Lodo ativado é o floco produzido num esgoto bruto ou decantado pelo crescimento de bactérias (zoogléias) ou outros organismos, na presença de oxigênio dissolvido, e acumulado em concentração suficiente graças ao retorno de outros flocos previamente formados.
            O sistema de lodos ativado é amplamente utilizado, a nível mundial, para o tratamento de despejos domésticos e industriais, em situações em que são necessários uma elevada qualidade do efluente  e reduzidos requisitos de área. No entanto, este sistema inclui um índice de mecanização superior ao de outros sistemas de tratamento, implicando em uma operação mais sofisticada e em maiores consumos de energia elétrica.
            O processo de lodos ativados é biológico. O sistema consta de uma unidade de aeração (reator aeróbio) e outra de decantação (decantador secundário). A unidade de recirculação do lodo também faz parte do sistema.

Esquema básico de lodos ativados

No reator, é fornecido oxigênio ao esgoto, através de aeradores ou insufladores de ar (difusores), satisfazendo as condições para que ocorram as reações bioquímicas de remoção da matéria orgânica pela ação das bactérias aeróbias e, em determinadas condições, remoção da matéria nitrogenada. Em condições naturais de operação, a formação do floco e sua quantidade presente no volume do reator é relativamente pequena, sendo necessários um tempo muito longo e um volume de tanque muito grande para tornar efetivo o processo de floculação. Por esta razão é feita uma recirculação contínua do lodo do decantador secundário para o interior do reator, mantendo então uma concentração elevada de biomassa no sistema, acelerando sua eficiência.
           






No decantador secundário ocorre a sedimentação dos sólidos (biomassa), permitindo que o efluente final saia clarificado.
A biomassa consegue ser facilmente separada no decantador secundário devido a sua capacidade de flocular. Isto de deve ao fato das bactérias possuírem uma matriz gelatinosa, que permite a aglutinação das bactérias e outros microorganismos, como os protozoários. A maior dimensão do floco facilita sua sedimentação.

Existem diversas variantes do processo de lodos ativados, sendo as principais e mais utilizadas
as apresentadas na tabela abaixo:

Divisão quanto à idade do lodo	- Lodos ativados convencional - Aeração prolongada
Divisão quanto ao fluxo	- Fluxo contínuo - Fluxo intermitente (batelada)
Divisão quanto ao afluente à etapa biológica do sistema de lodos ativados	- Esgoto bruto - Efluente de decantador primário - Efluente de reator anaeróbio - Efluente de outro processo de tratamentos de esgotos

  
          Em virtude da recirculação, a concentração de sólidos em suspensão no reator é cerca de 10 vezes maior à de uma lagoa aerada de mistura completa, sem recirculação. Isto possibilita um tempo de detenção do líquido baixo e volume do tanque de reação reduzido. Porém, devido à recirculação, os sólidos permanecem no sistema por um tempo superior ao do líquido. O tempo de retenção dos sólidos no é denominado idade do lodo. É devido a esta maior permanência dos sólidos no sistema que se garante o tempo suficiente para a biomassa metabolizar praticamente toda a matéria orgânica dos esgotos.
Como há no interior do reator a chegada contínua de DBO do esgoto afluente, a quantidade de biomassa tende a aumentar devido à recirculação e a reprodução dos microorganismos. Caso não houvesse um controle desse crescimento a concentração de biomassa no reator poderia atingir níveis excessivos, dificultando a transferência de oxigênio a todas as células. Isto também sobrecarregaria o decantador secundário, impedindo os sólidos de decantarem satisfatoriamente e comprometendo a qualidade do efluente final. Para manter o sistema em equilíbrio, é necessário que se retire aproximadamente a mesma quantidade de biomassa que é aumentada por reprodução. Esta quantidade é denominada lodo biológico excedente, que pode ser extraído diretamente do reator ou da linha de recirculação.
O tratamento do lodo é parte integrante do processo de lodos ativados. Portanto, o fluxograma da estação apenas pode ser completo se incluir as etapas relacionadas com o tratamento e disposição final dos subprodutos gerados no tratamento. Os fluxogramas dos sistemas de tratamento do lodo possibilitam diversas combinações de operações e processos unitários, compondo distintas seqüências, sendo as principais:

• Adensamento: remoção de umidade (redução de volume)
• Estabilização: remoção da matéria orgânica (redução de sólidos voláteis)
• Condicionamento: preparação para a desidratação (principalmente mecânica)
• Desidratação: remoção de umidade (redução de volume)
• Disposição final: destinação final dos subprodutos

 

Filtros biológicos aeróbios

O filtro biol ógico aeróbio consta de um meio filtrante composto de pedras, cascalho, plástico, ou de outro material grosseiro, por onde o esgoto percola em fluxo descendente, sofrendo uma oxidação bioquímica pelos microorganismos que aderem ao material filtrante. A depuração pela filtração biológica não é devida à ação mecânica de filtrar, e sim está associada ao desenvolvimento de bactérias e à formação de películas gelatinosas ativas.
O mecanismo do processo é caracterizado pela alimentação e percolação contínua de esgoto através do meio suporte. A continuidade da passagem dos esgotos nos interstícios promove o crescimento e a aderência da massa biológica na superfície do meio suporte. Esta aderência é favorecida pela predominância de colônias gelatinosas (Zooglea), mantendo suficiente período de contato da biomassa com o esgoto.
Garantido o equilíbrio bioquímico, as substâncias coloidais e dissolvidas são transformadasem sólidos estáveis na forma de flocos facilmente sedimentáveis. O processo é similar ao processo de lodos ativados, sendo que na biofiltração a massa biológica permanece fixa (biomassa estática) e no processo de lodos ativados a massa biológica é móvel, atravessando os esgotos retidos no tanque de aeração, através da recirculação do lodo (biomassa móvel).
O ar circula no sistema pelos espaços existentes entre as unidades que compõe o material filtrante. Este fluxo de ar, garantido normalmente por meios artificiais, mais a contínua presença de carga orgânica, favorece a reprodução e aumento da biomassa, prejudicando a passagem de oxigênio até as camadas internas, onde então o processo de oxidação da matéria orgânica pode realizar-se anaerobicamente. Os gases resultantes da decomposição anaeróbia podem provocar a “explosão” de toda massa biológica agregada ao meio suporte, desprendendo-a e facilitando seu arraste pelo fluxo de esgoto. Este material constitui o lodo, normalmente removido por sedimentação em unidades de decantação. Os filtros podem ser:

• Filtros Biológicos De Baixa Carga, onde não ocorre recirculação do efluente, ocupando uma área maior.
• Filtros Biológicos De Alta Carga, onde é feita a recirculação  do efluente líquido do decantador secundário, possibilitando uma maior
  carga de DBO aplicada e ocupando uma área menor, porém exige uma operação mais complexa.

 

Esquema de um sistema de tratamento de esgoto com filtro biológico aeróbio

 

Reator UASB (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente e Manta de Lodo)



A evolução recente do tratamento anaeróbio conduziu a que os esgotos, e não apenas o lodo, possam ser tratados em unidades dimensionadas para tal fim, em condições tais que a biomassa formada no interior dessas unidades aí permaneçam por um elevado tempo de residência.
O reator UASB é um sistema que opera por meio da separação das fases sólidas, líquidas e gasosas. Neste reator o processo consiste de um fluxo ascendente de esgotos através de um leito de lodo denso e de elevada atividade, o qual é responsável pela estabilização anaeróbia da matéria orgânica. Acima da área onde fica a manta de lodo, são colocados dispositivos que possibilitam a separaçãode gases (principalmente o metano) e a sedimentaçãodos sólidos.

Desenho esquemático de um reator UASB

 

O reator UASB costuma receber, no Brasil, outros tipos de nomenclatura, como a seguir:

• DAFA (digestor anaeróbio de fluxo ascendente)
• RAFA (reator anaeróbio de fluxo ascendente)
• RALF (reator anaeróbio de leito fluidificado)
• RAFAALL (reator anaeróbio de fluxo ascendente através de leito de lodo)

Vantagens e Desvantagens dos reatores UASB
Vantagens	Desvantagens
Sistema compacto, com baixa demanda de área Baixo custo de implantação e operação Baixa produção de lodo Baixo consumo de energia Satisfatória eficiência na remoção DBO/DQO, da ordem de 65-75% Elevada concentração de lodo excedente Boa desidratabilidade do lodo	Possibilidade de emanação de maus odores Baixa capacidade do sistema de tolerar cargas tóxicas Elevado intervalo de tempo para a partida do sistema Necessidade de uma etapa pós-tratamento.

Apesar da satisfatória eficiência do tratamento, os reatores UASB apresentam dificuldades em produzir um efluente que se enquadre nos padrões estabelecidos pela legislação ambiental brasileira. Neste caso, é necessário que se realiza um pós-tratamento do  efluente, sendo as formas mais comuns:

• Sistema UASB – Filtro Anaeróbio
• Sistema UASB – Lagoa de Polimento
• Sistema UASB – Aplicação no Solo
• Sistema UASB – Biofiltro Aerado

Desinfecção

O objetivo da desinfecção é eliminar os microorganismos patogênicos do efluente final, protegendo os corpos d’água para aproveitamento posterior.
A cloração tem sido a principal forma de desinfecção praticadas nas estações de tratamento. O cloro penetra nas células dos microorganismos e reage com suas enzimas, destruindo-as. Além da ação desinfetante a utilização do cloro produz alguns efeitos secundários, como redução de odor, redução de DBO (da ordem de 15%).


Na cloração do esgoto os compostos mais utilizados têm sido:

• Cloro gasoso
• Hipoclorito de cálcio
• Hipoclorito de sódio

A desinfecção com raios ultravioleta também é um método vantajoso de desinfecção, sendo  totalmente físico e apresentando eficiência e simplicidade. A aplicação é feita por  um conjunto de lâmpadas que emitem radiação ultravioleta. A energia ultravioleta é absorvida pelos microorganismos causando alterações estruturais no DNA, impedindo a reprodução.
O processo de desinfecção por ozonização tem sido prática comum em vários países da Europa. O ozônio é gerado no próprio local de aplicação, e por ser um oxidante muito forte, sua aplicação é recomendada  apenas a efluentes terciários já nitrificados ou filtrados. Possui como principais desvantagens o elevado custo dos equipamentos de geração do ozona e a inexistência de residual após sua aplicação.