microbiologia de lodos ativados

microbiologia de lodos ativados

MICROBIOLOGIA DE LODOS ATIVADOS – UMA FERRAMENTA FUNDAMENTAL NO GERENCIAMENTO DAS ETEs.

Ana Luiza Fávaro Piedade

Diretora da ACQUA CONSULTING SOLUÇÕES AMBIENTAIS LTDA ana@acquaconsulting.com.br 13. 3877 4530.

Um tratamento de efluente adequado exige rigoroso controle do sistema utilizado, entendimento sobre a influência dos compostos tóxicos no processo de depuração e quão eficiente é o sistema para remoção da carga tóxica, a qual, muitas vezes, é medida pela redução de DQO (demanda química de oxigênio), DBO (demanda bioquímica de oxigênio), toxicidade, ou outro composto cuja remoção é indispensável para disposição final (OLIVEIRA et al., 2009).

Os tratamentos baseados em processos biológicos permitem tratar grandes volumes de efluente, apresentam menor custo de funcionamento e simplicidade operacional (FREIRE et al, 2000; DA MOTTA et al, 2003), sendo que para efluentes complexos, o processo biológico mais amplamente usado é o tratamento por lodos ativados, cujo nível de eficiência é bem elevado (JENKINS; RICHARD; DAIGGER, 2003).

O sistema de lodos ativados é o mais utilizado no tratamento biológico aeróbio de esgoto sanitário e também industrial no Brasil e no mundo. O princípio baseia-se na oxidação bioquímica dos compostos orgânicos e inorgânicos presentes nos efluentes, mediada por uma população microbiana diversificada e mantida em suspensão num meio aeróbio (SEVIOUR & BLACKALL, 1999).

A comunidade estabelecida nesse sistema é dinâmica e fundamental ao tratamento, sendo que cada espécie tem sua importância para o bom funcionamento do sistema (AMMAN; GLOCKNER; NEEF, 1997). A estrutura dessa comunidade está diretamente ligada as condições operacionais e com a qualidade e quantidade de efluente que alimenta o processo (VAZOLLÉR et al, 1989), de modo que a avaliação microbiológica do lodo é capaz de fornecer informações sobre o desempenho da ETE (POOLE, 1984) e também qualidade do efluente.

Mudanças nas condições ambientais provenientes da composição do afluente do reator, ou mesmo da operação da estação, podem levar a alterações na comunidade do lodo, influenciando os processos de biodegradação e, portanto, reduzindo a qualidade do efluente tratado (MADONI et al, 1996). A natureza da microfauna presente na ETE é característica da idade do lodo, da saprobicidade, do nível de qualidade do efluente vindo do despejo industrial, da quantidade de matéria orgânica biodegradável, da toxicidade do efluente e etc. (CETESB, 1992 e JENKINS et al., 2003).

Embora a caracterização microscópica da comunidade do lodo ativado possua grande importância para a avaliação das condições das ETE, o uso de tal ferramenta ainda é incipiente no Brasil, e os resultados são, em geral, subutilizados (BENTO et al, 2005). Em alguns países como a Alemanha, por exemplo, a análise microscópica do lodo é prescrita legalmente para sistemas de lodos ativados que atendem mais de 10.0 habitantes. O diagnóstico obtido pela microscopia do lodo ativado é utilizado para alterar as características operacionais do sistema, tais como a idade do lodo e a concentração de OD no reator (BENTO et al., 2005).

Ao longo dos anos alguns modelos, baseados nas características biológicas do lodo, foram propostos para a verificação das condições operacionais e a avaliação da eficiência dos sistemas de lodos ativados. Dentre estes, destacam-se o modelo criado por JENKINS et al, 2003, que leva em consideração as características da formação dos flocos biológicos, identificação e quantificação das bactérias filamentosas e identificação e quantificação dos protozoários e metazoários.

conseqüentemente na boa sedimentação dos flocos no decantador secundário

Os flocos biológicos são formados basicamente por bactérias formadoras de flocos no reator biológico, e a saúde destas influencia na boa formação dos mesmos, e

O estudo dos flocos consiste em sua observação, contagem e classificação.

Flocos ideais para uma boa tratabilidade e sedimentação são classificados como sendo predominantemente de médio e grande tamanhos, além de firmes, redondos e com aspecto compacto (Figura 1a).

Quando apenas bactérias formadoras de flocos estão presentes, os flocos são geralmente pequenos (cerca de 75 µm), redondos e compactos, são os chamados flocos “Pin-point” (Figura 1b).

Há também o floco com Bulking filamentoso, que é um problema complexo que atinge de 20 a 40% das estações de tratamento (PUJOL & CANLER, 1992). Esses flocos possuem um excesso de bactérias filamentosas. Essas bactérias interferem na sedimentação e compactação do lodo biológico, pela produção de um floco difuso e irregular (Figura 1c).

a b

Figura 1: Contraste de fase micrografia: (a) flocos ideais, (b) floco pin-point e (c) floco com bulking filamentoso.

O estudo dos filamentos presentes no lodo biológico baseia-se na identificação e quantificação, segundo a escala de Jenkins et al. (2003). Essa escala varia de a a f, sendo as abundâncias: a e b consideradas pouca quantidade, c e d densidade ideal e e e f quantidades excessivas e perigosas de filamentos (Figura 2).

Figura 2: Micrografia de coloração Neisser de organismos filamentosos.

c c

ACQUA CONSULTING 18/03/2010 1000 X

Os principais motivos para o aparecimento de filamentos em sistemas aeróbios são escassez de nutrientes, baixa concentração de OD, baixa carga orgânica, presença de compostos reduzidos de enxofre, etc (EIKELBOOM, 2000), por isso a identificação desses organismos é de suma importância para diagnosticar o desempenho e a operação de uma ETE.

Os microrganismos protozoários e metazoários fazem o “polimento final” do efluente, exercendo, portanto, um papel muito importante no tratamento biológico, auxiliando na remoção de DBO, um pouco de DQO e principalmente turbidez do efluente. Porém, para que esses organismos estejam presentes, e de forma ativa, é necessário que o efluente a ser tratado possua condições ideais de temperatura, OD e pH ao seu desenvolvimento, e que esteja livre de toxicidade.

Sabe-se ainda que a população de protozoários e metazoários se adapta a certas condições do efluente que vem do despejo doméstico ou industrial. Como essas condições geralmente mudam de tempos em tempos, esses microrganismos se adaptam a essas novas condições, se estabelecendo então uma nova densidade populacional, que pode reduzir ou aumentar. Vale lembrar que, embora a densidade de protozoários e metazoários possa reduzir sob novas condições de qualidade do efluente, nem sempre esse comportamento está relacionado à queda na performance de tratamento da ETE.

De acordo com NICOLAU et. Al. (2001), a caracterização da comunidade de protozoários e metazoários, presentes no tanque de aeração do sistema de lodos ativados, é uma ferramenta bastante útil para o monitoramento das ETEs. Os grupos mais comuns são dos flagelados, ciliados livres, ciliados fixos, ciliados andarilhos, suctórios, tecamebas e rotíferos (Figura 3).

De acordo com JENKINS et al. (2003), MADONI (1996) e FIGUEIREDO et al., (1997), um bom desempenho do sistema está relacionado às espécies dominantes no processo, conforme relações descritas na Tabela 1.

Figura 3: Contraste de fase micrografia: (a) Ciliado fixos, (b) tecameba, (c), ciliado livre-natante, (d) suctória e (e) metazoário Rotífero.

a b c d

Tabela 1: Microrganismos indicadores das condições de depuração. MICRORGANISMOS CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO

Predominância de flagelados e amebas Lodo jovem, característica de início de operação ou baixa IL

Predominância de flagelados Deficiência de aeração, má depuração e sobrecarga orgânica

Predominância de ciliados pedunculados e livres Boas condições de depuração Predominância de Arcella Boa depuração Predominância de Aspidisca costata Nitrificação Predominância de Trachelophyllum Alta idade do lodo

Predominância de Vorticella microstoma e baixa concentração de ciliados fixos Efluente de má qualidade

Predominância de anelídeos Excesso de OD Fonte: Figueiredo et al. (1997).

MADONI (1994) correlacionou ainda condições operacionais e os protozoários encontrados no tanque de aeração de 4 ETEs por lodos ativados, após 20 anos de estudo criando uma matriz de correlação para obtenção do Índice Biológico do Lodo, relacionado às características do sistema, conforme observado na Tabela 2. Esse índice também contribui muito para avaliar a performance de ETEs.

Tabela 2: Conversão do IBL em 4 classes de qualidade e respectivas características do sistema. Valor do IBL Classe Características

8 - 10 I Sistema muito bem colonizado com excelente atividade biológica e ótima performance

6 – 7 I Lodo estável e bem colonizado, atividade biológica em declínio e boa performance

4 – 5 I Insuficiente depuração biológica no tanque de aeração e média performance

0 - 3 IV Fraca depuração biológica no tanque de aeração e baixa performance

A ACQUA CONSULTING já vem realizando análises microscópicas, conforme metodologia descrita acima há muitos anos para os mais diferentes tipos de indústrias, e em contrapartida essas indústrias têm reduzido custos consideráveis com insumos para a ETE, tais como uréia e polímeros. Além disso, as indústrias que optam por fazer esse tipo de avaliação estão sempre trabalhando de forma preventiva, prevendo de forma antecipada problemas na operação da ETE e mantendo, dessa forma, um tratamento com elevado desempenho.

É importante salientar ainda que não apenas indústrias que utilizam lodos ativados para tratar seus efluentes têm utilizado esse tipo de avaliação, mas também indústrias com ETEs do tipo MBR e MBBR têm usufruído com sucesso dessa importante ferramenta de avaliação do lodo biológico.

AMMAN, R.; GLÖCKNER, F.O. NEEF, A. 1997. Modern methods in subsurface microbiology: in situ identification of microorganisms with nucleic acid probes. FEMS Microbiology Reviews, v. 20(3-4), p. 191-200.

BENTO, A.P, et al. 2005. Caracterização da microfauna em ETE do tipo lodos ativados: um instrumento de avaliação e controle do processo. Eng. Sanit. Ambiental, v. 10(4), 329-3.

CETESB. 1992. Microbiologia de Lodos Ativados. Séries Manuais.

DA MOTTA, M. et al. 2003. Estudo do funcionamento de ETEs por análise de imagem: validações e estudo de caso. Eng. Sanit. Ambiental, v. 8(3), 170-181.

EIKELBOOM, D.H. 2000. Process control of activated sludge plant by microscopic investigation. Manual, Asis/IWA, 156 p. Londres, Reino Unido.

FREIRE, R. S. et alt. 2000. Novas tendências para o tratamento de resíduos industriais contendo espécies organocloradas. Química nova, v. 23(4), p. 504-511.

JENKINS, D., RICHARD, M., DAIGGER, G., 2003. Manual on the causes and control of activated sludge bulking and foaming. USA. 3ª Ed. 115p.

MADONI, P. et al. 1996. Toxic effect of heavy metals on the activated sludge protozoan community. Water Research, v. 30(10, p. 135-141.

NICOLAU, A. et al. 2001. Trends in the use of protozoa in the assessment of wastewater treatment. Res. Microb. v. 152, p. 621-630.

OLIVEIRA, G. S. S., ARAÚJO, C. V. M. e FERNADES, J. G. S. 2009. Microbiologia de sistemas de lodos ativados e sua relação com o tratamento de efluentes industriais: a experiência da Cetrel. Eng. Sanit. Ambiental, v. 14(2), 183-192.

POOLE, J.E.P.A. 1984. A study of the relationship between the mixed liquor fauna and plant performance for a variety of activated sludge sewage treatment works. Water Research, v. 18 (3), p. 281-287.

PUJOL, R. & CANLER, J.P. 1992. Biosortion and dynamics of bacterial population in activated sludge. Water Research, v. 26(2), p. 209-212.

SEVIOUR, R. & BLACKALL, L., 1999. The microbiology of Activated Sludge. 422 p. VAZOLLÉR, R.F. 1989. Microbiologia de lodos ativados. São Paulo: Cetesb.

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