em lodos ativados são: Geotrichum, Fusarium, Penicillum, e Cladosporium.
A Figura 9 mostra a presença de fungos em efluentes de lodos ativados.
Figura 9 – Presença de fungos em lodos ativados, 100x.
Fonte: BENTO, 2005.
3.4 PROTOZOÁRIOS
São unicelulares, microscópicos, podem viver isolados ou em colônias e possuem hábitos de vida livre, fixo, parasitas ou saprófitas.
Em lodos ativados fazem o ‘polimento’ do efluente e o controle do crescimento das bactérias.
3.4.1 Ciliados
Seu modo de locomoção é por meio de cílios que se distribuem por quase todo o corpo do individuo. Pode haver a presença de cirros, que são prolongamentos do protoplasma, sendo mais grossos e longos que os cílios, ou ainda estrutura maiores que funcionam como ventosas para aprisionar e sugar o conteúdo de outros protozoários.
Podem ser agrupados em: livre natantes, predadores de flocos, fixos ou pedunculados.
A Figura 10 mostra uma colônia de ciliados pedunculados indicando floco bom.
Figura 10 – Ciliados pedunculados coloniais.
Fonte: CETESB, 1985.
3.4.2 Flagelados
Locomovem-se por meio de flagelos, que são organelas em forma de filamentos alongados e que, normalmente, se apresentam na parte anterior do micro-organismo.
A presença de flagelados em um meio aquático está relacionada à riqueza de matéria orgânica. Nos lodos ativados estes micro-organismos são característicos de sistemas em início de operação, ou seja, são característicos de lodo jovem e de alta carga.
3.4.3 Amebas
A locomoção é realizada por meio dos pseudópodes (falsos pés) que são prolongamentos do próprio corpo celular. Geralmente são transparentes e não possuem forma bem definida.
Algumas espécies possuem carapaças. As tecamebas, podem apresentar coloração amarelada quando ocorre impregnação por sais de ferro. São secretadas pela própria ameba ou formadas de partículas retiradas do meio. A Figura 11 mostra duas espécies de amebas.
Figura 11 – (a) Euglypha alveolata. (b) Arcella discoides, (b2). vista superior.
Fonte: CETESB (1985).
3.5 MICROMETAZOÁRIOS
São micro-organismos mais complexos. Possuem agrupamentos de células que exercem funções distintas. Em lodos ativados são representantes: anelídeos, rotíferos, nematóides e tardígrados.
3.5.1 Rotíferos
Possuem corpo alongado, geralmente cilíndrico e divide-se em três partes: região anterior (possui cílios que auxiliam na alimentação), tronco e um pé terminal (Figura 12).
Alimentam-se de pequenas partículas, protozoários e outros rotíferos.
A presença de rotíferos em sistemas de lodos ativados é normalmente indicadora de boa eficiência do sistema, pois estão associados a idades de lodo elevadas. Os mais frequentes são Philodina, Rotaria e Epiphanes (CLAAS, 2007).
Figura 12 – Rotífero.
Fonte: A autora (2012).
(a)
(b)
(b2)
Região Anterior
Tronco
Pé Terminal
3.5.2 Anelídeos
São vermes segmentados com o corpo formado por anéis. Alguns são parasitas e outros se alimentam de outros vertebrados.
Nos sistemas de lodos ativados ocorrem somente em lodos estabilizados e de idade de lodo elevada. Sua presença é rara e pouco dominante.
3.5.3 Nematóides
São vermes de forma alongada, circular, sem segmentações e com as extremidades, geralmente, pontiagudas. Em esgotos domésticos podem ser encontrados ovos do gênero Ascaris, pois são extremamente resistentes ao tratamento. Alimentam-se de material particulado e micro-organismos (protozoários, rotíferos, nematoides e tardígrados).
No sistema de lodos ativados não exerce papel significativo e aparecem raramente. O gênero Rhabditis é um dos mais encontrados.
3.5.4 Tardígrados
Raramente são observados em sistemas de lodos ativados, e por esse motivo seu papel como bioindicadores das condições do sistema é pouco conhecido (FIGUEIREDO, 2011).
Seu corpo é curto, cilíndrico e roliço, não havendo demarcação entre cabeça e tronco, possui quatro pares de patas.
A Figura 13 mostra um tardígrado em lodos ativados.
Figura 13 – Tardígrada
Fonte: http://webpages.charter.net/
3.6 BACTÉRIAS
As bactérias desempenham um papel de fundamental importância no ambiente aquático. Por meio do processo de decomposição e mineralização da matéria orgânica, as bactérias suprem nutrientes aos produtores primários.
Pertencem ao Reino Monera, são seres unicelulares, procariontes e podem viver isoladas ou em colônias. Reproduzem-se por meio de divisão simples.
Dividem-se em seres autótrofos e heterótrofos. As autótrofas se subdividem em:
quimiossintetizantes (hidrogenobactérias, ferrobactérias, sulfobactérias e nitrobactérias) e fotossintetizantes e as heterotróficas em: decompositoras, parasitas e patogênicas (BRANCO, 1978).
Uma grande importância sanitária das bactérias é a de serem bioindicadoras de poluição por esgoto doméstico e uma representante desse grupo é a Escherichia coli, pois são habitantes do intestino humano.
Em lodos ativados são responsáveis pela depuração dos resíduos e pela formação do floco biológico.
3.6.1 Crescimento Bacteriano
Como as bactérias são os micro-organismos mais importantes no processo de lodos ativados faz-se necessário o conhecimento das fases do crescimento bacteriano. A curva de crescimento bacteriano (Figura 14) apenas realmente acontece em condições extremamente controladas de culturas puras, porém é utilizada para entender o processo.
Figura 14 – Curva de crescimento bacteriano em cultura pura.
Fonte: MONOD(1941)3 apud CETESB (1985)
Na fase de aclimatação os micro-organismos estão se adaptando a situação do meio em relação à condições ambientais e oferta de alimento. Na fase de aceleração de crescimento e na fase exponencial há um grande consumo de alimento. A fase de retardo é caracterizada pela falta de algum fator limitante como alimento, O2, entre outros. Na fase estacionária o número de crescimento se iguala ao número de morte. Nessa fase, as atividades celulares deixam de ser as de reprodução e passam a ser por sobrevivência. E por último, na fase de declínio (ou endógena) a velocidade das mortes é superior ao número de crescimento.
3.7 DIAGRAMA DE PREDOMINÂNCIA RELATIVA
Em todo o processo de lodos ativados há fases que possuem certo tempo para serem completadas e que predomina um determinado grupo de micro-organismo.
Claas; Maia (1994) apresentaram um diagrama de predominância relativa (Figura 15) onde o eixo horizontal indica o tempo de aeração e o eixo vertical a quantidade de alimento ou DBO5 e uma dada massa de micro-organismo. Dividindo a DBO5 pela massa de micro- organismos temos a relação A/M. Quanto maior o tempo de aeração menor é a oferta de alimento.
3 MONOD, J. The growth of bacterial cultures. J. Ann. Inst. Pasteur, p.371-393, 1941 apud COMP ANHI A AMB IEN T AL D O EST ADO D E S ÃO P AU LO. Norma Técnica L1.025:
Microbiologia para sistemas de lodos ativados operando com esgotos domésticos, dez. 1985.
Figura 15 – Diagrama de predominância relativa.
Fonte: CLAAS; MAIA (1994) Assim sendo:
Ponto A – fase de adaptação dos micro-organismos, a oferta de alimento é máxima.
Ponto B – predominância de protozoários Rhizopoda ou Sarcodina.
Ponto C – o número de micro-organismos aumenta geometricamente; os flagelados alcançam seu desenvolvimento máximo; fase que caracteriza lodo jovem.
Ponto D – o crescimento dos micro-organismos é mais lento, pois a disponibilidade de alimento passa a ser fator limitante; ciliados e as bactérias atingem seu ponto máximo;
Ponto E – a quantidade de alimento é baixa; diminuição no ritmo de reprodução; a energia é utilizada para manutenção da vida. A DBO5 final é baixa.
Ponto F – não existe alimento suficiente; os micro-organismos passam a metabolizar o próprio material celular utilizando o alimento armazenado na célula; reduzem atividade e alguns morrem; ciliados com talo e rotíferos alcançam seu maior número.
Sobrepondo a curva de crescimento bacteriano ao diagrama de predominância relativa, podem-se encontrar semelhanças.
3.8 BACTÉRIAS FILAMENTOSAS
As bactérias filamentosas são importantes em sistemas de lodos ativados, pois auxiliam na floculação. Formam uma espécie de ‘esqueleto’ da estrutura e o controle dessas bactérias torna-se importante, já que o excesso das mesmas pode causar o intumescimento do lodo.
A identificação é o primeiro passo quando há a ocorrência do intumescimento. Com a filamentosa identificada busca-se na literatura a medida contraceptiva para aquela bactéria específica.
Nicolau et al., (2002) dizem que a identificação dos organismos filamentosos que crescem nas estações de tratamento constitui etapa fundamental para a prevenção e resolução de problemas causados pelo crescimento excessivo destes micro-organismos. A detecção precoce deste fenômeno, juntamente com o controle das variáveis físico-químicas, pode contribuir para uma resolução rápida das anomalias no decantador ou pode mesmo evitá-las.
As bactérias são identificadas de acordo com suas características morfológicas, localização, motilidade e reações a colorações. Eikelboom (1981) e posteriormente Jenkis et al., (2003) desenvolveram a metodologia de identificação e descrevem os organismos filamentosos mais frequentes em lodos ativados, como podem ser vistos no Quadro 1:
Quadro 1 – Principais organismos filamentosos em lodos ativados.
Sphaerotillus natans Tipo 0092 Tipo 0411
Tipo 1701 Tipo 0961 Tipo 0914
Tipo 0041 Microthrix parvicella Tipo 0675
Tipo 021N Nocardia SP Tipo 1863
Thiothrix I Nostocoida limicola I Tipo 0211
Thiotrix II Nostocoida limicola II Fungos
Beggiatoa sp Nostocoida limicola III Streptococcus
Tipo 1851 Haliscomenobacter hydrossis Tipo 0675
Tipo 0803 Tipo 0581 Tipo 1852
Fonte: Adaptado de EIKELBOOM (1981) e JENKINS et al. (2003).
Madoni et al., (2000) estudaram 167 estações de tratamento na Itália por meio de questionários e análise do lodo e encontraram a Microthrix parvicela, Tipo 0041 e Nostocoida limicola como a mais frequente.
Noutsopoulos et al., (2007) estudaram estações de tratamento de efluentes da Grécia durante cinco anos levando em conta a sazonalidade e concluiam que no inverno prevalecia Microthrix parvicella, sendo o Tipo 0092 é predominante no verão.
Krhutková et al., (2002) estudaram oito estações de tratamento de efluente industrial da República Checa durante 4 anos e concluíram que o Tipo 0092 e a Microthrix parvicella eram as mais frequentes.
No Brasil ainda não existe um estudo geral de ocorrência de intumescimento por bactérias filamentosas.
