A degradação microbiana é um processo fundamental no tratamento da água e das águas residuais, em que as substâncias orgânicas são decompostas em compostos mais simples por microrganismos. Estes processos bioquímicos são essenciais para a remoção de impurezas orgânicas, nutrientes como o azoto e o fósforo, bem como substâncias nocivas das águas residuais. A degradação microbiana ocorre em várias condições, que são significativamente influenciadas pela disponibilidade de oxigénio e de outros aceptores de electrões.
As três principais formas de degradação microbiana - aeróbia, anaeróbia e anóxica - desempenham um papel crucial nos sistemas de tratamento biológico, como os processos de lamas activadas, os reactores anaeróbios (centrais de biogás) e a biofiltração. Este artigo fornece uma explicação pormenorizada dos processos, do contexto técnico e das suas aplicações na prática.
Índice
Fundamentos da degradação microbiana
A degradação microbiana baseia-se nas actividades metabólicas de microrganismos como as bactérias, os fungos e as archaea. Estes microrganismos utilizam substâncias orgânicas ou inorgânicas como fonte de energia e decompõem-nas em determinadas condições ambientais.
Principais etapas do processo de desmantelamento:
- Hidrólise: As grandes moléculas orgânicas (por exemplo, proteínas, hidratos de carbono) são decompostas em unidades mais pequenas por enzimas.
- Fermentação: Os produtos da decomposição são posteriormente convertidos em ácidos orgânicos simples, álcoois ou gases como o hidrogénio e o dióxido de carbono.
- Degradação final: Os produtos são completamente mineralizados (por exemplo, em CO₂, H₂O, NH₃, CH₄) ou incorporados na biomassa.
Degradação microbiana aeróbia
Definição e mecanismo
Na degradação aeróbia, os microrganismos utilizam o oxigénio como acetor de electrões para oxidar as substâncias orgânicas. Este processo é particularmente eficiente e conduz a uma extensa mineralização das substâncias orgânicas.
Noções básicas de bioquímica:
- Aceitador de electrões: oxigénio molecular (O₂).
- Principais produtos finais: Dióxido de carbono (CO₂), água (H₂O) e biomassa.
Aplicações na tecnologia da água e das águas residuais
- Processo de lamas activadas:
Os microrganismos num ambiente aeróbio oxidam as substâncias orgânicas dissolvidas (CQO, CBO). A biomassa é retida sob a forma de lamas activadas e regularmente removida em excesso. - Sistemas SBR:
Nos reactores descontínuos sequenciais, a degradação aeróbia tem lugar em fases temporais controladas. - Filtros de decantação e filtros de discos submersos:
Os biofilmes em meios sólidos promovem a degradação aeróbia de compostos orgânicos.
Vantagens
- Taxas de degradação rápidas.
- Elevada eficiência na remoção de compostos de carbono.
- Produz produtos finais estáveis (CO₂, H₂O).
Os desafios
- Elevado consumo de energia para a ventilação.
- Formação de lamas em excesso que devem ser eliminadas.
Foto: Tanque de arejamento com desnitrificação e nitrificação para águas residuais da indústria alimentar (processo: ALMA BHU BIO)
Degradação microbiana anaeróbia
Definição e mecanismo
A degradação anaeróbia ocorre na ausência de oxigénio. Os microrganismos utilizam aceptores de electrões alternativos, como o nitrato, o sulfato ou o dióxido de carbono. Este processo é mais lento do que a degradação aeróbia, mas pode ser efectuado de uma forma eficiente em termos energéticos.
Noções básicas de bioquímica
- Aceptores de electrões: dióxido de carbono (CO₂), sulfato (SO₄²-) ou compostos orgânicos.
- Principais produtos finais: Metano (CH₄), dióxido de carbono (CO₂), hidrogénio (H₂), sulfureto de hidrogénio (H₂S).
Aplicações na tecnologia da água e das águas residuais
- Digestão anaeróbia:
As substâncias orgânicas são decompostas em metano e CO₂ em torres de digestão. O biogás produzido pode ser utilizado para gerar energia. - Reactores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket):
Estes reactores utilizam biomassa granulada para o tratamento de águas residuais industriais com elevadas cargas orgânicas. - Reactores EGSB (Expanded Granular Sludge Bed):
Os reactores EGSB modernos utilizam a degradação anaeróbia em combinação com um fluxo hidráulico expandido para tratar a matéria orgânica de forma altamente eficiente. Ao utilizar biomassa granular e condições de fluxo optimizadas, conseguem uma taxa de reação elevada e uma separação eficaz da biomassa sem sistemas de filtragem adicionais, como as membranas. Esta tecnologia oferece vantagens particulares no tratamento de águas residuais altamente contaminadas, uma vez que combina um design compacto com uma elevada estabilidade do processo.
Vantagens
- Produção de biogás como fonte de energia.
- Baixa produção de lamas.
- Adequado para águas residuais com cargas orgânicas elevadas.
Os desafios
- São necessários tempos de espera mais longos.
- Sensível a perturbações (por exemplo, valor de pH, temperatura).
- Formação de gases com odor intenso (H₂S).
Foto: Tratamento anaeróbico no reator de biogás ALMA BHU GMR
Degradação microbiana anóxica
Definição e mecanismo
A degradação anóxica ocorre na ausência de oxigénio molecular, mas na presença de aceitadores de electrões alternativos, como o nitrato (NO₃-). Este processo é crucial para a remoção do azoto das águas residuais.
Noções básicas de bioquímica
- Aceitador de electrões: nitrato (NO₃-) ou nitrito (NO₂-).
- Principais produtos finais: Gás nitrogénio (N₂), dióxido de carbono (CO₂), água (H₂O).
Aplicações na tecnologia da água e das águas residuais
- Desnitrificação:
Nas fases de tratamento biológico, o nitrato e o nitrito são convertidos em azoto gasoso, que escapa. Isto reduz a carga de nutrientes nas massas de água e evita a eutrofização. - Reactores híbridos:
Sistemas que combinam zonas aeróbias e anóxicas para obter uma remoção completa do azoto. - Processo de lamas activadas com arejamento intermitente:
As fases anóxicas alternam com fases aeróbias para combinar a remoção de carbono e azoto num único sistema.
Vantagens
- Remoção eficaz de azoto.
- Redução da poluição por nutrientes nas águas de superfície.
Os desafios
- Requer um controlo preciso das condições ambientais (por exemplo, teor de oxigénio).
- Dependência de fontes de carbono suficientes para o processo de desnitrificação.
Foto: O nosso sistema de biofiltração ALMA BioFil Compact com nitrificação e desnitrificação para a reciclagem de água na empresa
Comparação dos processos de degradação
Conclusão
A degradação microbiana é uma parte indispensável do tratamento de águas industriais e de águas residuais. A escolha entre processos aeróbios, anaeróbios e anóxicos depende dos requisitos específicos das águas residuais e dos objectivos do tratamento. Enquanto a degradação aeróbia oferece taxas de degradação rápidas e produtos finais estáveis, a degradação anaeróbia permite a recuperação de energia a partir de resíduos orgânicos. A degradação anóxica desempenha um papel crucial na remoção do azoto e contribui para a redução da poluição por nutrientes nas massas de água. O controlo preciso e a integração destes processos maximizam a eficiência e a sustentabilidade dos modernos sistemas de tratamento de água.
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