O tratamento de esgotos é desenvolvido, essencialmente, por processos biológicos, associados à operações físicas de concentração e separação de sólidos. Processos físicoquímicos, como os a base de coagulação e floculação, normalmente não são empregados por resultarem em maiores custos operacionais e menor eficiência na remoção de matéria orgânica biodegradável. Porém, em algumas situações, notadamente quando se tem condições bastante restritivas para as descargas de fósforo, o tratamento físico-químico pode ser aplicado isoladamente ou, principalmente, associado aos processos biológicos. O tratamento biológico pode ser subdividido em dois grandes grupos, processos aeróbios e anaeróbios.

Os processos biológicos podem ser classificados também em função do tipo de reator, que pode ser de crescimento em suspensão na massa líquida ou de biomassa aderida. Nos reatores de crescimento em suspensão, não há suporte inerte para a aderência dos microrganismos, que crescem geralmente floculados e em suspensão na massa líquida. No caso dos reatores aeróbios, o próprio sistema de aeração acumula essa função complementar de manter os sólidos biológicos em suspensão. Nos reatores de biomassa aderida, há introdução de material de enchimento como areia, pedras ou plástico, dentre outros, que podem se manter fixos ou móveis no reator, garantindo a aderência da biomassa que cresce sob a forma de biofilme aderido ao meio inerte.

Os processos biológicos podem ser classificados ainda em função da retenção ou não de biomassa, entendendo-se por biomassa os microrganismos responsáveis pela degradação de matéria orgânica dos esgotos. Nos processos em que não se pratica retenção de biomassa, o tempo de detenção hidráulica, que é o tempo de passagem do esgoto pelo sistema, é equivalente ao tempo médio de residência celular, também conhecido por idade do lodo, que representa o tempo de permanência dos microrganismos no sistema. Assim, se é desejado que os microrganismos permaneçam durante determinado período no reator, os esgotos deverão ser retidos pelo mesmo período, o que torna as dimensões do sistema relativamente elevadas. É o caso, por exemplo, das lagoas aeradas mecanicamente de mistura completa.

Nos sistemas com retenção de biomassa, este mecanismo deverá ser produzido de alguma forma. Quando se empregam reatores de crescimento em suspensão na massa líquida, como são os tanques de aeração dos processos de lodos ativados, a retenção de biomassa é feita recirculando-se o lodo sedimentado nos decantadores posicionados à jusante do reator biológico. Já nos reatores de biomassa aderida, sejam de leito fixo ou móvel, a retenção de biomassa é garantida pela própria aderência dos microrganismos ao meio suporte formando os biofilmes. Os reatores com retenção de biomassa compõem os chamados sistemas de tratamento compactos que, por permitirem maior concentração de microrganismos ativos, possuem maior capacidade de recebimento de carga de esgotos quando se compara com mesmo volume de reator onde não se procede a retenção do lodo.

O processo de lodos ativados convencional é composto das seguintes etapas:
• Tratamento preliminar: gradeamento e desarenação
• Decantadores primários
• Tanques de aeração
• Decantadores secundários
• Adensadores de lodo
• Digestores de lodo
• Sistema de desidratação de lodo

Variantes do Processo de Lodos Ativados

Existem diversas variantes do processo de lodos ativados. Cabe inicialmente caracterizar e estabelecer as diferenças entre os sistemas convencionais e os com aeração prolongada. A idéia fundamental é a de que nos sistemas convencionais, as condições no tanque de aeração são planejadas para que ocorra a floculação biológica sob maior fator de carga e menor idade do lodo. Com isso, os volumes necessários de tanques reatores são menores porém, o grau de digestão do excesso de lodo descartado é baixo e é necessária uma estabilização bioquímica complementar antes da secagem, ou seja, a digestão do lodo.

Nos sistemas com aeração prolongada, contrariamente, permite-se maior incidência de metabolismo endógeno mantendo-se no tanque baixa relação alimento/microrganismos e idade do lodo alta. Desta forma, o volume necessário de tanque de aeração é maior, mas o lodo descartado apresenta grau de mineralização (SSV/SST) mais elevado, dispensando-se a digestão complementar. Em geral, nos sistemas com aeração prolongada não se utiliza decantador primário, evitando-se completamente a necessidade de digestão de lodos em troca da exigência de um volume de tanque de aeração cerca de 30% maior.

Sistemas de Aeração

Os sistemas de aeração mais comuns em sistemas de lodos ativados são os que recorrem aos aeradores superficiais e os sistemas com ar difuso. Em ambos os casos, a transferência de oxigênio é dificultada pela presença de sólidos e pela salinidade dos esgotos, além de que, nas condições críticas de campo, as temperaturas acima de 20oC e altitudes acima do nível médio do mar fazem com que, no conjunto, sejam obtidas reduções da ordem de 40% nos valores resultantes de testes de transferência de oxigênio em água limpa.

Câmaras Anóxicas

Recentemente, têm-se incorporado ao sistemas de lodos ativados as chamadas câmaras anóxicas, onde em um compartimento misturado porém não aerado, introduz-se o esgoto e o lodo de retorno, a montante do trecho aerado. O objetivo é a desnitrificação do efluente final, sendo que o volume da câmara anóxica representa em um acréscimo em torno de 30% de volume do tanque de aeração. Resulta também em combate ao crescimento excessivo de organismos filamentosos.