Um suporte de crescimento é um substrato ou material sólido que serve como superfície de colonização para microrganismos em processos biológicos de tratamento de água e de águas residuais. Os suportes de crescimento são utilizados principalmente em sistemas de reactores baseados em biofilmes, tais como filtros de gotejamento, reactores de leito fixo, reactores de leito fluidificado ou biorreactores de membrana (MBR). Fornecem aos microrganismos a área de superfície necessária para colonizarem sob a forma de biofilmes e decomporem as impurezas orgânicas da água. A escolha e a conceção dos suportes de crescimento influenciam diretamente a eficiência do tratamento biológico, uma vez que aumentam a área de superfície e optimizam a atividade dos microrganismos.
Índice
Contexto técnico e tipos de meios de cultura
Os meios de cultura são fabricados a partir de vários materiais que são resistentes à corrosão, quimicamente estáveis e estruturalmente adequados para o funcionamento a longo prazo em sistemas de suporte de água. Os materiais mais comuns incluem
Plásticos: O polietileno (PE), o polipropileno (PP), o cloreto de polivinilo (PVC) e outros termoplásticos semelhantes são amplamente utilizados devido à sua durabilidade e baixa densidade. Oferecem uma área de superfície específica elevada para o crescimento de microrganismos e são também resistentes aos produtos químicos frequentemente utilizados nas estações de tratamento de águas residuais.
Cerâmica: Os meios de crescimento cerâmicos são frequentemente utilizados em aplicações que requerem uma estabilidade química ou uma resistência à temperatura particularmente elevadas. A sua estrutura porosa proporciona uma grande área de superfície e suporta a formação de biofilmes mais espessos.
Materiais naturais: Em sistemas mais antigos ou especializados, podem também ser utilizados materiais naturais, como pedra de lava ou pedras porosas. Estes também têm uma superfície rugosa que oferece oportunidades de adesão aos microrganismos.
A conceção dos suportes de crescimento influencia significativamente a eficiência da formação do biofilme. Existem vários modelos que são personalizados para aplicações específicas:
Suportes de leito fixo: Nos reactores de leito fixo (por exemplo, filtros de gotejamento), os suportes de crescimento estão dispostos de forma estática num leito de reator. A água residual flui sobre ou através do leito, fazendo com que os microrganismos colonizem a superfície e efectuem a degradação biológica.
Suportes móveis: Nos reactores de leito fluidizado, os suportes de crescimento são misturados no fluxo de água e mantidos em movimento. Este tipo de meio de crescimento oferece uma maior área de superfície por unidade de volume e permite um fornecimento contínuo de oxigénio aos microrganismos, o que acelera o processo de degradação.
Materiais de suporte estruturados: Os suportes de crescimento podem ter várias formas geométricas para maximizar a área de superfície específica. Estas incluem anéis, tubos e estruturas em favo de mel, que aumentam a área de colonização para biofilmes e melhoram o fluxo de líquido.
Áreas de aplicação dos suportes de cultura
Os meios de crescimento são utilizados numa variedade de reactores biológicos, especialmente no tratamento biológico de águas residuais e de água. As aplicações mais comuns incluem
Filtro de gotejamento: Nos sistemas de filtro de gotejamento (também conhecidos como sistemas de percolação), a água residual flui sobre um leito fixo cheio de meios de crescimento. Os microrganismos colonizados nos suportes decompõem as substâncias orgânicas das águas residuais à medida que estas percolam através do filtro de gotejamento. Este processo é frequentemente utilizado para tratar águas residuais municipais e é particularmente adequado para águas residuais com uma carga orgânica média a elevada.
Reactores de leito fixo: Nos reactores de leito fixo, os suportes de crescimento são dispostos de forma estacionária num leito de reator através do qual as águas residuais são canalizadas. Estes reactores são frequentemente utilizados na indústria para o tratamento de águas de processo ou de águas residuais altamente contaminadas. Oferecem a vantagem de uma elevada concentração de biomassa e de um fluxo de água controlado.
Reactores de leito fluidizado: Nos reactores de leito fluidizado, os suportes de crescimento estão localizados num fluxo de fluido que os mantém em movimento. Esta configuração proporciona um arejamento contínuo dos microrganismos e evita o entupimento do reator. Os reactores de leito fluidizado são frequentemente utilizados no tratamento de águas residuais industriais, particularmente para a remoção de azoto (desnitrificação) ou para o tratamento de águas residuais com uma elevada carga orgânica.
Bioreactores de membrana (MBR): Nas instalações MBR, a combinação de meios de crescimento e filtração por membranas é utilizada para decompor a matéria orgânica e garantir uma separação clara da biomassa e da água purificada. Aqui, os meios de crescimento asseguram um elevado nível de atividade microbiológica, enquanto as membranas garantem a retenção de sólidos.
Foto: Biorreactor de membrana compacto de conceção modular(ALMA BIO MBR)
5. sistemas de biofiltração
ALMA BHU BAF e ALMA BioFil Compact são sistemas inovadores de biofiltração da ALMAWATECH que utilizam esferas de argila especialmente desenvolvidas como suportes de crescimento. Estas pérolas de argila caracterizam-se por uma superfície específica elevada, que proporciona um habitat para microrganismos aeróbios e anóxicos. Estes sistemas são particularmente adequados para a remoção de poluentes orgânicos residuais e nutrientes das correntes de água, garantindo assim um elevado desempenho de purificação.
a) ALMA BHU BAF (Filtração Biologicamente Activada):
- Neste sistema, as esferas de argila especialmente preparadas proporcionam aos microrganismos um ambiente estável para a formação de biofilme. O sistema promove a atividade biológica aeróbia e anóxica simultânea, permitindo a remoção eficaz de nutrientes (especialmente azoto e fósforo) e a decomposição de matéria orgânica. O fluxo contínuo de água através das esferas de argila evita o entupimento e suporta um fluxo eficiente, permitindo que o sistema funcione de forma fiável mesmo com cargas de água elevadas.
- Saiba mais sobre a nossa filtração biologicamente activada para caudais de água até 1.000 m³/h: ALMA BHU BAF
Foto: Tanque de reação vazio do nosso processo ALMA BHU BAF no qual os corpos de crescimento (esferas de argila) podem ser reconhecidos
b) ALMA BioFil Compact
- Este sistema compacto foi especialmente concebido para caudais de águas residuais mais pequenos, até 50 m³/h, e utiliza também as pérolas de argila altamente desenvolvidas como suporte de crescimento. É particularmente adequado como etapa de pré-tratamento para sistemas de osmose inversa, uma vez que reduz a bioincrustação ao remover eficazmente a matéria orgânica residual e os nutrientes. Isto ajuda a prolongar a vida útil das membranas e a melhorar a estabilidade operacional dos sistemas a jusante.
- Saiba mais sobre a nossa biofiltração compacta: ALMA BioFil Compact
As esferas de argila nestes sistemas permitem uma colonização microbiológica intensiva, uma vez que oferecem uma estrutura tridimensional com numerosos poros e cavidades. Esta estrutura suporta tanto processos aeróbicos para a remoção de substâncias orgânicas como processos anóxicos, que são importantes para a desnitrificação. Como resultado, consegue-se uma purificação biológica abrangente, o que é relevante para muitas aplicações industriais, incluindo a indústria alimentar, as fábricas de lacticínios e outros sectores com utilização intensiva de água.
Foto: Desenho 3D do nosso sistema ALMA BioFil Compact
Vantagens e desafios
Vantagens:
Maior área de superfície específica: Os meios de crescimento oferecem aos microrganismos uma maior área de colonização em comparação com os sistemas de suspensão, como o processo de lamas activadas. Isto permite a colonização de uma maior biomassa no reator, o que conduz a uma biodegradação mais eficiente.
Processos mais estáveis: Como os microrganismos aderem firmemente aos meios de crescimento, estes sistemas são mais estáveis face a flutuações na carga das águas residuais ou na hidráulica do sistema. Os sistemas baseados em biofilme são frequentemente mais resistentes a substâncias tóxicas ou a picos súbitos de carga nas águas residuais.
Conceção compacta da instalação: Ao utilizar suportes de crescimento, o volume dos reactores pode ser mantido mais pequeno, uma vez que se consegue uma maior concentração de biomassa por unidade de volume. Isto é particularmente vantajoso em aplicações onde o espaço é limitado, por exemplo, na modernização de instalações existentes.
Desafios:
Crescimento de biofilme e entupimento: Se o biofilme no meio de cultura se tornar demasiado espesso, pode levar ao entupimento e à restrição da circulação do fluido. A manutenção e limpeza regulares dos meios de cultura são, por isso, necessárias para garantir a funcionalidade do sistema.
Descarga de lamas: Em alguns reactores, a biomassa pode ser removida (descarga de lamas), especialmente se a carga no sistema for demasiado elevada ou se as condições hidráulicas não forem as melhores. Este facto pode prejudicar o desempenho da limpeza e exige um ajuste dos parâmetros de funcionamento.
Exemplos práticos e relevância
Os meios de crescimento são utilizados em muitas aplicações industriais, particularmente no tratamento de águas residuais altamente contaminadas, como as encontradas na indústria alimentar, na indústria da pasta e do papel e na indústria química. Um exemplo particular é a utilização de meios de crescimento na desnitrificação e nitrificação, onde contribuem para a remoção de compostos de azoto de fluxos de águas residuais.
A ALMAWATECH oferece sistemas biológicos especiais baseados na utilização de meios de crescimento, como a série ALMA BHU BioFil. Estes sistemas de filtração bioactivados utilizam meios de crescimento para reduzir eficazmente as cargas orgânicas residuais em grandes fluxos de água, o que apoia o pré-tratamento para sistemas de osmose inversa (visão geral do produto sistemas de osmose inversa) e outros processos de reciclagem. A utilização de suportes de crescimento ajuda a minimizar a bioincrustação e a melhorar a qualidade da água, resultando num funcionamento mais estável e económico a longo prazo.
Conclusão
Os meios de crescimento são um elemento essencial nos reactores baseados em biofilmes e desempenham um papel central no tratamento biológico de águas residuais e da água. Permitem uma colonização eficiente por microrganismos e contribuem para a estabilidade e o desempenho dos sistemas biológicos. Graças à sua conceção versátil e à escolha de materiais, podem ser adaptados a uma vasta gama de requisitos industriais. Estão a tornar-se cada vez mais importantes em áreas onde é necessário um elevado desempenho de purificação num espaço limitado.
