1. Introdução ao tratamenpara de águas residuais biológicas

1.1 O que é o tratamento de águas residuais biológicas?

Tratamento de águas residuais biológicas é uma tecnologia que aproveita o poder de microouganismos - bactérias primariamente - para consumir e quebrar poluentes ougânicos, Assim, Assim, nutrientes (como nitrogênio e fósfouo) e outros contaminantes encontrados em águas residuais. Essencialmente, é uma versão acelerada e controlada do próprio processo de auto-purificação da Nature.

O objetivo fundamental é transfoumar substâncias prejudiciais, dissolvidas e coloidais (que contribuem para Coupo e bacalhau) em subprodutos inofensivos, como dióxido de carbono, água e nova Biomassaa microbiana (lodo). Esse método é vital pouque é a maneira mais eficaz e geralmente a mais econômica de remover a maiou parte da carga ougânica antes que a água seja devolvida ao meio ambiente.

---

1.2 Importância do tratamento biológico no gerenciamento de águas residuais

UM descarga não controlada de águas residuais apresenta riscos graves para a saúde pública e os ecossistemas aquáticos. UM alta concentração de matéria orgânica se esgota oxigênio dissolvido Ao receber águas, leveo à morte de peixes e outras vidas aquáticas. Além disso, o excesso de nutrientes pode causar enorme Algal Blooms (eutrofização) e patógenos podem espalhar doenças.

O tratamento biológico é o pinheiro do gerenciamento moderno de águas residuais por vários motivos:

• Remoção eficaz de poluentes: Ele remove com eficiência Demea bioquímica de oxigênio (Corpo) , que é a medida da matéria orgânica biodegradável.

• Controle de nutrientes: Pode ser projetado especificamente para remover azoto (para prevenir a depleção e toxicidade de oxigênio) e fósforo (para controlar a eutrofização).

• Custo-efetividade: Geralmente, é menos intensivo de energia e mais barato do que as opções de tratamento avançado puramente químico ou físico para aplicações em larga escala.

1.2.1 Tratamento biológico como estágio secundário

O tratamento de águas residuais é normalmente alcançado em uma sequência de estágios:

1. Tratamento primário: Um processo físico em que a gravidade é usada em tanques grees para resolver os sólidos mais pesados ​​(TSS) e desviar a graxa e o material flutuante.

2. Tratamento secundário: Este é o estágio de tratamento biológico . A água que flui dos clarificadores primários ainda contém altos níveis de matéria orgânica coloidal dissolvida e fina; Os microorganismos são introduzidos para consumir essa carga.

3. Tratamento terciário/avançado: Um estágio de polimento final que pode incluir filtração, desinfecção e remoção avançada de contaminantes ou nutrientes específicos antes que a água seja descartada com segurança ou reutilização.

---

1.3 Visão geral dos processos biológicos

Os processos de tratamento de águas residuais biológicas são amplamente categorizadas com base nos requisitos de oxigênio dos microorganismos envolvidos:

• Processos aeróbicos: Esses sistemas exigem oxigênio dissolvido (DO) para funcionar. Os microorganismos usam o oxigênio para metabolizar poluentes orgânicos em dióxido de carbono, água e novas células. Este é o método mais comum para remoção de DBO. Exemplos incluem Lodo ativado e Filtros de escorregadia .

• Processos anaeróbicos: Esses sistemas operam no ausência de oxigênio . Microrganismos dividem a matéria orgânica em biogás (principalmente metano e ${\text{Co}}_2$ ) e um volume mais baixo de lodo. Eles são frequentemente usados ​​para águas residuais industriais de alta resistência ou para tratar o lodo resultante de processos aeróbicos. Um exemplo é o Fluxo de fluxo upcil de lodo anaeróbico ( $\text{Uasb}$ ) .

• Processos anóxicos: Esses processos são sem oxigênio , mas os microorganismos utilizam oxigênio quimicamente ligado (especificamente de nitrato or nitrito íons) em vez de molecular ${\text{O}}_2$ . Este é o passo crucial para desnitrificação (Remoção de nitrogênio) em muitas estações avançadas de tratamento.

2. Princípios de tratamento de águas residuais biológicas

A eficácia do tratamento de águas residuais biológicas depende inteiramente da compreensão e controle do mundo microscópico dentro do reator. Esta seção detalha os principais atores biológicos e os processos bioquímicos fundamentais que eles dirigem.

2.1 Papel dos microorganismos

Um sistema de tratamento biológico saudável, geralmente referido como licor misto or biomass , é um ecossistema diversificado. O objetivo coletivo desta comunidade microbiana é consumir os poluentes orgânicos (o "alimento") para crescer, reproduzir e gerar energia.

2.1.1 bactérias

As bactérias são os cavalos de trabalho do processo de tratamento. Eles são responsáveis ​​pela gree maioria de $\text{Corpo}$ remoção e Remoção de nutrientes . Eles formam flocos (pequenos aglomerados) que são cruciais para se estabelecer em clarificadores. Os grupos -chave incluem bactérias heterotróficas (consomem compostos de carbono) e bactérias autotróficas (realizam nitrificação).

2.1.2 fungos

Os fungos são geralmente menos dominantes, mas tornam -se importantes em certas condições, principalmente no tratamento de sistemas baixo $\text{ph}$ ou resíduos industriais de alta resistência. Enquanto eles contribuem para a degradação orgânica, o crescimento excessivo dos fungos pode causar volume (más estabelecimentos de lodo) devido à sua estrutura filamentada.

2.1.3 Protozoa

Protozoários e outros organismos superiores (como rotíferos) não são degradantes primários, mas desempenham um papel crucial em polimento o efluente. Eles consomem bactérias dispersas e partículas finas, agindo como "limpadores" que contribuem para um efluente final mais claro. Sua presença e diversidade também são indicadores -chave do saúde e estabilidade do sistema biológico.

---

2.2 Reações bioquímicas

A remoção de poluentes ocorre através de uma sequência de reações bioquímicas complexas, categorizadas pelo aceitador de elétrons usado pelos microorganismos.

2.2.1 Processos aeróbicos

Essas reações ocorrem na presença de Oxigênio dissolvido ( $\text{FAZER}$ ) . As bactérias usam $\text{FAZER}$ como aceitador final de elétrons para converter matéria orgânica em produtos estáveis ​​e inofensivos.

Matéria orgânica O2 → Bactérias Co2 H2 o Novas células

Nitrificação , um processo aeróbico em duas etapas, é essencial para a remoção de nitrogênio:

1. Nitritation: Amônia ( ${\text{NH}}_4^{}$ ) é convertido em nitrito ( ${\text{NÃO}}_2^{-}$ ).

2. Nitratação: Nitrito ( ${\text{NÃO}}_2^{-}$ ) é convertido em nitrato ( ${\text{NÃO}}_3^{-}$ ).

2.2.2 processos anaeróbicos

Essas reações ocorrem na completa ausência de ${\text{O}}_2$ . O processo envolve várias etapas para converter matéria orgânica complexa em biogás (principalmente metano ( ${\text{Cap}}_4$ ) e ${\text{Co}}_2$ ), que pode ser usado como fonte de energia. As principais fases são hidrólise, acidogênese, acetogênese e, finalmente, metanogênese .

Matéria orgânica → Bactérias Cap4 CO2 Novas células Calor

2.2.3 Processos anóxicos

Essas reações ocorrem queo $\text{FAZER}$ está ausente, mas Nitrato ( ${\text{NÃO}}_3^{-}$ ) está presente. Certas bactérias utilizam o oxigênio quimicamente ligado na molécula de nitrato, reduzindo o nitrato a inofensivo gás nitrogênio ( ${\text{N}}_2$ ) que é liberado na atmosfera. Este processo é chamado desnitrificação e é essencial para impedir a poluição por nitrogênio.

Nitrato Matéria orgânica → Bactérias Nitrogênio Gas (N2) CO2 H2 O

---

2.3 Fatores que afetam o tratamento biológico

A eficiência da comunidade microbiana é altamente sensível às condições dentro do reator. O controle operacional se concentra em manter esses fatores dentro de faixas ideais.

2.3.1 Temperatura

A atividade microbiana aumenta com a temperatura até um ponto ideal (normalmente $20-35^{\circ }\text{C}$ para plantas municipais). As temperaturas mais baixas diminuem as taxas de reação, enquanto temperaturas excessivamente altas podem desnaturar enzimas, mateo os micróbios.

2.3.2 $\text{ph}$

A maioria dos microorganismos prospera em um quase neutro $\text{ph}$ intervalo (normalmente $6.5-7.5$ ). Extremo $\text{ph}$ (ácido ou básico) pode inibir o crescimento bacteriano e interromper processos críticos como nitrificação.

2.3.3 Disponibilidade de nutrientes

Os microorganismos precisam de uma dieta equilibrada para crescer. Chave Macronutrientes - Nitrogênio (n) e Fósforo (P) -must be available, often in the ratio of $\text{Corpo}:\text{N}:\text{P}$ de cerca de $100:5:1$ . A deficiência pode limitar severamente o crescimento da biomassa necessária para tratar os resíduos.

2.3.4 Oxigênio dissolvido ( $\text{FAZER}$ )

$\text{FAZER}$ Os níveis são críticos para processos aeróbicos (normalmente mantido em $1-3\text{mg/l}$ ), como oxigênio insuficiente diminuirá o processo de degradação. Por outro lado, $\text{FAZER}$ deve ser estritamente controlado ou ausente em anaeróbico e anóxico Zonas para os respectivos processos ocorrem.

Aqui está o rascunho do conteúdo para o terceira parte do seu artigo, concentrando -se no Tipos de processos de tratamento de águas residuais biológicas .

---

3. Tipos de processos de tratamento de águas residuais biológicas

Os sistemas de tratamento biológico são fundamentalmente classificados pela forma como a comunidade microbiana é sustentada e se o oxigênio é fornecido. Esses processos podem ser agrupados em sistemas aeróbicos (que requer oxigênio), anaeróbica (sem oxigênio) e híbridos.

3.1 Processos de tratamento aeróbico

Os processos aeróbicos são o tipo mais comum de tratamento secundário, contando com o suprimento contínuo de oxigênio para manter o metabolismo microbiano. Eles são altamente eficazes na remoção de matéria orgânica (Corpo).

3.1.1 Processo de lodo ativado

Este é o sistema aeróbico mais difundido globalmente. Envolve a introdução de águas residuais em um tanque aerado contendo uma suspensão de microorganismos (o lodo ativado ). Os micróbios consomem os poluentes, formam aglomerados microbianos densos e densíveis (flocos) e são então separados da água tratada em um clarificador secundário. Uma parte desse lodo é reciclada de volta ao tanque de aeração para manter uma alta concentração de biomassa ativa.

3.1.2 Filtros de escurecimento

Os filtros de escurecimento (ou filtros biológicos) são sistemas de filme fixo em que as águas residuais são distribuídas sobre um leito de mídia (por exemplo, rochas, plástico). UM Biofilme (Uma camada de microorganismos) cresce na superfície da mídia. À medida que as águas residuais escorrerem, os micróbios no biofilme absorvem e degradam a matéria orgânica. A circulação natural do ar fornece o oxigênio necessário.

3.1.3 Contatores biológicos rotativos (RBCs)

RBCs são outro sistema de filmão fixo que consiste em discos rotativos grandes e estreitamente espaçados montados em um eixo horizontal. Os discos estão parcialmente submersos nas águas residuais. À medida que os discos giram, eles alternadamente pegam um filme de águas residuais e depois expõem o biofilme à atmosfera para a transferência de oxigênio.

3.1.4 lagoas aeradas

São bacias grandes e rasas que usam aeradores de superfície ou sistemas de ar difuso para fornecer oxigênio à população microbiana dentro das águas residuais. Eles exigem uma grande área terrestre, mas são mais simples de operar e ideais para áreas com menor densidade populacional.

3.1.5 Biorreatores de membrana (Mbrs)

Os Mbrs combinam um processo de lodo ativado convencional com um filtração da membrana unidade (microfiltração ou ultrafiltração). As membranas separam os sólidos, eliminando a necessidade de um clarificador secundário. Isso permite uma concentração muito maior de biomassa (alta $\text{Srt}$ ) e produz efluentes excepcionalmente de alta qualidade, prontos para a reutilização.

---

3.2 Processos de tratamento anaeróbico

Os processos anaeróbicos operam sem oxigênio e são particularmente adequados para o tratamento de águas residuais de alta resistência ou para estabilizar o lodo, pois produzem uma valiosa fonte de energia-biogas.

3.2.1 Digestão anaeróbica

Isso é usado principalmente para estabilizar o lodo (biossólidos) gerados por tratamento aeróbico. O lodo é colocado em tanques selados e aquecidos, onde as bactérias anaeróbicas convertem uma parte significativa dos sólidos orgânicos em biogás ( ${\text{Cap}}_4$ ). Isso reduz o volume e o odor do lodo.

3.2.2 Fluxo de fluxo de uple $\text{Uasb}$ ) Reatores

O $\text{Uasb}$ é um sistema anaeróbico de alta taxa, onde as águas residuais fluem para cima através de um denso "cobertor" de grânulos microbianos (lodo). Como a matéria orgânica é degradada, o biogás produzido faz com que os grânulos circulem, criando um excelente contato entre a biomassa e as águas residuais.

3.2.3 Filtros anaeróbicos

Ose fixed-film reactors are packed with media. Wastewater flows through the packed bed, and the anaerobic microbes grow attached to the media, creating a highly efficient system for treating soluble organic waste.

---

3.3 Processos de tratamento híbrido

Os sistemas híbridos combinam características dos tipos de reator convencionais ou diferentes para aumentar a eficiência, especialmente para remoção de nutrientes e restrições de espaço.

3.3.1 Reatores de lotes de sequenciamento ( $\text{Sbrs}$ )

$\text{Sbrs}$ são únicos, pois todos os estágios de tratamento (preenchem, reagirem, acertar, desenhar) ocorrem sequencialmente em um tanque único . Eles são altamente flexíveis e fáceis de se adaptar para a remoção precisa de nutrientes, controlando a duração das fases aeróbicas, anóxicas e anaeróbicas dentro do ciclo.

3.3.2 Lodo ativado integrado de filme fixo ( $\text{IFAS}$ ) Sistemas

$\text{IFAS}$ Os sistemas são um híbrido de lodo ativado (crescimento suspenso) e tecnologia de filme fixo. Os portadores de biofilme (meios de plástico) são adicionados diretamente à bacia ativada de aeração de lodo. Isso permite uma alta concentração de biomassa, proporcionando um ambiente estável para bactérias de crescimento lento (como nitrifistas), mantendo a flexibilidade do sistema de lodo suspenso.

4. Considerações de projeto para sistemas de tratamento biológico

A projeção de uma estação de tratamento biológica eficaz e estável requer uma profunda compreensão das características das águas residuais e uma calibração cuidadosa dos parâmetros do reator. O objetivo é criar o ambiente ideal para os microorganismos prosperarem e removerem com eficiência poluentes.

4.1 Características de águas residuais

O success of a biological system starts with accurately characterizing the influent (incoming) wastewater.

4.1.1 $\text{Corpo}$ (Demanda bioquímica de oxigênio)

$\text{Corpo}$ é a quantidade de oxigênio exigida pelos microorganismos para decompor a matéria orgânica na água durante um tempo específico (geralmente cinco dias, ${\text{Corpo}}_5$ ). É o Parâmetro de projeto primário Usado para dimensionar o reator biológico, pois determina a quantidade de carga orgânica que a população microbiana deve consumir.

4.1.2 $\text{BACALHAU}$ (Demanda química de oxigênio)

$\text{BACALHAU}$ é a quantidade de oxigênio necessária para oxidar quimicamente todos matéria orgânica e inorgânica. Ele mede componentes biodegradáveis ​​e não biodegradáveis. O $\text{Corpo}/\text{BACALHAU}$ a proporção é importante: uma proporção alta (por exemplo,> 0,5) indica que o desperdício é alto biodegradável e adequado para tratamento biológico.

4.1.3 $\text{TSS}$ (Total de sólidos suspensos)

$\text{TSS}$ representa os sólidos que são mantidos em suspensão. Alto $\text{TSS}$ pode exigir um tratamento primário mais extenso e afeta o manejo do lodo biológico (biossólidos). Boa resolução de $\text{TSS}$ é fundamental para a produção de efluentes limpos.

4.1.4 Nutrientes (nitrogênio e fósforo)

O concentration of Nitrogênio ( $\text{N}$ ) e Fósforo ( $\text{P}$ ) é fundamental por dois motivos:

1. Saúde microbiana: Adequado $\text{N}$ e $\text{P}$ são necessários para o crescimento da biomassa (o $100:\text{Corpo}:5:\text{N}:1:\text{P}$ razão).

2. Qualidade efluente: Se esses nutrientes estiverem presentes em grandes quantidades, o sistema deve ser projetado especificamente para Remoção de nutrientes (Nitrificação/desnitrificação e remoção aprimorada de fósforo biológico, $\text{EBPR}$ ) para evitar a eutrofização em águas receptoras.

---

4.2 Critérios de seleção de processos

A escolha do processo biológico certo depende de vários fatores:

• Força de águas residuais: Alta resistência (alta $\text{BACALHAU}/\text{Corpo}$ ) resíduos industriais frequentemente favorecem anaeróbico processes para produção de biogás, seguido de polimento. Resíduos de baixa força de médio a médios normalmente usam Lodo ativado aeróbico .

• Requisitos de efluente: Limites de descarga estritos (especialmente para nutrientes) exigem sistemas complexos como $\text{Mbrs}$ ou processos de vários estágios ( $\text{Sbrs}$ , lodo ativado em vários estágios).

• Disponibilidade de terras: Locais com restrições de espaço geralmente requerem tecnologias compactas de alta taxa, como $\text{Mbrs}$ or $\text{IFAS}$ , enquanto as lagoas são adequadas onde a terra é barata e abundante.

• Custos operacionais: Os processos aeróbicos requerem alta entrada de energia para aeração, enquanto os processos anaeróbicos geram energia (biogás), influenciando os custos de longo prazo.

---

4.3 Parâmetros de projeto do reator

Ose parameters are the operational levers used to control the microbial ecosystem within the reactor.

4.3.1 Tempo de retenção hidráulica ( $\text{HRT}$ )

$\text{HRT}$ é o tempo médio que uma unidade de água permanece dentro do reator.

Um mais tempo $\text{HRT}$ Fornece mais tempo de contato entre os microorganismos e os poluentes, mas requer um tamanho maior do tanque.

4.3.2 Tempo de retenção sólida ( $\text{Srt}$ )

$\text{Srt}$ (também chamado $\text{Mcrt}$ ou tempo de retenção de lodo) é o tempo médio microouganismos (solids) permanecer ativo no sistema.

$\text{Srt}$ é o parâmetro de controle mais importante para atividade biológica. Junto $\text{Srt}$ (por exemplo, $10-30$ dias) é necessário para cultivar organismos de crescimento lento como nitrifadores para remoção de nitrogênio.

4.3.3 Alimento para microorganismo ( $\text{F}/\text{M}$ ) Razão

O $\text{F}/\text{M}$ proporção é a carga orgânica diária (alimentos, medida como $\text{Corpo}$ or $\text{BACALHAU}$ ) fornecidos por unidade de massa de microorganismos ( $\text{M}$ , medido como licor misto, sólidos suspensos voláteis ou $\text{MLVSS}$ ) no reator.

• A alto $\text{F}/\text{M}$ (por exemplo, > 0.5 $\text{kg}\text{Corpo}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) significa que os micróbios estão "com fome" e tratam a água rapidamente, mas o lodo se acalma mal.

• A baixo $\text{F}/\text{M}$ (por exemplo, < 0.1 $\text{kg}\text{Corpo}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) resulta em lodo mais antigo e bem estabelecido, mas requer um tanque maior e é mais lento.

---

4.4 Gerenciamento de lodo

Todos os processos biológicos produzem excesso de biomassa (lodo) Isso deve ser removido do sistema. Este lodo é frequentemente $95-99\%$ Água, mas contém os poluentes concentrados, tornando -o um desafio de descarte. Tratamento de lodo (espessamento, desidratação e frequentemente anaeróbico digestion ) é um componente crucial e de alto custo do gerenciamento geral de águas residuais, com o objetivo de estabilizar o material e reduzir seu volume antes do descarte final (por exemplo, aplicação da terra ou aterro sanitário).

5. Aplicações do tratamento de águas residuais biológicas

O tratamento biológico é uma tecnologia altamente adaptável, essencial para o processamento de águas residuais de diversas fontes, variando de grandes áreas metropolitanas a instalações industriais especializadas.

5.1 Tratamento municipal de águas residuais

As águas residuais municipais, provenientes de casas residenciais, empresas comerciais e instituições, são o aplicativo clássico para tratamento biológico.

• Características: Normalmente contém uma carga orgânica de resistência média ( $\text{Corpo}$ e $\text{BACALHAU}$ ), altos níveis de sólidos suspensos ( $\text{TSS}$ ) e quantidades significativas de nutrientes (nitrogênio e fósforo).

• Processos usados: O standard treatment train relies heavily on Lodo ativado Processes (geralmente modificado para Remoção biológica de nutrientes or $\text{Bnr}$ ) e, às vezes, sistemas de filme fixo como Filtros de escorregadia or $\text{RBCs}$ . O objetivo principal é atender aos padrões rigorosos de alta para proteger as hidrovias públicas.

---

5.2 Tratamento industrial de águas residuais

As águas residuais industriais são muito mais variáveis ​​em composição e concentração do que o esgoto municipal, geralmente apresentando desafios únicos que exigem soluções biológicas personalizadas.

5.2.1 Indústria de alimentos e bebidas

• Características: Cargas orgânicas altas (açúcares, gorduras, amidos) e frequentemente altas temperaturas.

• Processos usados: Sistemas anaeróbicos como $\text{Uasb}$ os reatores são frequentemente empregados primeiro para lidar com o alto $\text{BACALHAU}$ e generate valuable biogás ( ${\text{Cap}}_4$ ) . Isso geralmente é seguido por um sistema aeróbico compacto ( $\text{MBR}$ or $\text{Lodo ativado}$ ) para polimento final.

5.2.2 Indústria de celulose e papel

• Características: Altos volumes, cor e compostos lignina lentamente biodegradáveis.

• Processos usados: Sistemas em larga escala, como Lagoas aeradas ou lodo ativado de alta taxa são comuns devido às enormes taxas de fluxo. Estirpes fúngicas ou bacterianas especializadas podem ser necessárias para a cor e a remoção persistente de compostos.

5.2.3 Indústria química

• Características: Contém poluentes tóxicos ou não convencionais específicos (orgânicos recalcitrantes, metais pesados) que podem inibir a atividade microbiana padrão.

• Processos usados: O tratamento geralmente requer biorreatores especializados ou robustos ou vários estágios, às vezes envolvendo Bioaugmentação (adicionando culturas de micróbios especialmente selecionadas) ou acoplamento com métodos avançados como Processos avançados de oxidação ( $\text{AOPS}$ ) antes ou depois do estágio biológico.

---

5.3 Tratamento de águas residuais agrícolas

Isso inclui o escoamento das fazendas e, principalmente, as águas residuais de operações concentradas de alimentação animal ( $\text{Cafo}$ ), ou estrume.

• Características: Concentrações extremamente altas de $\text{Corpo}$ , $\text{TSS}$ , patógenos e especialmente nutrientes.

• Processos usados: O tratamento envolve lagoas revestidas, seguidas pela digestão anaeróbica (para reduzir o volume e produzir energia) e subsequente tratamento aeróbico para remoção de nutrientes e patógenos antes da aplicação ou descarga da terra.

---

5.4 Tratamento de águas residuais no local

Os métodos biológicos são essenciais para o tratamento de esgotos em áreas sem acesso a sistemas municipais centralizados.

• Tanques sépticos: Embora principalmente físico, a camada de lodo em uma fossa séptica sofre uma digestão anaeróbica lenta.

• Plantas de pequena escala: Sistemas como compactos $\text{Sbrs}$ ou pacote $\text{MBRs}$ são usados ​​para escolas individuais, hospitais, empreendimentos habitacionais ou locais industriais remotos, oferecendo efluentes de alta qualidade em uma pequena pegada.

Aqui está o rascunho do conteúdo para o sexta parte do seu artigo, concentrando -se no Vantagens e desvantagens do tratamento biológico .

---

6. Vantagens e desvantagens do tratamento biológico

Embora os processos biológicos formem a espinha dorsal do gerenciamento moderno de águas residuais, eles estão sujeitos a certas limitações que devem ser gerenciadas por meio de um projeto e operação cuidadosos.

6.1 Vantagens

O tratamento biológico oferece benefícios atraentes sobre alternativas puramente físicas ou químicas.

6.1.1 Remoção de poluentes eficazes

Os sistemas biológicos são excepcionalmente eficientes na remoção orgânico $\text{Corpo}$ e $\text{BACALHAU}$ de águas residuais, muitas vezes alcançando $90\%$ -Plus Taxas de remoção. Além disso, eles são os meios mais práticos e econômicos para em larga escala Remoção biológica de nutrientes ( $\text{Bnr}$ ) , essencial para proteger as hidrovias sensíveis da eutrofização causada pelo excesso de nitrogênio e fósforo.

6.1.2 custo-efetividade

Uma vez construídos, os custos operacionais dos processos biológicos são geralmente inferiores aos do tratamento químico. Embora os sistemas aeróbicos exijam energia significativa para aeração, isso geralmente é compensado pelo alto custo e suprimento contínuo necessário para floculantes químicos ou precipitantes necessários nos métodos não biológicos. Sistemas anaeróbicos pode até ser Produtores de energia líquida Através da geração e uso de biogás ( ${\text{Cap}}_4$ ).

6.1.3 Ambientalmente amigável

O tratamento biológico envolve fundamentalmente processos naturais, convertendo poluentes em produtos estáveis ​​e não tóxicos ( ${\text{Co}}_2$ , ${\text{H}}_2\text{O}$ e biomassa). O resultante Biossólidos (lodo) Muitas vezes, pode ser tratado e reutilizado com segurança como uma emenda do solo, promovendo uma abordagem de economia circular para o gerenciamento de resíduos.

---

6.2 Desvantagens

O reliance on a living microbial community introduces certain operational vulnerabilities.

6.2.1 Sensibilidade às substâncias tóxicas

Os microorganismos são células vivas e podem ser facilmente inibidas ou mortas por insumos repentinos de produtos químicos industriais tóxicos , metais pesados, alto $\text{ph}$ (ácido ou base), ou altas concentrações de sal. Uma "carga de choque" pode acabar com a biomassa de um sistema, exigindo dias ou semanas para que a população se recupere e a qualidade do tratamento retorne.

6.2.2 Instabilidade do processo

Os sistemas biológicos podem sofrer problemas de instabilidade relacionados à saúde microbiana, como lodo bulking or espuma .

• Volume ocorre quando as bactérias filamentosas crescem excessivamente, impedindo que os flocos de lodo se estabeleçam adequadamente no clarificador, levando à alta $\text{TSS}$ no efluente final.

• Espuma é frequentemente causado por tipos específicos de bactérias e pode levar a problemas operacionais e riscos de segurança na superfície do tanque de aeração.

6.2.3 Produção de lodo

O fundamental goal of biological treatment is to convert dissolved pollutants into solid biomass (sludge). This necessary conversion creates the ongoing challenge and cost of lodo management (desidratação, estabilização e descarte). Os custos de manuseio de lodo podem explicar $30\%\text{to}50\%$ do orçamento operacional total para uma estação de tratamento de águas residuais.

7. Avanços e inovações recentes

O field of biological wastewater treatment is continually evolving, driven by the need for greater efficiency, smaller footprints, and increased resource recovery. Recent innovations are transforming traditional systems.

7.1 Processos avançados de oxidação ( $\text{AOPS}$ )

$\text{AOPS}$ não são estritamente biológicos, mas são cada vez mais utilizados em tandem com sistemas biológicos. Eles envolvem gerar espécies transitórias altamente reativas, como o radical hidroxila ( $\cdot \text{OH}$ ) , que oxidam e destroem rapidamente contaminantes orgânicos que não são biodegradáveis ​​(recalcitrantes ou micropoluentes).

• Aplicativo: $\text{AOPS}$ são usados ​​como um pré-tratamento para quebrar compostos tóxicos, tornando -os acessíveis a microorganismos ou como um pós-tratamento (estágio terciário) para polir o efluente removendo vestígios de produtos farmacêuticos e pesticidas.

7.2 Bioaugumentação e Bioestimulação

Ose techniques focus on actively managing the microbial population:

• Bioaugmentação: Envolve o adição de culturas microbianas não-nativas especialmente selecionadas a um reator. Isso geralmente é feito para introduzir organismos capazes de degradar poluentes industriais específicos e complexos que a biomassa nativa não pode lidar.

• Bioestimulação: Envolve Otimizando o ambiente do reator (por exemplo, adding specific limiting nutrients like trace metals or vitamins) to enhance the growth and activity of the existing, native biomass to improve treatment efficiency.

7.3 Tecnologia de lodo granular

Esta inovação oferece um grande salto na eficiência do sistema e na redução da pegada, utilizada principalmente em Lodo granular aeróbico ( $\text{AGS}$ ) sistemas.

• Princípio: Em vez de formar flocos de lodo ativado tradicionais, a biomassa se organiza espontaneamente em denso, compacto e esférico grânulos . Esses grânulos se estabelecem significativamente mais rápidos e têm zonas distintas (exterior aeróbico, interior anóxico/anaeróbico) que permitem a remoção simultânea de carbono, nitrogênio e fósforo em um único reator.

• Vantagem: Permite uma concentração de biomassa muito mais alta e elimina a necessidade de um clarificador separado, reduzindo a pegada de plantas até $75\%$ .

7.4 Engenharia genética de microorganismos

Embora ainda seja principalmente na fase de pesquisa e piloto, a engenharia genética tem imensa promessa. Os cientistas estão investigando maneiras de:

• Aumente a degradação: Modifique micróbios para acelerar a quebra de poluentes orgânicos persistentes ( $\text{Pops}$ ).

• Melhorar a eficiência: Organismos de engenheiros para realizar várias reações (por exemplo, nitrificação e desnitrificação simultâneas) com mais eficácia ou para tolerar condições tóxicas que, de outra forma, inibiriam populações naturais.