CINÉTICA QUÍMICA E FUNDAMENTOS DOS PROCESSOS DE NITRIFICAÇÃO E DENITRIFICAÇÃO BIOLÓGICA

8/14/2019 CINTICA QUMICA E FUNDAMENTOS DOS PROCESSOS DE NITRIFICAO E DENITRIFICAO BIOLGICA

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XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitria e Ambiental

ABES - Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e Ambiental 1

I-121 - CINTICA QUMICA E FUNDAMENTOS DOS PROCESSOS DENITRIFICAO E DENITRIFICAO BIOLGICA

Eduardo S. Ferreira(1)

Engenheiro Qumico e Ps Graduado em Controle Ambiental pela Fundao Universidadedo Rio Grande - FURG. Especializado em remoo de nitrognio de efluentes lquidos,separao gua-leo, clarificao, oxidao qumica, neutralizao, tratamento biolgico etratamento de gua. Coordenou a implantao de todo tratamento de efluentes lquidos daRefinara Ipiranga, onde atua como chefe de projetos.

Endereo(1): Rua Heitor Amaro Barcellos, 551 - Rio Grande - RS - CEP: 96202-900 - Brasil -Tel: (53) 233-8131 - e-mail: [email protected]

RESUMO

A demanda crescente dos usos das guas naturais tem gerado necessidades crescentes de processos efetivos notratamentos de efluentes lquidos, e estratgias de gerenciamento dos recursos naturais. As tecnologiasdisponveis para o controle do nitrognio em efluentes industriais e domsticos tm se tornado uma poderosaferramenta tanto para a correta disposio de efluentes, como para o gerenciamento das guas.O controle do nitrognio, em efluentes lquidos, atravs da aplicao de processos biolgicos, comeou nosEstados Unidos ao final da dcada de 60, tendo sido identificado como de grande importncia, demonstradopelos efeitos adversos que as formas de nitrognio apresentam sobre os sistemas aquticos.Os processos biolgicos de remoo de nitrognio - nitrificao e denitrificao, apresentam-se com muitaeficcia e simplicidade quando comparados a mtodos fsico-qumicos como a clorao, troca inica edeslocamento com ar ( stripping ), que embora possam e devam ser utilizados em certas situaes, no so,algumas vezes, ambientalmente compatveis como os processos biolgicos. Por esta razo, os processosbiolgicos de remoo de nitrognio alm de estarem substituindo os processos fsico-qumicos, estoencontrando aplicaes crescentes, mesmo nas condies mais adversas, com melhores custos operacionais.

A cintica da nitrificao e da denitrificao pode ser considerada como o estudo dos fatores que influenciamas taxas destas reaes qumicas, e como sendo a modelagem destas taxas. O crescimento das Nitrossomonas limitado pela concentrao de amnia, e o crescimento das Nitrobacter limitado pela acumulao de nitrito.A taxa de oxidao da amnia controlada pelo crescimento das Nitrossomonas, denominado coeficiente deproduo das Nitrossomonas.A cintica da denitrificao pode ser descrita atravs de equaes, de maneira similar outras reaesqumicas por via microbiana, como a prpria nitrificao ou como a remoo de matria orgnica. A taxa deremoo de nitrato pode ser correlacionada com a frao do substrato ( expresso como DQO ) e do nitrato queso usadas para sntese da biomassa e, como a frao do nitrato que utilizada na respirao anxica e narespirao endgena.As taxas das reaes de remoo do nitrognio so fortemente afetadas pela cintica dos reatores biolgicos.Reatores tipo Plug-Flow e reatores em srie, produziro maiores taxas de denitrificao quando a ordem dareao for maior que zero.

As taxas das reaes de nitrificao so lineares com relao concentrao de nitrognio amoniacal, o que resultado da ordem zero destas reaes.Para a escolha e dimensionamento de reatores biolgicos, so necessrias as consideraes cinticas, a fim dese chegar ao sistema de lodo ativado - sistema de crescimento em suspenso, ou a fim de se chegar ao sistemade filtro biolgico - sistema de crescimento em leito fixo, tendo-se em conta a vazo de projeto, concentraesdas formas de nitrognio e matria orgnica, seleo dos coeficientes cinticos adequados aos respectivosefluentes - taxa de produo do lodo, taxas de crescimento das nitrificadoras, temperaturas dos reatores, idadedo lodo ou tempo de reteno do lodo e coeficientes de respirao.

PALAVRAS-CHAVE: Nitrificao, Denitrificao, Efluentes Lquidos, Reatores Biolgicos, CinticaQumica, Nitrognio total, Nitrognio Amoniacal, Nitrito, Nitrato.


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INTRODUO

Fazendo parte dos processos biolgicos de tratamento de efluentes, as etapas de remoo das formas denitrognio esto encontrando aplicaes crescentes medida que as diversas atividades humanas seintensificam. Neste sentido os processos biolgicos mostram-se de maneira simples, eficazes, fceis de seremprojetados e operados.

No presente trabalho sero estudados os conceitos bsicos da nitrificao e denitrificao, a cintica qumicadestas reaes biolgicas, compreendendo os diversos fatores que influenciam as taxas destas reaes, aimportncia do tipo de tratamento biolgico com relao remoo de nitrognio. Tambm serodemonstrados os principais tipos de reatores biolgicos e sua cintica especfica, com a finalidade de seestabelecer uma comparao entre os diversos tipos e entre as suas particularidades, inclusive para adaptaode sistema complementar de remoo de nitrognio em tratamentos biolgicos comuns.

A cintica dos diversos reatores biolgicos pode ser abordada partindo-se de modelos consagrados, edesenvolvida conforme cada tipo de reator, dependendo das condies existentes tanto dos efluentes brutoscomo das metas estabelecidas para lanamento de efluentes lquidos.

A adaptao de tratamentos biolgicos, com vistas remoo das formas de nitrognio - orgnica, amoniacalnitritos e nitratos, uma tarefa simples e vivel, tendo-se como ponto de partida o desempenho atual dosistema - eficcia e dados de entrada e sada, podendo ser adicionadas etapas especficas dentro do sistemabiolgico existente ou aps o mesmo para uma complementao especfica da remoo de algumas das formasde nitrognio presente.

A nitrificao e denitrificao biolgicas, sendo respectivamente a oxidao do nitrognio amoniacal e areduo dos nitratos e nitritos, levada a cabo por bactrias - seres que apresentam metabolismo especfico eprprio, o que deve ser levado em conta para se estabelecer os limites de trabalho de cada sistema detratamento quanto a sua capacidade, suas tolerncias de toxidez e carga, dentro de determinados parmetros dedimensionamento e projeto, com a finalidade de se produzirem efluentes com boa qualidade ambiental eatendendo a legislao vigente. Desta forma ser estabelecida uma compreenso a respeito dos processos esistemas de remoo de nitrognio, seus limites e limitaes, seus benefcios, sua aplicabilidade e versatilidade

diante das diversas possibilidades existentes no tratamento de efluentes lquidos de indstrias e de cidades.

CONCEITUAO E FUNDAMENTOS DA NITRIFICAO BIOLGICA

A nitrificao um processo biolgico, portanto presume a ao de seres vivos, levada a cabo por bactriasespeciais, mas que ocorrem naturalmente em sistemas onde existam condies aerbias e a presena denitrognio amoniacal.

Embora parea bastante simples este processo precisa ocorrer sob condies controladas, caso contrrio osprprios produtos do metabolismo destas bactrias causaro aumento de toxidez no meio o que muito nocivopara as mesmas.

Para entendermos melhor o que ocorre vamos ver como se processam estas reaes qumicas de oxidao por

via biolgica:

NH4OH + 2O2 HNO3 + 2H2222O ( Nitrificao ) ( equao 1 )

Este processo biolgico consiste na oxidao de amnia para nitratos, com formao intermediria de nitritos.Dois organismos autotrficos so responsveis pela transformao do nitrognio: as NITROSSOMONAS e asNITROBACTER.

NH4OH + 3/2O2 NO2 + 2H2222O ( equao 2 )As Nitrossomonas oxidam o nitrognio amoniacal para N-NO2 ( nitrito ), conforme equao 2.

NO2 + 1/2O2 NO3 ( equao 3 )

As Nitrobacter oxidam o nitrito - NO2 para nitrato - NO3, conforme a equao 3.


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A quantidade de oxignio requerida alta ( 4,6 mg O2 / mg N amoniacal ), maior que a quantidade necessriapara oxidao da DBO. Normalmente um processo favorecido por idade do lodo alta, como mostra a Figura1. Requer 7,14 mg de Alcalinidade por mg de N-NH4 oxidado, caso contrrio o pH do meio pode descer anveis txicos e inibir a nitrificao.

Nitrito ( NO2 ) acumulado durante as reaes de converso do nitrognio amoniacal quando a taxa deformao dos nitratos superada pela taxa de gerao dos nitritos. Essa condio ocorre quando as bactriasnitrificadoras esto em aclimatao ou durante sua inoculao.

Figura 1: Relao entre taxa de Nitrificao e Idade do lodo ( SRT )

A concentrao de O.D. tem influncia direta e portanto linear sobre a velocidade e a taxa de nitrificao.Taxas e velocidades timas podem ser obtidas com nveis de O.D. da ordem de 4,0 mg O2/L, desde que existauma populao tima de bactrias nitrificadoras.

A eficincia da nitrificao oscila entre 85 e 99% em condies normais, ocorrendo eficincias menores fora dasfaixas adequadas de pH , O.D. e idade do lodo, sendo o controle de pH um dos fatores mais decisivos na eficcia doprocesso devido possveis flutuaes do teor de nitrognio introduzidas pelos efluentes, gerando variaes de pH aponto de causarem inibio, enquanto que os demais fatores apresentam respostas mais lentas e mais controlveis. Ocido nitroso no dissociado ocorre em pH abaixo de 7,0, inibindo as Nitrobacter, enquanto que acima de 8,5 aamnia livre ( acima de 10 mg/L ) causar inibio das Nitrossomonas.

A nvel bioqumico o processo de nitrificao envolve muito mais do que a oxidao seqencial da amniapara nitrito, pelas Nitrossomonas, e nitrito para nitrato, pelas Nitrobacter. Varias reaes intermedirias eenzimas esto envolvidas no processo. Alm disso deve ser considerada a resposta dos organismosnitrificadores s condies do ambiente em que se encontram. Esta informao tem importncia no projeto deprocesso dos sistemas de nitrificao que assegure que as nitrificadoras sejam capazes de ter atividadesmetablicas eficientes.

A reao estequiomtrica para oxidao de amnia a nitrito, pela Nitrossomonas :

NH4 + 3/2O2 2H+ + 2H2222O + NO2 ( equao 4 )

A liberao de energia livre desta reao, nas condies interiores da clula, tem sido estimadas estar entre 58

e 84 Kcal/mol de amnia. A reao de oxidao do nitrito a nitrato :NO2 + 1/2O2 NO3 ( equao 5 )

Influncia da Idade do Lodo na Nitrificao

0

20

40

60

80

100

120

140

160

15 20 21,3 22,5 23,5 25 30 32 35

SRT Aerbio

ConcentraoNitrognio

AmoniacalnoEflu

ente,mg/L


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Esta reao libera, conforme estimativas de pesquisadores, de 15,4 a 20,9 Kcal/mol de nitrito, nas condiestipicamente encontradas no interior das clulas microbianas.

Assim as Nitrossomonas obtm mais energia por mol de nitrognio oxidado do que as Nitrobacter. Seassumirmos que a produo de novas clulas proporcional energia liberada, concluiremos que existir uma

quantidade maior de Nitrossomonas formadas do que de Nitrobacter, por mol de nitrognio oxidado.

A reao global de oxidao da amnia, obtida pela soma das duas equaes anteriores, :

NH4 + 2O2 NO3 + 2H+ + H2222O ( equao 6 )

As equaes que representam a sntese das Nitrossomonas e Nitrobacter, assumindo que sua frmula emprica C5H7NO2, so as seguintes:

13NH4 + 15CO2 10NO2 + 3C5H7NO2 + 23H+ + 4H2222O ( equao 7 )

Nitrossomonas

10NO2 + 5CO2 + NH4 + 2H2O 10NO3 + C5H7NO2 +H+ ( equao 8 )

Nitrobacter

As clulas bacterianas crescem combinando as reaes que produzem energia como aquelas que envolvemsntese celular. A eficincia dos microorganismos em converter a energia liberada em biomassa mostra comoestas equaes so combinadas. A eficincia pode ser medida em termos de produo celular ( yield - Y ),expressa como massa celular produzida por massa de substrato utilizada, ou seja massa de SSV produzida pormassa de amnia ou nitrito oxidada.

Os valores de produo celular - Y calculados das relaes tericas de liberao de energia so 0,29 g SSV/gN-NH4 e 0,084 g SSV/g NO2. Os valores de produo celular em experimentos so menores: 0,04 a 0,13 gSSV/g N-NH4 e 0,02 a 0,07 g SSV/g N-NO2. Assim sendo, os valores prticos so mais baixos por que umafrao da energia livre liberada pela oxidao desviada para a manuteno de funes microbianas. Aproduo total de nitrificadoras, quando se considerar nitrificao como processo de nica etapa na oxidao

de amnia para nitrato, de 0,06 a 0,20 g SSV/g N-NH4 oxidada.

Os valores prticos de produo celular variam conforme variarem as condies ambientais e com mudanasna taxa de crescimento das clulas microbianas, e so o crescimento lquido das clulas microbianas, levandoem conta o processo de decaimento endgeno. O efeito do decaimento endgeno, no entanto, consideradocomo no significante, gerando a incerteza na estimativas da produo efetiva de Nitrossomonas.

As equaes para sntese das nitrificadoras, com produo de 0,08 g SSV/gN-NH4 e 0,07 g SSV/g N-NO2, soas seguintes, respectivamente:

1,00NH4 + 1,44O2 + 0,0496CO2 0,990NO2 + 0.01C5H7NO2 + 1,99H+ + 0,970H2222O ( equao 9 )

1,00NO2 + 0,00619NH4 + 0,031CO2 + 0,0124H2O + 0,50O2 0,00619C5H7NO2 + 1,00NO3 + 0,00619H+ ( equao 10)

A combinao destas equaes d a reao global que representa a nitrificao:

1,00NH4 + 1,89O2 + 0,0805CO2 0,984NO2 + 0.0161C5H7NO2 + 1,98H+ + 0,952H2222O ( equao 11 )

As conseqncias desta equao nos projetos de sistemas de nitrificao so importantes, por seremsignificativas. Os coeficientes estequiomtricos implicam que a cada mol de amnia removida, o processorequer significativas quantidades de oxignio, produz pouca quantidade de biomassa, e resulta numasubstancial destruio da alcalinidade, atravs da produo de ons hidrognio. Como exemplo, de acordo coma equao acima, a sntese e oxidao de 50 mg/L de N-NH4 ( eqivalente a 64,25 mg/L NH4 ) resulta em:

Consumo de 216,0 mg/L de oxignio Produo de 6,50 mg/L de organismos nitrificadores

Destruio de 353,5 mg alcalinidade ( como CaCO3 )


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Os valores utilizados e geralmente aceitos na prtica para projetos de sistemas de nitrificao so os seguintes,apresentados na tabela 1:

Tabela 1: Coeficientes e parmetros de projeto.Parmetro Equao Coeficiente

Utilizao de Oxignio

Produo de Biomassa

Alcalinidade destruda

g O2 requerido/g N-NH4

g SSV nitrificadoras produzidas/g N-NH4

g alcalinidade (CaCO3)/g N-NH4

4,6

0,1

7,1

O coeficiente de utilizao de oxignio de 4,6 bastante conservativo, uma vez que ele considera apenas aenergia da reao, sem considerar a parcela de nitrognio que utilizada para sntese celular.

Ressaltamos a que, na maioria dos sistemas de nitrificao, em tratamento de efluentes, outros compostosbiodegradveis tero influncia no coeficiente global de utilizao do oxignio, produo de biomassa edestruio da alcalinidade.

As reaes de nitrificao tomam lugar em ambientes aquosos. Assim a produo de cidos livres (H+) e oconsumo do dixido de carbono (CO2) deslocaro o equilbrio do sistema do cido carbnico aquoso, podendoafetar o pH do reator de nitrificao, que por sua vez, afeta a taxa de crescimento das nitrificadoras.

Cintica da Nitrificao

Nas reaes de nitrificao, acima demonstradas, a cintica pode ser considerada como o estudo dos fatoresque afetam as taxas destas reaes, e suas justificativas. A remoo de amnia ocorre atravs de sntesemicrobiana e oxidao a nitrito e nitrato. As expresses cinticas sero apresentadas para descrever melhor astaxas de crescimento das nitrificadoras e de oxidao da amnia, e o impacto que o nmero de fatoresambientais tm na performance destas taxas sero tambm considerados. Outros fatores podem ser citados,como a relao entre o carbono orgnico alimentado e o nitrognio, limitaes difusionais e a influncia dezonas redutoras, sendo estas ltimas relativas ao aporte de oxignio.

O crescimento das Nitrossomonas limitado pela concentrao de amnia, enquanto que o crescimento dasNitrobacter limitado pela concentrao de nitrito. A equao cintica proposta por Monod usada paradescrever a cintica do crescimento biolgico tanto de uma como de outra espcie:

SK

S

S + ' ( equao 12 )

onde:

= taxa de crescimento especfica de microorganismos, d-1

= taxa mxima de crescimento especfica de microorganismos, d-1

KS = coeficiente de meia-saturao ou meia-velocidade, mg/LS = concentrao de substrato limitante ao crescimento, mg/L

O coeficiente KS equivalente concentrao de substrato limitante do crescimento na metade da taxamxima especfica de crescimento microbiano. O nitrito, em sistemas operando em equilbrio, no acumulado devido a taxa mxima de crescimento das Nitrobacter ser consideravelmente maior do que a taxamxima de crescimento das Nitrossomonas e pelos valores de KS serem menores que 1 mg/L para ambosmicroorganismos, em temperaturas abaixo de 20 C.

A taxa de crescimento das nitrificadoras pode ser modelada utilizando-se a converso de amnia a nitritocomo etapa limitante:

NK

N

NN

+ ' ( equao 13 )


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N = taxa de crescimento especfica de Nitrossomonas, d-1

N = taxa mxima de crescimento especfica de Nitrossomonas, d-1

KN = coeficiente de meia-saturao para Nitrossomonas, mg/L N-NH4+

N = concentrao de amnia, mg/L N-NH4+

Apesar da equao de Monod ser a mais largamente aceita como uma aproximao para descrever a cinticado crescimento microbiano e ser utilizada para projetos de nitrificao, ela apresenta certas deficinciastericas. Estas existem quando a expresso usada para descrever processos onde existam mltiplas condieslimitantes de substrato, como crescimento microbiano limitado por amnia ou por oxignio sob transientecomparado com estado de equilbrio, e grupos mltiplos de microorganismos associados. A equao deMonod pode ser aplicada em cintica de nitrificao desde que as resistncias difusional ou de transferncia demassa, a competio entre heterotrficas e nitrificadoras e as condies transientes possam algumas vezesnegar que a converso de amnia para nitrito a etapa limitante da taxa, no processo de nitrificao.

A taxa de oxidao da amnia controlada pelo crescimento de Nitrossomonas e expresso como estecrescimento como coeficiente de produo de Nitrossomonas ( YN ).

A relao entre a taxa de oxidao e a taxa de crescimento das Nitrossomonas pode ser escrita da seguinte

maneira:

NK

Nqq

N

N

N

N

+=

= '

N

( equao 14 )

qN = taxa de oxidao de amnia, g N-NH4+ oxidada / g SSV - d-1

qN = taxa mxima de oxidao de amnia, g N-NH4+ oxidada / g SSV - d-1

YN = coeficiente produo microorganismos, g Nitrossomonas/g N-NH4+ removida.

O crescimento dos microorganismos pode ser expresso em funo do seu tempo de gerao, que para asbactrias heterotrficas - responsveis pela oxidao carboncea, so de 10 a 20 vezes menor que o tempo de

gerao das bactrias nitrificadoras devido taxa de crescimento lenta destas, o que exige um tempo dereteno de slidos ou idade do lodo mais alto. Tempos de reteno abaixo do mnimo, provocam adesconcentrao da populao de nitrificadoras carreadas juntamente com o lodo biolgico, atravs dosdescartes de rotina.

A Idade do Lodo - calculada pela relao entre a massa total de bioslidos do sistema e a massa total debioslidos descartada:

= MSSV / D ( equao 15 )

MSSV = Volume Biomassa em aerao * MLSSVD = Descartes = Volume desc. * Conc. MLSSV no descarte

No equilbrio, os slidos que deixam o sistema devem ser iguais aos slidos produzidos. Entretanto, a taxa decrescimento e a idade do lodo dos microorganismos no sistema apresentam a seguinte relao:

1/ = N - bN = N ( equao 16 )

N = taxa lquida especfica de crescimento das nitrificadoras, d-1

bN = coeficiente de decaimento endgeno para as nitrificadoras, d-1

Quando se trata de organismos nitrificadores, bN considerado desprezvel, e neste caso, a taxa de crescimentoespecfico igual taxa lquida de crescimento especfico.

Valores para a taxa mxima de crescimento para as Nitrossomonas e os coeficientes de meia-saturaocorrespondentes, temperatura constante de 20 C, so os apresentados na tabela 1:


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Tabela 2: Taxa mxima de crescimento das Nitrossomonas e coeficientes de meia saturao.N KN1,32 3,60,84 1,01,62 0,6

Quando KN baixo em relao ao nvel de amnia, a taxa de crescimento das nitrificadoras e a taxa deoxidao de amnia so independentes da concentrao de amnia, o que significa que as Nitrossomonas vocrescer com taxa mxima, em sistemas de lodos ativados com reatores de mistura completa. Quando o nvel deamnia maior do que os valores de KN, a cintica das reaes fica prxima da primeira ordem, isto , a taxade crescimento dependente da concentrao de substrato. Mas a independncia da taxa de crescimento comrelao concentrao do substrato, tem sido relatada por pesquisadores como seguindo uma cintica deordem zero.

O nmero de fatores ambientais influencia significativamente a taxa de crescimento das nitrificadoras,impactando a tempo de residncia requerido para garantir suficiente desenvolvimento e reteno dasnitrificadoras no sistema de tratamento biolgico. Enquanto que fatores que afetam a cintica do processopodem no influenciar intrinsecamente a taxa de crescimento, eles afetaro a seleo de valores do projeto deprocessos.

As bactrias nitrificadoras - Nitrobacter e Nitrossomonas, muito sensveis toxidez do meio e, principalmentes variaes desta toxidez introduzida pelos efluentes a serem tratados, podem se estabilizar e se estabelecerem um tratamento biolgico, desde que sejam bem conhecidas a cintica do processo e os efeitos que osinterferentes causam na converso do nitrognio amoniacal a nitrito e a nitrato,

Efeito da Temperatura

O processo de nitrificao ocorre numa larga faixa de temperatura, de 4 a 45 C, sendo a temperatura timapara Nitrossomonas igual a 35 C, e de 35 a 42 C como tima para as Nitrobacter. Este processo fortementedependente da temperatura.

Estimativas conservativas para a taxa mxima de crescimento da Nitrossomonas, numa faixa de temperaturade 10 a 30 C, so apresentadas a seguir:

Tabela 3: Influncia da temperatura sobre a taxa mxima de crescimento das Nitrossomonas.Temperatura, C N, d

-1

10 0,3

20 0,6530 1,2

Devemos destacar que estas taxas de crescimento so bastante difceis de serem obtidos de forma concreta econclusiva. Entre a tabela acima e a anterior encontramos diferenas razoveis devido serem valores coletadosde diferentes fontes de literaturas.

Os valores de N apresentados acima esto de acordo com a equao de vant Hoff - Arrhenius, a qual predizque a taxa de crescimento dobra a cada 10C de aumento de temperatura.

A taxa de nitrificao decresce acima de 30 - 35C. Esta faixa de temperatura limitada pelo resultado de doisprocessos interativos: o aumento antecipado da taxa de reao com a temperatura e a desnaturao deprotenas acima da temperatura crtica. Para propsitos de projeto, uma expresso tipo Arrhenius do efeito datemperatura na taxa mxima de crescimento das Nitrossomonas, numa faixa de temperatura de 5 a 30C, aseguinte, e seu respectivo grfico:

N =0,47 e0,098(T - 15) ( equao 17 )


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Figura 2: Relao entre taxa de Nitrificao e Temperatura.

Para KN tem sido relatado a variao de acordo com a expresso tipo Arrhenius, mas os valores baixos destecoeficiente e faixa reportada destes valores, mesmo em temperatura constante, levam a se escolher um valorconstante de 1,0 mg/L N-NH4

+ assumido para projetos.

Efeito da Concentrao de Oxignio Dissolvido

A concentrao de oxignio dissolvido - OD tem efeito significante nas taxas de crescimento dasnitrificadoras, em tratamentos biolgicos. A modelagem do crescimento das Nitrossomonas, atravs daequao de Monod, com OD sendo concentrao limitadora do crescimento, os valores para os coeficientes demeia-saturao tem sido relatados estejam na faixa de 0,15 a 2,0 mg/L OD. Estes coeficientes crescem com oaumento de temperatura.

A relao entre o OD e a cintica da nitrificao apresenta as seguintes relaes:

O valor de OD para o qual a nitrificao limitada pode ser de 0,5 a 2,5 mg/L, tanto em sistemas decrescimento suspenso como naqueles de crescimento agregado, em condies de equilbrio,dependendo do grau do transporte de massa ou resistncia difusional, e do tempo de reteno dosslidos.

Um alto tempo de reteno de slidos pode ser necessrio para garantir nitrificao completa em baixasconcentraes de OD, e para condies onde a resistncia difusional seja significante.

Sob condies transientes de carga orgnica de choque, as resistncias difusionais e a competio dasheterotrficas com as nitrificadoras podem aumentar o valor limitante do OD significativamente.

Tambm sob condies transientes, a converso do nitrito a nitrato pode tornar-se a etapa limitante dataxa no, no processo de nitrificao. Em tais condies a acumulao do nitrito no correlacionada combaixos valores de OD.

Podemos concluir que a taxa de crescimento das Nitrossomonas no est limitada em nveis de OD acima de1,0 mg/L, mas na prtica, requerido um OD maior do que 2,0 mg/L. Quando em projetos de sistemas de

aerao ou injeo de oxignio em um sistema de crescimento suspenso (lodo ativado, orbal, etc.)

Efeito da Tem peratura na Oxidao da Am nia

0

0,5

1

1,5

2

2,5

5 10 15 20 25 30

Tem peratura, C

Crescimentomximo

Nitrossomonas


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recomendado que o nvel mnimo de OD seja estipulado em 2,0 mg/L, em todo tempo e atravs do reatorbiolgico para se prever picos de carga de amnia, no reator biolgico.

Se o transporte de massa ou resistncia difusional so caractersticas inerentes do reator de nitrificao, comono caso de reatores de crescimento agregado, o nvel de DO alcanvel no projeto de adio de oxignio deve

ser alto.

Efeito do pH e Alcalinidade

Quando a equao que descreve o processo completo de nitrificao escrita no contexto do sistema cidocarbnico, uma substancial destruio de alcalinidade obtida. Tem sido mostrado que, numa faixa de pH de 5a 8, em um reator biolgico aquoso, o pH de equilbrio deste reator ser governado pela quantidade de CO 2 ealcalinidade presentes no sistema. Nveis altos de pH devem ser mantidos com baixos nveis de alcalinidadeem reatores biolgicos onde ocorre liberao ( stripping ) de CO2. Em sistemas fechados, onde no ocorre asada do CO2, a alcalinidade do efluente deve ser dez vezes maior do que a quantidade de amnia nitrificada,de modo a manter o pH acima de 6,0. Teoricamente a taxa de destruio da alcalinidade de 7,1 mg CaCO3por mg de amnia oxidada. A destruio de alcalinidade observada geralmente igual ou menor do que aterica.

As condies de pH dos reatores biolgicos tem um efeito significante na taxa de nitrificao. O grau deaclimatao a um pH correspondente demonstrado na figura 3. Uma larga faixa de pH tem sido relatadacomo adequada. Quando o pH move-se para o lado cido, declina a taxa de oxidao da amnia. Estatendncia tem se mostrado como verdadeira tanto em culturas aclimatadas como nas no aclimatadas. O efeitodo pH mostra-se muito mais como inibitrio do que como txico, em pH menor que 6, embora muitospesquisadores afirmem que, nestas situaes, o cido nitroso txico tanto s Nitrossomonas como asNitrobacter, conforme mostra a tabela 4, onde os valores limites equivalentes foram calculados.

Para fins de projeto, suficiente levar em considerao que a taxa de nitrificao pode cair significativamentese o pH reduzido abaixo da zona neutra, e que para uma tima performance o melhor manter o pH na faixade 6,5 a 8,0. A aclimatao das nitrificadoras atenua os efeitos do pH, dentro da zona especificada.

Figura 3: Influncia do pH na Taxa de Nitrificao

Efeito dos Inibidores

Os organismos nitrificadores so suscetveis a uma imensa srie de inibidores orgnicos e inorgnicos. Comoregra geral de aclimatao, as nitrificadoras podem adaptar-se a muitos inibidores, desde que estes estejamconstantemente presentes no reator biolgico. A inibio da nitrificao pode ocorrer atravs da interferncia

I n f l u n c i a d o p H n a T a x a d e N i t r i f i c a o

0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

1 2 0

5 5 , 5 6 6 , 5 7 7 , 5 8 8 , 5 9 9 , 5 1 0

p H

%M

x

.TaxadeNitrificao


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com o metabolismo celular ou com as reaes oxidativas. Qualquer que seja o mecanismo da inibio, fundamental quando isto ocorre que se estabelea uma metodologia, para determinar as causas potenciais dainibio do sistema biolgico.

A tabela a seguir mostra uma lista de substncias orgnicas que causam algum grau de inibio. Entretanto

devemos tomar cuidado quando interpretarmos as concentraes de compostos inibitrios de literaturas, pois aaclimatao pode ocorrer e remover efetivamente o efeito inibitrio.

Tabela 4: Compostos inibidores da nitrificao.Composto Concentrao que gera 50% inibio, mg/L

Acetona 2.000

Dissulfeto de Carbono 38

Clorofrmio 18

Etanol 2.400Fenol 5,6

Etileno diamina 17

Hexametileno diamina 85

Anilina < 1

Monoetanolamina < 200

Determinadas substncias inorgnicas, incluindo alguns metais, so inibitrios para as nitrificadoras. Os

metais pesados, em concentraes da ordem de 10 a 20 mg/L pode ser bem tolerados pelas nitrificadorasdevido a baixa concentrao inica destes metais nas faixas de pH de 7,5 - 8,0. Os compostos inorgnicosidentificados como inibidores potenciais da nitrificao so os seguintes: Zinco, Cianetos, Percloratos, Cobre,Mercrio, Cromo, Nquel, Prata, Cobalto, tiocianatos, azida de sdio, hidrazina, cromato de potssio, Cdmio,Arsnico trivalente, Fluoretos, Chumbo.

Os organismos nitrificadores so sensveis a certas formas de nitrognio, como amnia no-ionizada ouamnia livre e cido nitroso livre, acima de determinados limites. A amnia livre comea a inibio dasNitrossomonas em concentraes de 10 - 150 mg/L e da Nitrobacter na faixa 0,1 - 1,0 mg/L. O cido nitrosolivre inicia a inibio das Nitrossomonas e Nitrobacter na faixa de concentrao de 0,22 - 2,8 mg/L. Asconcentraes tanto do cido nitroso livre como da amnia livre so diretamente dependentes do pH e datemperatura, e das concentraes respectivas, tanto da parcela livre como a ionizada, de amnia e nitrito,conforme os seguintes equilbrios qumicos:

NH4+ + OH- NH3 + H2222O ( equao 18 )Reao de formao de amnia livre

H+ + NO2- HNO2 ( equao 19 )

Reao de formao do cido nitroso

Os nveis limite de amnia livre mais amnia ionizada e de nitrito mais cido nitroso, nos quais pode comeara inibio, num pH de 7,0 e temperatura de 20 C, so os seguintes:


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Tabela 5: Compostos inibidores da nitrificao.Concentrao Inibitria, mg/L Amnia Equivalente livre mais

ionizada, mg/LNitrito Equivalente livre mais

ionizado, mg/L

AMNIA LIVRE

10 (inibe Nitrossomonas ) 1000

0,1 ( inibe Nitrobacter ) 20

CIDO NITROSO LIVRE

0,22 ( inibe Nitrificao ) 280

Os valores calculados e apresentados acima, para inibio da nitrificao em pH de 7,0 e temperatura de 20 C,mostram que improvvel a inibio da nitrificao como resultado da presena de amnia e nitrito livres,quando o sistema biolgico opera em equilbrio. Entretanto descargas de correntes mais concentradascontendo estas formas de nitrognio podem causar inibio.

Efeito da relao entre a Carga orgnica e Nitrognio alimentados

O efeito da relao C:N, onde o carbono a frao biodegradvel da carga orgnica, um dos fatores crticosque afetam o projeto de sistemas de nitrificao. Normalmente, nos sistemas biolgicos com nitrificao, aquantidade de matria orgnica alimentada serve para manter o crescimento das bactrias heterotrficas. A

taxa de produo das heterotrficas muito maior que a das nitrificadoras, e com isto as nitrificadoras podemser carreadas para fora do sistema biolgico devido descartes para controle ou da idade do lodo ou do nvelde slidos suspensos totais. Assim para se conseguir uma populao suficiente de nitrificadoras a Idade doLodo ( ou tempo de reteno dos slidos ) deve ser superior ao tempo de reteno de slidos para nitrificao.

A taxa especfica de crescimento das bactrias autotrficas pode ser expressa como:

H = 1/C = YH*qH- bH ( equao 20 )

H: taxa lquida especfica de crescimento das heterotrficas, (dias)-1

C: tempo de reteno de slidos, diasYH: coeficiente de produo das heterotrficas, g SSVqH: taxa de remoo da carga orgnica, g DBO/g SSV - dia

bH: coeficiente de decaimento, (dia)-1

A taxa de remoo da carga orgnica definida como:

qH = S0 - S1/X1*t ( equao 21 )

S0: alimentao de carga orgnica - DBO, mg/LS1: DBO solvel no efluente, mg/LX1: slidos suspensos volteis no reator, mg/Lt: tempo de reteno hidrulica do reator, dias

As equaes acima demonstram que uma vez selecionado C, o qual governado pela taxa de crescimento dasnitrificadoras, o tempo hidrulico de reteno requerido e os slidos suspensos volteis dependero da

concentrao de matria orgnica biodegradvel alimentada, desde que YH e bH sejam assumidos comoconstantes e S1 seja mnimo em todo reator onde a nitrificao est acontecendo.


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Uma outra expresso determina a taxa de oxidao da amnia, considerando-se a nitrificao como cintica deordem zero ( KN


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O transporte de massa ou a resistncia difusional podem influenciar a nitrificao das seguintes maneiras:

Eles pode negar que a converso da amnia para nitrito seja assumida como a etapa limitante doprocesso de nitrificao.

Eles aumentaro o tempo de reteno de slidos.

Eles influenciaro o valor do oxignio dissolvido no lquido volumoso ( bulk liquid ) na qual a taxa denitrificao limitada.

Estas observaes nos mostram que atravs das equaes anteriormente desenvolvidas e das relaesqualitativas descrevendo o efeito dos vrios fatores ambientais na nitrificao, so aplicveis em sistemasinfluenciados por transporte de massa ou resistncias difusionais, resentadas na ivre o

Entretanto as relaes de projeto de reatores esto consistentes com os modelos de biofilmes desenvolvidoscom base na estequiometria.

Tem sido encontrado que as condies nas proximidades de um microorganismo, em um biofilme, no so asmesmas do aquelas medidas no lquido dos espaos vazios. A concentrao dos substratos dentro do biofilmevaria com a profundidade, e so significativamente menores do que no lquidos dos vazios, desde que estes

substratos consigam ser transportados at a superfcie do biofilme e tambm atravs do mesmo. Sendo istoverdadeiro tanto para o OD como para o nitrognio amoniacal, baixas concentraes dentro do biofilmepodem resultar em baixas taxas de nitrificao do que poderia ser previsto com base nas concentraes deamnia no lquido e na quantidade de biomassa fixada.

Figura 4: Relao entre taxa de Nitrificao e Temperatura.

A figura 4 uma representao esquemtica do modelo da teoria do filme normalmente usada para representarum biofilme. O modelo considera tanto as limitaes de transporte interna como externa. A misturaincompleta do lquido nos vazios com a fase lquida adjacente superfcie do biofilme, indica que resistncias

externas transferncia de massa uma importante considerao. Limitaes externas de transporte ocorremquando o substrato obrigado a se difundir atravs de um filme lquido estagnante na superfcie onde se fixa ocrescimento do biofilme. Para ocorrer a difuso, tem que existir um gradiente de concentrao. O fluxo dematerial atravs desta camada pode ser representado pelo seguinte modelo:

J = A*D*(S/L) ( equao 26 )

J = Fluxo mssico [ massa/volume ]A = rea superficial do biofilme [ rea - comprimento ]D = Coeficiente de difuso do componente analisado [comprimento / tempo ]S = Diferena concentrao de substrato entre o lquido e o filme de lquido na superfcie do biofilme

[ massa / comprimento ]L = Espessura do biofilme [ comprimento ]

SUPORTEDOBIOFILME BIOFILME CAMADA DE

DIFUSOLQUIDO

Xf Ss

SfSW S = CONCENTRAO

DE SUBSTRATO

Lf, Espessura do Biofilme L, Espessura Camada de Difuso

Sb


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Conforme indicado na equao 26, a concentrao do substrato na superfcie ser menor do que aconcentrao no lquido vazio - lquido fora do biofilme. Aps atingir a superfcie do biofilme, o substratopode se difundir atravs do biofilme para encontrar os microorganismos aderidos ao suporte fixo. Esta etapareduzir posteriormente a concentrao de substrato dentro do biofilme, requerendo ento um gradiente deconcentrao.

O modelo de biofilme mostra que a taxa de oxidao da amnia em sistemas de biofilme ou de crescimentoagregado no so to fortemente influenciadas por efeitos ambientais adversos como os sistemas decrescimento de slidos em suspenso. O modelo do biofilme tambm mostra que a concentrao de OxignioDissolvido, no lquido, deve ser 2,7 vezes maior que a concentrao de nitrognio amoniacal para prevenirtransferncia de oxignio em taxas de nitrificao limitantes em sistemas de crescimento agregado.

Consideraes sobre os Processos de Nitrificao Biolgica

Foi citado anteriormente a influncia da relao C:N - carbono para nitrognio na alimentao, como sendoum fator crtico para os sistemas biolgicos com nitrificao, onde o carbono representa a Demada Biolgicade Oxignio ( DBO5 ). Assim estes processos biolgicos podem ser classificados e considerados em funo darelao C:N. Um sistema chamado como Nitrificao pode ser classificado como oxidao carboncea-

nitrificao, em uma nica etapa de tratamento, desde que a relao C:N situe-se em torno de 4 a 5. Abaixodeste valor, deve ser considerado um sistema em separado ou um sistema de duas etapas.

Os reatores biolgicos de nitrificao podem ser considerados de acordo com a natureza de seu crescimento dabiomassa. Os sistemas de Lodos Ativados suspendem os slidos biolgicos dentro do reator atravs de ummecanismo de mistura, o qual pode ser designado como reator de crescimento biolgico suspenso. Os reatoresonde o crescimento biolgico ocorre sobre um meio slido, ou dentro dele, em poros ou canais, podem serchamados reatores de crescimento agregado ou suportado, ou reatores biolgicos de filme fixo. Algunsreatores contm filmes microbianos em suspenso resultantes da adio de partculas finas - inertes ou ativas,com finalidade de se conseguir stios de crescimento microbiano, com acontece com carvo ativado em pquando adicionado a um tratamento de lodos ativados. Estes reatores so considerados como de crescimentosuspenso e seguem este tipo de cintica. Em certos sistemas de nitrificao, o crescimento de biomassa tantoem meios suportados como suspensos promovido no reator, como o caso da suspenso de partculas de

espuma plstica no reator: o crescimento agregado ocorre na superfcie e no interior das partculas de plsticoenquanto que o crescimento suspenso ocorre na parte lquida do reator

Existem muitas configuraes diferentes de sistemas de crescimento suspenso e agregado e combinaesdestes dois tipos. Novas configuraes esto sempre surgindo, sendo as principais as seguintes - utilizadaspara se conseguir a nitrificao em tratamentos biolgicos:

Lodos Ativados: Reatores Plug Flow, aerao estendida, mistura completa, valos de oxidao, estabilizaode contato, reatores de alimentao escalonada, oxignio de alta concentrao, reatores seqenciais embatelada, carvo ativado em p.

Reatores de Filme Fixo: Contactores biolgicos rotativos, filtro biolgico, reatores de recheio, filtrobiolgico aerado, leito fluidizado.

Reatores de Crescimento Combinado: Lodo ativado mais contactor biolgico rotativo, suporte de baixadensidade mais lodo ativado.

FUNDAMENTOS E CONCEITUAO DA DENITRIFICAO BIOLGICA

Processo que tem como reao a converso das formas oxidadas de nitrognio - nitrato - N-NO3 e nitrito - N-NO2, em nitrognio gasoso atravs da oxidao da matria orgnica ( carbono ) oriunda de fontes de carbonoorgnico presente no prprio efluente sob a forma de DBO. Seu requisito o baixo nvel de O.D. disponvelno meio, de tal forma que os microorganismos utilizam o oxignio do N-NO 3 e do N-NO2 para respirao, aoinvs do oxignio do ar. Acima de 1,0 mg/L de O.D. a denitrificao inibida pela maior facilidade deutilizao do O2.

6NO3+ 5C*H3* 5CO2 + 3N2 + 8H2O ( Denitrificao ) ( equao 27 )


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As formas de nitrognio presentes no efluente bruto precisam ser convertidas de nitrognio orgnico emnitrognio amoniacal, para que as nitrificadoras o convertam em nitritos e nitratos. Uma ampla faixa debactrias facultativas heterotrficas utilizam o oxignio quimicamente ligado ao N-NO2 e N-NO3 paraoxidao de matria carboncea. Este processo denominado denitrificao anxica. Anxico significa meioaerbio com ausncia de oxignio livre. A figura 2 mostra a relao da denitrificao com a remoo de DBO.

A denitrificao biolgica envolve a reduo, por via biolgica, do nitrato a nitrito e nitrito a nitrogniogasoso. O nitrito e o nitrato fornecem oxignio para respirao microbiana da prpria reao de denitrificao.Assim sendo, a condio adequada para a denitrificao - oxignio ausente mas nitrato presente, comumentechamada de anxica.

Muitos microorganismos presentes em sistemas de tratamento de efluentes por lodos ativados sodenitrificadores, mesmo em sistemas no dimensionados para operar com denitrificao. A presena destesorganismos, nestes sistemas, deve-se por seu carter facultativo, isto , eles podem utilizar oxignio ou nitratocomo aceptor de eltrons. As denitrificadoras podem proliferar em sistemas aerbios graas sua habilidadede utilizar o oxignio para oxidar a matria orgnica de forma eficiente.

Metabolismo

No processo de respirao, o nitrato e o nitrito agem como aceptores de eltrons na cadeia respiratria detransporte de eltrons, da mesma forma que o oxignio. Esta cadeia de transporte mecanismo bsico degerao de energia pelas clulas. O processo consta da transferncia de eltrons de um doador de eltrons (substrato orgnico ) ao aceptor de eltrons ( oxignio, nitrato, nitrito, sulfato ). O nitrito e o nitrato podemservir como substitutos do oxignio nesta cadeia com algumas mudanas no processo metablico, ou seja aproduo enzimtica das bactrias.

As populaes microbianas se utilizao da forma mais eficiente de gerao de energia. Isto mostra que, napresena de oxignio, este ser usado preferencialmente do que o nitrato e, na ausncia de oxignio, o nitratoser utilizado preferencialmente em relao ao sulfato. As bactrias redutoras de sulfato no competeefetivamente com as redutoras de nitrato. A reduo do sulfato, e a conseqente produo de odores ( sulfetode hidrognio ) no ocorre normalmente em sistemas de tratamento com condies anxicas.

O mecanismo controlador nas denitrificadoras, que permite consumir oxignio via O.D. ou via nitrato, asntese das enzimas requeridas para a denitrificao. Em culturas puras, onde o oxignio livre inibe a formaodestas enzimas, um tempo de duas a trs horas suficiente para estas enzimas serem sintetizadas, quando asclulas saem de um ambiente aerbio para um ambiente anxico. Outro mecanismo controlador dadenitrificao atividade enzimtica. O oxignio pode inibir a atividade das enzimas denitrificadoras,bastando uma concentrao de 0,2 mg/L para inibir culturas puras. Em sistemas de lodos ativados recomendado um nvel mximo de oxignio dissolvido de 1,0 mg/L. As pesquisas com lodos ativados temmostrado que as enzimas denitrificadoras podem estar presentes mesmo em sistemas que no operem emcondies anxicas.

A denitrificao pode ocorrer, paralelamente nitrificao e em sistemas aerbios de lodos ativados. Istopode ser devido formao de zonas pobres em oxignio, criando zonas anxicas no interior dos flocos das

colnias de lodo ativado, com o aporte de nitrato nestas zonas, favorece a ocorrncia da denitrificao, quetambm pode ocorrer em clarificadores, onde a disponibilidade de oxignio escassa e a de nitrato mais alta,oriunda das zonas de nitrificao aeradas.

A listagem de compostos orgnicos, que podem servir como substratos orgnicos ou doadores de eltrons,para denitrificao bastante extensa. Qualquer composto oxidvel pelo oxignio pode servir como doador deeltrons ao nitrato, que funciona como aceptor de eltrons. Os compostos orgnicos podem ser os seguintes:

Acar ( sacarose ) lcoois, metanol e etanol Acido actico Substncias, presentes como carga orgnica, em efluentes lquidos e esgotos domsticos Resduos e despejos orgnicos, como o resduo oleoso da Flotao a Ar Dissolvido


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NETYN

DQO

.134,11

86,2

=

Estequiometria da Denitrificao

As equaes estequiomtricas da denitrificao pode ser usada para clculo da massa do doador ( substrato ) edo aceptor ( oxignio, nitrato, nitrito ) de eltrons e a massa de clulas produzidas dentro do processobiolgico.

O2 + H+ + e- H2O ( equao 28 )

1/5NO3 + 6/5H+ + e- 1/10N2 + 3/5H20 ( equao 29 )

1/3NO2 + 4/3H+ + e- 2/3H2O + 1/6N2 ( equao 30 )

Oito gramas de Oxignio ( x 32 g O2 /mol ) so equivalentes a 2,86 ( 1/5 x 14 g N/mol ) deNitrognio-Nitrato. A reduo de 1 g N-NO3 eqivale a reduo de 2,86 g O2.

A reduo dos aceptores de eltrons ( oxignio, nitrato ou nitrito ) requer uma doao de eltrons, que pode sertanto a matria orgnica presente nos efluentes como um substrato adicionado ao sistema. A fonte de carbonomais comumente usada o metanol quando a denitrificao realizada em um estgio separado. A meia-

reao para o metanol como doador de eltrons :

1/6CH3OH + 1/6H2O 1/6CO2 + H+ + e- ( equao 31 )

NO3 + 5/6CH3OH 5/6CO2 + N2 + 7/6H2O + OH- ( equao 32 )

De acordo com a ltima reao 1,9 g metanol requerida por grama de nitrognio-nitrato reduzida.

A seguinte equao calcula a quantidade necessria de metanol para reduzir nitrato, nitrito e algum oxigniopresente:

M = 2,47 N-NO3 + 1,53 N-NO2 + 0,87 O.D. ( equao 33 )

M : Metanol, mg/LN-NO3: Nitrato removido, mg/LN-NO2: Nitrito removido, mg/LO.D.: Oxignio dissolvido removido, mg/L

A equao 33 mostra que o metanol ser consumido tambm pelo oxignio dissolvido, o que no desejvel,uma vez que todo metanol deve ser utilizado para consumir as formas de nitrognio oxidadas.

Outras fontes de carbono podem ser utilizadas, quando disponveis e se for o caso, para a reduo viabiolgica dos nitratos e nitritos. A equao que define a relao requerida entre a DQO e o nitrognio :

( equao 34 )

YNET: Produo lquida de biomassa, com base na DQO, mg SSV / mg DQO removido.

Relaes da Alcalinidade e do pHDurante a denitrificao produzida alcalinidade e as concentraes de cido carbnico so diminudas. Arelao estequiomtrica terica a produo de 3,57 mg CaCO3 alcalinidade por mg nitrato reduzido anitrognio gasoso.

Partindo-se de que a alcalinidade aumentada e a concentrao de cido carbnico diminuda, a tendncia dadenitrificao reverter parcialmente os efeitos da nitrificao e, portanto, elevar o pH do meio.

A denitrificao, alm de ser uma etapa necessria remoo de nitrognio, pode ser interessante do ponto devista da economia de energia e de produtos qumicos de controle de alcalinidade.


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)('

DK

Dq

Yq

D

D

D

DD

+==

DDD

c

bqY =

1

Cintica da Denitrificao

A cintica da denitrificao pode ser estudada utilizando-se equaes semelhantes quelas das reaesmicrobianas, como a nitrificao e a oxidao carboncea. As equaes do tipo de Monod so desenvolvidaspara mostrar os conceitos da cintica da denitrificao.

DKDD

D

+ ' ( equao 35 )

D: Taxa de crescimento especfica das denitrificadoras, d-1

: Taxa mxima de crescimento das denitrificadoras, d-1

D: Concentrao de nitratos, em mg Nitrognio/LKD: Coeficiente de meia-saturao

Se a reao seguir uma cintica de ordem zero - D = .

A taxa especfica de crescimento de microorganismos ( ), em um sistema biolgico, o inverso do Tempode reteno de Slidos - Idade do Lodo ( ):

= 1/ ( equao 36 )

A taxa de crescimento das denitrificadoras muito similar dos organismos heterotrficos aerbios, eportanto muito maior que as nitrificadoras, o tempo mnimo de reteno de slidos, necessrio para prevenir adesconcentrao por descarte das mesmas de um reator, ser muito menor do que para as nitrificadoras.

As taxas de remoo de nitratos podem ser relacionadas com a taxa de crescimento dos organismos utilizando-se o coeficiente de produo de organismos como fator de converso, conforme equao 37:

( equao 37 )

qD: Taxa de remoo de nitratos, g N-NO3/g SSV - diaD: Taxa especfica de crescimento das denitrificadoras, dia

-1

qD: Taxa mxima de remoo de nitratos, g N-NO3/g SSV - diaYD: Coeficiente de produo das denitrificadoras, g SSV/ g N-NO3 removidos

A Idade do Lodo - c, ou Tempo de Reteno dos Slidos, pode ser comparada com as taxas de remoo denitratos e expressada da seguinte maneira:

( equao 37 )

bD: coeficiente de decaimento das denitrificadoras, dia-1

Consideraes sobre Processos de Lodos Ativados com Nitrificao e Denitrificao

Estes tratamentos esto disponveis em uma grande variedade de projetos, configuraes de reatores, arranjosde alimentao, tipos de mistura e agitao, necessidades de reciclo de lodo, dispositivos de reciclo interno,meios de aerao e exigncias de performance.

Os sistemas de Lodos Ativados, com remoo de nitrognio por nitrificao e denitrificao, oferecem umagama de vantagens sobre os sistemas tradicionais de estgios separados ou Lodos Ativados Mltiplos(XX).Sem clarificadores intermedirios e sem unidades intermedirias de nitrificao e denitrificao, os processosde Lodos Ativados conjugados ocupam menos espao do que os sistemas mltiplos, utilizam como fonte decarbono para denitrificao a prpria carga orgnica do efluente bruto e consomem menos oxignio e menosalcalinidade.


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As poucas limitaes ou desvantagens, quando comparados com os sistemas mltiplos, so sua sensibilidadecom relao toxidez ou com relao inibio da nitrificao por no se ter uma etapa biolgica de oxidaocarboncea, que apesar de sofrer choques de carga e toxidez, protege as etapas posteriores de nitrificao edenitrificao.

Os sistemas clssicos de remoo de nitrognio contemplam vrias etapas ou tratamentos biolgicos -oxidao carboncea, nitrificao e denitrificao, como sendo trs tratamentos biolgicos em srie(XX), cadaum com seu clarificador. Na ltima etapa - a denitrificao, por no existir mais fonte de carbono ou matriaorgnica - DBO, obrigatria a adio de um substrato como fonte de carbono. Pode-se utilizar metanol,etanol, acar ( sacarose ), esgotos brutos, lodos primrios do tratamento de efluentes, etc..

A combinao dos trs tratamentos em um nico sistema, alm de diminuir o custo de implantao, demanuteno e operao, possibilita um melhor controle do nitrognio total atravs das maiores eficincias quepodem ser obtidas nos processos conjugados.

A adaptao e melhoria de sistemas existentes de lodos ativados para um sistema nico de remoo denitrognio - nitrificao e denitrificao, mais simples e fcil, particularmente se existir alguma capacidadeociosa.

Para que a denitrificao ocorra, nos processos conjugados, os nitratos devem estar presentes juntamente comuma fonte de carbono e em condies anxicas. Anxica significa aerbia mas com ausncia de oxignio. Emcondies anxicas a biomassa utiliza o oxignio dos nitratos para respirar, o que no ocorre quando se tempresena de oxignio dissolvido. Teoricamente recomenda-se um nvel mximo de 0,2-0,3 mg O.D./L. Naprtica usual e aceitvel se trabalhar com 0,5 mg O.D./L, com mximo de 1,0 mg/L, onde comea a inibiomais intensa da denitrificao.

A fonte de carbono ideal a prpria carga orgnica presente no efluente bruto. Isto pode exigir que os nitratosformados estejam presentes e juntos com a esta carga orgnica, a fim de se propiciar a respirao anxica.Nitratos formados fora do reator biolgico anxico devem preferivelmente serem reciclados ou alimentadospara o mesmo. Como alternativa pode ser utilizada a tcnica de alternar as condies anxicas e aerbias ouainda alimentar os reatores alternadamente, fazendo com que um reator aerbio que est rico em nitratos torne

anxico - portanto propcio denitrificao, e o outro que est pobre em nitratos, torne-se aerbio e inicie aoxidao do nitrognio amoniacal.

O processo mais simples de tratamento conjugado o Wuhrmann, pesquisador que investigou a nitrificao ea denitrificao em guas residurias domsticas. A figura 5 mostra sua configurao, sendo sua principalcaracterstica uma etapa aerbia seguida de outra anxica.

Figura 5: Configurao do processo Wuhrmann.

Uma anlise do processo Wuhrmann mostra que a denitrificao, estando aps a etapa de oxidao carbonceae nitrificao, mantida por decaimento endgeno, pois a fonte de carbono para alimentao so os prpriosmicroorganismos. Isto tem a desvantagem de causar longos tempos de reteno de lodo ( alta idade do lodo ),e a conseqente possibilidade de ser ter amnia e turbidez, no efluente tratado, por decomposio celular dabiomassa. Neste processo pode ser esperada uma reduo terica de 80 % do nitrognio total.

O sistema desenvolvido por Ludzack e Ettinger, mostrado na figura 6, difere do processo Wuhrmann por teruma etapa anxica de denitrificao antes da aerbia, utilizando uma fonte de carbono externa da DBO dealimentao. Este processo tambm chamado de predenitrificao. A fonte de nitratos conseguida atravsdo reciclo de lodo para o reator anxico. Isto torna-se a etapa limitante do processo que necessita, conforme aextenso da formao de nitratos no reator aerbio, maiores taxas de reciclo de lodo, de no mnimo 60% davazo de alimentao de efluentes, sendo ideal taxas da ordem de 100%.

ClarificadorAERBIO

ANXICO


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Figura 6: O processo Ludzack-Ettinger.

O processo Ludzack-Ettinger foi modificado, por Bamard, atravs da colocao de um reciclo interno do lododesde o reator aerbio at o reator anxico. Isto causa um aporte de nitratos, formados no estgio aerbio denitrificao, para o estgio anxico, onde existe uma populao de bactrias heteroflicas denitrificadoras,como apresentado na figura 7. Com as modificaes pode esperar eficincias de remoo de 88%. Esteprocesso, embora no tendo sido extensivamente testado e utilizado em grande escala, foi o precursor einiciador de processo patenteados como o Bardenpho, A2O, UCT, Bionutre e outros.

Figura 7: O processo Ludzack-Ettinger Modificado.

O processo A2O, desenvolvido e de propriedade da Air Products, consiste em uma etapa anaerbia, umaanxica e outra aerbia. Foi originalmente aplicado para remoo de fsforo, a partir do processo A/O, com aincluso das etapas biolgicas de nitrificao e denitrificao, por adio de um reator anxico entre osreatores anaerbios e aerbios. A etapa anaerbia no necessria para nitrificao e denitrificao, mas servecomo um selector para as etapas seguintes de remoo de nitrognio, quando no se necessita remoo defsforo. O selector anaerbio serve para manter e controlar as condies para supresso dos organismosfilamentosos nos reatores de anxicos e aerbios. Um diagrama do processo A2O est apresentado na figura 8.

Figura 8: Diagrama do processo A2O, com as etapas de nitrificao e denitrificao.

O processo UCT, mostrado na figura 9, foi desenvolvido pela Universidade de Capetown na frica do Sul,para superar as limitaes dos processos Ludzack-Ettinger Modificado e A2O, que a interferncia dosnitratos na remoo biolgica de fsforo. Caracteriza-se por retornar o lodo ativado da zona aerbia para azona anxica e por ter um reciclo anxico para a zona anaerbia, com o propsito de denitrificar os nitratoscomo reciclo de lodo, antes dos mesmos serem reciclados para o reator anaerbio, o qual mantido peloreciclo de lodo do reator anxico.

ClarificadorANXICO

AERBIO

ClarificadorANXICO

AERBIO

Clarificador ANXICO

AERBIO

Reciclo Nitrificado 100% a 400%

ANAERBIO


Reciclo Lodo 30% a 50%


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Figura 9: Configurao do processo UCT - University of Capetown, frica do Sul.

O processo Bardenpho, cujo diagrama mostra-se na figura 10, uma modificao do processo UCT, tem duas

zonas anxicas, mas na segunda zona anxica no um reator de denitrificao endgeno e sim utilizada paradenitrificar os nitratos reciclados do reator aerbio. O primeiro reator anxico utilizado apenas paradenitrificar o reciclo de lodo ativado. Quando se tem a necessidade de remover fsforo um reator anaerbio adicionado como primeira etapa, onde os nitratos no interferiro com a remoo de fsforo.

Figura 10: Configurao do processo Bardenpho com quatro estgios de remoo de nitrognio.

Reatores Seqenciais em Batelada - RSB

O processos RSB caracterizam-se por etapas de enchimento e esvaziamento, sendo uma tecnologia de reatoresbiolgicos de volume varivel. Estes tipos de tratamentos, inicialmente aplicados em pequenas vazes, foramadaptados e desenvolvidos para se fazer frente s necessidades de se conseguir especificaes de efluentesbastante restritivas.

O sistema RSB consiste de reatores que tem as finalidades de equalizao de cargas, aerao, reao anxica edecantao em uma nica bacia de aerao. As etapas bsicas do reatores RSB so as seguintes:

1. CARGA: Adio do efluente bruto no reator. O ciclo de enchimento pode ser controlado por ajuste ( set )de nvel ou de volume. A maneira de introduzir os efluentes, funo de necessidades especficas, pode seresttica, em agitao e em reao. O enchimento esttico utilizado quando se deseja controlar nutrientes.Esta fase ocupa cerca de 20 a 30 % do tempo do ciclo total do sistema RSB.

2. REAO: A etapa da reao tem por objetivo completar as reaes iniciadas na primeira fase -enchimento. Conforme necessidades de especificaes do efluente tratado, podem ser requeridosdiferentes graus de mistura e aerao. A durao desta fase de reao deve ser controlado porinstrumentao especfica - PLCs, malhas de controle, temporizadores, etc., assim como em todas asfases, ou especificamente, na fase de reao, por monitoramento do reator, para se conseguir umdeterminado grau de tratamento. Esta fase, tipicamente, ocupa cerca de 30 a 40 % do tempo do ciclo deoperao dos reatores RSB.

ClarificadorANXICO

AERBIO

ClarificadorANXICO

AERBIO

ANAERBIO

Reciclo Lodo 30% a 50%

Reciclo Anxico 100% a 200%


Reciclo Nitrificado 400%

Reciclo de Lodo Ativado 100%


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3. DECANTAO: a separao slido-lquido nesta fase semelhante ao que acontece em clarificadores detratamentos biolgicos, sendo mais eficiente do que os decantadores contnuos. Esta fase consome 20 %do tempo do ciclo de operao dos reatores RSB.

4. DRENAGEM do efluente clarificado, atravs de aparelhos, como suco flutuante ou vertedouro

ajustvel. A drenagem ocupa 20 % do tempo do ciclo de operao dos reatores RSB.

Figura 11: Configurao do processo RSB com quatro etapas seqenciais em batelada.

Performance dos Processos de Remoo de NitrognioOs processos de etapa anxica nica podem alcanar, tipicamente, teores de nitrognio total da ordem de 10mg/L. Concentraes menores de nitrognio total vo requerer a incluso de mais uma etapa anxica ou umaetapa separada de denitrificao. Para se conseguir baixos teores de nitratos, com os processos de uma etapaanxica, necessrio se trabalhar com altos reciclos de lodo e de nitratos.

A eficincia terica de um sistema de reator anxico nico pode ser obtida a partir da anlise do balano demassa dos nitratos.

O processo Bardenpho pode alcanar concentraes de nitrognio total de 3,0 mg/L e uma eficincia de 90 %proporcionada pelo estgio de ps denitrificao. A eficincia deste processo uma funo da taxa de reciclointerno, que proporciona maior aporte de nitratos ao reator anxico. Em condies normais, sem denitrificao

endgena, o processo Bardenpho tem uma eficincia de 83 %, em denitrificao. Se 50 % dos nitratos foremremovidos na segunda zona anxica, atravs da respirao endgena dos nitratos, ento uma eficincia de 90% pode ser obtida.

ALIMENTAO

ENCHIMENTOCICLOS ANXICO/

AERBICO

CICLOS ANXICO/AERBICO

AERADORESDESLIGADOS

REAO

DECANTAO

DRENAGEM

EFLUENTE

DESCARTE

AERADORESDESLIGADOS


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Nos reatores seqenciais em batelada a remoo de nitrognio pode ser maior do que em sistemasconvencionais de lodos ativados. Eficincias da ordem de 94 % podem ser alcanadas.

Deve ser ressaltado e entendido que, para todo tipo de sistema biolgico, inclusive os acima citados, aseficincias mostradas esto embasadas em operao de estaes de tratamento de efluentes estabilizadas, sem

considerar as variaes causadas seja por toxidez elevada ou por choques de toxidez e carga.

Anlise dos Processos de Lodos Ativados com Remoo de Nitrognio

Estes processos no requerem dispositivos especiais para se criarem zonas anxicas e podem ser adaptadosfacilmente em sistemas existentes. Os mecanismos de funcionamento, apesar de no serem bem esclarecidos,no chegam a interferir com a performance dos mesmos, apesar de em situaes especiais, que devem serevitadas, como variaes na toxidez e na alimentao causarem muitos transtornos no desempenho,principalmente na etapa de nitrificao, que a limitante do processo, devido sensibilidade dos organismosnitrificadores.

Devido s vantagens potenciais destes sistemas, eles tm sido largamente implantados, mas deve ser realizadauma anlise criteriosa do projeto do sistema de tratamento, com relao aos parmetros de processo, projeto e

operao, a fim de se eliminar possveis gargalos ou limitaes do prprio projeto. Porm de maiorimportncia e imprescindvel para a performance de remoo do nitrognio, a anlise da alimentao dotratamento biolgico - efluente bruto. A nitrificao, levada a cabo por bactrias nitrificadoras, muito sensveise expostas ao meio( 5 ) pode ser interrompida com certa facilidade quando uma substncia nova, com certoefeito txico, introduzida juntamente com a alimentao, seja acidentalmente ou intencionalmente pornecessidades operacionais. A anlise histrica destes incidentes, complementada por uma avaliao precisados possveis efeitos futuros sobre o sistema biolgico de nitrificao, etapa principal e limitadora do processode remoo de nitrognio, proporcionar importantes premissas e consideraes de projeto, que bemimplementadas, impediro ou atenuaro possveis efeitos danosos causados por estes eventos.

Como foi mostrado nas tabelas 4 e 5, a influncia do pH e substncias qumicas sobre a nitrificao, no foi alicontemplado um efeito que est sempre presente: a aclimatao das bactrias aos meios e substncias txicas.

Os sistemas biolgicos de remoo de nitrognio, principalmente os lodos ativados, podem resistir bem aosmeios com altos nveis de toxidez. Para isto necessrio que este nvel de toxidez seja mantido o maisconstante possvel. Assim muito proveitoso se verificar criteriosamente, quando o tratamento no est comboa performance, a parte externa do tratamento, essencialmente a alimentao e se tambm ocorrem grandesvariaes de temperatura, descartes de lodo, aerao, uma vez que estes fatores influenciaro tambm achamada parte interna do tratamento, como a formao dos flocos, o tipo de flora bacteriana, odesenvolvimento e produo das Nitrobacter e Nitrossomonas, o metabolismo, nveis de aerao, essenciaispara se ter as zonas aerbias e anxicas, o tipo de reator e de alimentao, dentre outros fatores. Porm vamosseparar melhor os fatores acima em dois grupos: 1 - Fatores incidentais, para os quais devem se caracterizarbem a forma, a natureza e as caractersticas da gerao dos efluentes lquidos e 2 - Fatores de projeto, sendofruto das tecnologias e conceitos podem ser adaptados e incrementados indefinidamente. Os fatores dosegundo grupo dependem das definies dadas no projeto, enquanto que nos do primeiro preciso se levar emconta que eles independem de definies ou decises mas sim das caractersticas do processo produtivo e de

sua gerao das diversas correntes de efluentes e seus regimes de lanamento. Estes dois grupos bementendidos em sua importncia e bem definidos e caracterizados, levaro a timas performances do sistema detratamento.

Nas zonas anxicas, onde ocorre uma transferncia limitada de oxignio, as bactrias heterotrficas realizam arespirao dos nitratos. Nas zonas aerbias, uma intensa transferncia de oxignio acontece para suprir asnecessidades da nitrificao. Os fluxos dos efluentes alimentados e do lodo ativado, de forma peculiar de cadatratamento, vo de uma para outra zona conforme a caracterizao dos dados de entrada, com teor de nitratos,de nitrognio amoniacal, carga orgnica, salinidade, etc..

Consideraes sobre os Processos Mistos de Remoo Biolgica de Nitrognio - Filme fixo maisCrescimento Suspenso ou Leito Mvel mais Crescimento Suspenso.

Estes processos so adotados para promover uma melhoria especfica - no presente caso remoo donitrognio de efluentes lquidos, combinando a eficincia do tratamento com crescimento suspenso com aflexibilidade e o desempenho dos sistemas de filme fixo ou biolfilme.


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Os parmetros mais importantes para se avaliar a possibilidade de adaptao de uma estao de tratamento deefluentes so: O volume do tanque de aerao de Lodo Ativado, a capacidade do clarificador existente e acapacidade de aerao da planta. A capacidade de aerao no , normalmente, a nica limitao quando seadapta um tratamento para um sistema misto. necessrio considerar a melhoria para se chegar ao sistemamisto. Muitas plantas, nos Estados Unidos, tem considerado a melhoria para um sistema misto, principalmente

para remoo de nitrognio, mas utilizam esta opo se outras no esto disponveis ou no resultam numacapacidade de atender futuros requisitos de carga, ou ainda no existem reas em quantidade suficiente paraimplantar processos suplementares. Os sistemas mistos podem tambm serem considerados quando umaplanta necessita melhorar o tratamento de lodos ativados existente para atingir as etapas de nitrificao edenitrificao, em vez de construir e implantar novos reatores e clarificadores. Estes sistemas j soconsiderados como tecnologias para aumentar a capacidade de remoo de nutrientes, por um perodointermedirios, antes de se executar modificaes ou construes, para aumento da capacidade e desempenho,atravs da implantao de um sistema novo de tratamento biolgico.

Alguns projetos foram realizados adicionando-se um volume de um meio poroso igual a 10 a 30 % do volumesob aerao. Estudos recentes tem conseguido uma base cintica para clculos de projeto. necessriodeterminar a quantidade de suporte requerido para atingir as etapas de nitrificao e denitrificao, dentro dovolume disponvel do tanque de aerao. O primeiro passo determinar quanta nitrificao pode ser

conseguida atravs de melhorias no lodo ativado existente, sem a colocao do suporte, isto , determinar onvel de performance que pode ser alcanado por melhorar o sistema de aerao, controle do IVL - ndiceVolumtrico de Lodo, melhoria da sedimentao do clarificador, aumento da vazo de reciclo de lodo, etc. demodo a atingir uma melhor condio de nitrificao e denitrificao. Se esta melhoria implantada no alcanara qualidade desejada no efluente tratado, com relao ao nitrognio total ou amoniacal, o prximo passo determinar a quantidade de biofilme necessrio para aumentar a capacidade de nitrificao e denitrificao. sempre fortemente recomendado que estes sistemas de biofilme sejam ensaiados em escala piloto, a fim deserem obtidos parmetros e critrios especficos de projeto para o tratamento em questo.

A rea superficial requerida de biofilme pode ser calculada a partir da Taxa de Nitrificao por superfcie domeio [ kg/m2/d ], da nitrificao adicional requerida e da rea superficial do suporte.

O volume do tanque de aerao, requerido para conter o suporte do biofilme, depende da rea superficial do

biofilme por unidade de volume do tanque e pela percentagem de ocupao do suporte do biofilme.

A denitrificao, em sistemas mistos, obedece os mesmos requisitos da nitrificao. Em sistemas mistos queoperam com mais de 1000 mg/L de biomassa no utilizam biofilme em zonas anxicas para denitrificao. Adenitrificao atingida com os slidos suspensos do lodo ativado em uma zona anxica e o biofilme numazona aerbia. Isto se deve a dois fatores importantes: o lodo ativado tem tima capacidade de denitrificar emzonas anxicas - respirao ou oxidao carboncea atravs do oxignio quimicamente ligado ao nitrato enitrito, e pela razo de os suportes de biofilme terem uma condio de, mesmo em zonas aerbias, conseguiralguma denitrificao, podendo chegar, em alguns casos, a denitrificar 30% dos nitratos gerados nanitrificao. A frao dos nitratos denitrificados depende da concentrao de DQO e oxignio dissolvido nolquido que cerca o biofilme.

A faixa de operao tpica de um reator misto situa-se em 1000 a 3000 mg/L. O limite inferior de operao

para a quantidade de biomassa nos slidos suspensos o mesmo para os lodos ativados convencionais, sendoestipulado um valor de SSV suficiente para gerar um efluente clarificado. Em nveis de SSV abaixo de 1000mg/L, pelo maior distanciamento ou disperso das colnias no lquido, a floculao das mesmas insatisfatria, requerendo a utilizao de um coagulante. O limite superior, por outro lado, deve-se dificuldade de se operar um sistemas de lodo ativado com suporte de biofilme com nveis de SSV acima de3500 mg/L, principalmente se existir a tendncia de acumular espuma na superfcie do tanque de aerao. Aespuma pode ficar presa na superfcie do suporte do biofilme.

O tempo mdio de reteno celular ou Idade do Lodo, determina a quantidade de nitrificao que pode seratingida na biomassa suspensa em sistemas convencionais de lodos ativados. Quando a Idade do Lodorequerida para nitrificao menor que a Idade do Lodo adotada na operao, significar que no existirtempo suficiente para as bactrias nitrificadoras oxidarem todo nitrognio amoniacal, resultando num teormais alto de nitrognio no efluente tratado.


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O projeto dos sistemas de aerao deve ser realizado considerando-se, para um sistema misto, a aerao por ardifuso, podendo serem usados desde difusores de bolhas finas at os de bolhas grossas. Para meios de cordaenrolada, difusores de bolhas finas e bolhas grossas tem sido utilizados.

Para sistemas de leito mvel com meios porosos podem ser utilizados tanto difusores de bolhas finas como

grossas. Para sistemas de leito mvel com material plstico podem ser utilizados difusores de bolhas grossas.

Os sistemas mistos podem ser classificados conforme a utilizao com meios porosos ou esponjosos soltos eflutuantes e sistemas com meio fixo (cordas, recheios, etc.). Cada tipo, conforme a aplicao, apresentadiversas vantagens e desvantagens.

Sistemas com meio fixo so mais simples de se aplicar porque eles requerem menos acessrios. Os meiosflutuantes requerem grades ou telas para rete-los dentro do tanque de aerao. Isto pode causar problemashidrulicos por obstruo do gradeamento.

Os sistemas de meio fixo tem que serem projetados de tal maneira que possam ser relocados dentro do tanqueou removidos para se acessar os difusores para manuteno. Os meios flutuantes podem ser bombeados paraoutro tanque, quando for necessrio examinar os mesmos. Entretanto a redistribuio dos meios flutuantes,

quando o reator voltar a operar, uma tarefa um tanto difcil.

A preocupao, com sistemas de meio fixo, pode ser o odor quando o meio for desaguado. O biofilme podegerar odores rapidamente quando for exposto luz solar.

Ambos sistemas podem favorecer o aparecimento de populaes de vermes, mas, geralmente, o sistema demeio fixo mais vulnervel, embora este problema possa ser simples de controlar.

A colocao dos meios de suporte, fixos ou mveis, importante devido ao efeito que a concentrao dosubstrato vem sobre as Taxas de Remoo e a natureza da biomassa que se desenvolve sobre esses suportes.Com meios flutuantes em zonas de mistura completa est exposto a uma ampla faixa de concentrao desubstratos. Os meios fixos ficam expostos apenas variaes de fluxo e carga. A locao do meio, em umacerta extenso, para os meios fixos mais crtico para se alcanar uma performance efetiva do que com

sistemas de meios flutuantes.

Os sistemas de Reatores de Biofilme de Leito Mvel so mais diretos e simples do que aqueles mistos - lodoativado mais leito fixo por duas razes: no existe slidos suspensos no liquido e existem muitos mais dadosdisponveis para os reatores mveis de biofilme.

O projeto e dimensionamento de Reatores de Biofilme de Leito Mvel depende das caractersticas do efluentebruto, temperatura, rea disponvel, custo de energia, especificaes a serem atingidas de DBO e Nitrogniototal.

Reatores de biofilme tem que operar com altos nveis de oxignio dissolvido, por dificuldades difusionais. Naremoo de DBO uma pequena frao da matria orgnica facilmente biodegradvel rapidamente removida.Para remoo das demais fraes orgnicas a hidrlise , provavelmente, o fator limitante.

CONCLUSO

A cintica qumica da nitrificao e da denitrificao bastante simples, tendo sido criado, nos ltimos anos,um grande nmero de modelagens - funo tambm de uma grande nmeros de processos diferenciados, paramelhor explicar e compreender a funo e tipo de atividade dos microorganismos que causam as reaesbiolgicas de remoo das formas de nitrognio amoniacal.

Foram mostradas, aps as demonstraes da cintica qumica, os diversos tipos de Tratamentos Biolgicosempregados para se conseguir altas eficincias de nitrificao e denitrificao, suas vantagens e desvantagens.O conhecimento da cintica das reaes de nitrificao e denitrificao muito til e necessrio para projetosde Estaes de Tratamento de Efluentes Lquidos, assim como para escolher o tipo de processo e suas

peculiaridades e caractersticas do tratamento, mas preciso levar em conta que fatores externos aotratamento, muito freqentemente, so os que devem ter maior ateno e considerao. Todo sistemabiolgico, principalmente quando se trata de nitrificao - processo conduzido por bactrias muito sensveis


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variaes de toxidez do meio, tem suas limitaes quando opera com cargas variveis e com choques detoxidez e at mesmo de salinidade. fundamental que, quando se projetar um sistema de remoo denitrognio, independentemente do tipo de processo escolhido, se elabore um diagnstico claro a respeito dasfontes geradoras de efluentes lquidos, seus regimes de lanamento, suas caractersticas e variaes, pois estascondies das fontes geradoras afetaro muito a performance de remoo de nitrognio. Agindo desta forma

sero evitados alguns problemas, embora problemas de desempenho surjam normalmente em funo desituaes inusitadas que sempre se apresentem.

No presente trabalho foram apresentados as diversas tecnologias, e suas peculiaridades, para se chegar a umaefetiva remoo de nitrognio em efluentes lquidos. Dentre os processos apresentados importante destacaros processos de Lodos Ativados, os Reatores de Filme Fixo e os Reatores de Crescimento Combinado. Estesltimos so muitos utilizados para adaptar e aumentar a capacidade de Estaes de Tratamento existentes,capacitando-as, se for o caso, para a remoo de nitrognio.

possvel se estudar e avaliar tratamentos de efluentes lquidos com vistas a se introduzirem etapasespecficas, tanto na fase de projeto, como no prprio tratamento, a fim de se atender a legislao vigente.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS1. A.C. ANTHONISEN, R.C. LOEHR, T.B.S. PRAKASAM, E.G. SRINATH. Inhibition of Nitrification

by Ammonia and Nitrous Acid. Journal WPCF, vol.48 - n 5 - May 19762. C. W. RANDALL, DAVID BUTH. Nitrite Build-Up In Activated Sludge Resulting From Temperature

Effects. Journal WPCF, vol.56 - n 9 - September 1984.3. DONALD J. THIEL. Envirex Bionutre Process.4. FERREIRA, E. S. RIBEIRO, FLAVIO C., TAVARES, JOS LUIZ - Soluo de Problemas de

Remoo de Nitrognio em Tratamento Biolgico dos Efluentes Lquidos da Refinaria Ipiranga -Seminrio Ambiental ABES. Porto Alegre, Outubro, 1998.

5. GEORGE W. SMITH, DONALD J. THIEL. Total Nitrogen Removal at The Lake Geneva, Wisconsin,WWTP - Envirex - October 30, 1986.

6. G.T. DAIGGER, M.H. ROBBINS, JR., B.R. MARSHALL. The Design of a Selector to Control Low

F/M Filamentous Bulking.7. J. PATOCZKA, A.T. WATKIN, W. ECKENFELDER. Wastewater Treatment. Chemical Engineering -September 2, 1985.

8. METCALF & EDDY Wastewater Engineering - Treatment / Disposal / Reuse. - 3rd Edition - 1991.9. M. BECCARI, R. PASSINO, R. RAMADORI, V. TANDOI. Kinetics of Dissimilatory Nitrate and

Nitrite Reduction in Suspended Growth Culture - - Journal WPCF, vol.55 - n 1 - January 1983.10. R. B. GROSZ. Upgrading Biological Systems to Improve Performance and Really Meet Effluent

Standards - Envirex.11. R.D. NEUFELD, A.J. HILL, D.O. ADEKOYA. Phenol and Free Ammonia Inhibition to

Nitrossomonas Activity. - University of Pittsburgh - 1979.12. U.S. EPA, 1993 - Process Design Manual for Nitrogen Control. EPA/625/R-93/010. Washington, DC.13. W. ECKENFELDER. Tratamento de Efluentes Qumicos - Algumas Estratgias e Alternativas. -

Revista Qumica Industrial n 53.

14. W. ECKENFELDER - Principles of Biological Treatment. J. MUSTERMAN - Biological Nitrificationand Denitrification. W. ECKENFELDER - Carbon Adsortion. SEMINRIO DE TRANSFERNCIA DETECNOLOGIA - GERENCIAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS - Tpicos Avanados - SoPaulo, 18 a 20 de Junho de 1996.

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CINÉTICA QUÍMICA E FUNDAMENTOS DOS PROCESSOS DE NITRIFICAÇÃO E DENITRIFICAÇÃO BIOLÓGICA