Lodos ativados

Professor Marcelo P.

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Vantagens e desvantagens da aeração por ar difuso e sistema mecânico

Os poucos efluentes e águas poluídas do início do século XX eram jogados nos cursos de água onde se processava a depuração com facilidade. Havia um grande volume de água limpa e oxigenada disponível que diluía a carga existente.
Os microrganismos logo se encarregavam deste alimento inesperado sem interferir com a vida aquática. O aumento da população e da atividade industrial trouxe volumes de efluentes, esgotos e águas poluídas em tamanha quantidade que obrigou à construção de estações de tratamento de esgotos para evitar maiores impactos ambientais, mortandade de peixes, mau cheiro e epidemias.
Os efluentes e água poluídas podem ser tratados por via aeróbia, anaeróbia, reatores físico-químicos ou em sistemas combinados. Em geral se usam diferentes grupos de organismos para reduzir a carga orgânica dissolvida na água sendo utilizada como alimento.

A água servida, efluente ou esgoto doméstico têm, basicamente, dois estágios de tratamento: o tratamento primário da água retira os sólidos grosseiros como pedaços de madeira, pedras, areia grossa e fina que poderiam danificar os equipamentos da unidade; usa métodos simples como gradeamento, peneiras e decantação. No tratamento secundário da água, na sequência do primário, o efluente ou água filtrada, passa por um tratamento biológico onde a carga orgânica dissolvida entra em contato com microrganismos que a usam como alimento e a decompõem.
Técnicas como o simples tratamento de água, esgotos e águas poluídas como disposição em lagoas, filtros biológicos, leitos de contato, tanque de lodo ativado e tanques sépticos servem a este propósito. O lodo ativado permite o contato íntimo da matéria orgânica poluidora da água com os microrganismos por várias horas, em farta presença de oxigênio e agitação.
Cada efluente e água poluída gera um grupo de microrganismos que se adapta ao meio e ao alimento. Uma bactéria comumente encontrada, a Zoogloea ramigera, sintetiza e secreta um polissacarídeo gel onde outros micróbios e matéria orgânica se aglomeram em flocos de grande atividade metabólica. A este conjunto “bactéria-matéria orgânica” chama-se lodo ativado.
Uma propriedade importante do lodo ativado é apresentar afinidade com sólidos em suspensão, incluindo colóides, formando a associação. No processo, uma parte do lodo está sempre retornando ao tanque de aeração para se misturar com mais cargas de matéria orgânica e, após este tratamento da água, do tanque de aeração, o efluente ou água poluída flui para o tanque de decantação, onde o lodo é removido produzindo então um efluente depurado ou uma água mais limpa sem presença de carga orgânica dissolvida na água.

Segundo Leonardo Zanata, consultor ambiental que atua há mais de 14 anos em tratamento de água e efluentes, há basicamente dois tipos de sistemas de aeração:
1) Sistemas de aeração por ar difuso e;
2) Sistemas de aeração por aeradores mecânicos.
Segundo Metcalf&Eddy (2003), a seleção do tipo de sistema de aeração vai depender de algumas características, a saber: Função desejada; Tipo e geometria do reator (Tanque); Relação custo de implementação e operação. Em muitos casos, a relação taxa de transferência X carga orgânica do efluente também é um ponto muito importante nesse processo.
Os sistemas de aeração por ar difuso podem apresentar difusores porosos ou não, em cerâmicos ou poliméricos (bases plásticas e membranas em borracha, silicone, poliuretano, etc.).

Ar difuso
Os sistemas de aeração por ar difuso são empregados nos mais diversos processos de tratamento de efluentes e resíduos industriais, sejam eles biológicos, químicos ou físicos. Sua função é fornecer oxigênio de forma homogênea e continua à biomassa em processos de nitrificação biológica, remoção biológica de nutrientes e processos de oxidação de carga orgânica dos mais variados tipos, em processos de mistura, equalização, flotação e digestão aeróbia.

Sua vasta aplicação, aliada ao fato de ser mais moderno e eficiente do que outros sistemas de aeração, torna os sistemas de aeração por ar difuso os mais utilizados pela indústria mundial. Veja a seguir as principais vantagens dos sistemas de aeração por ar difuso:
1) Menor consumo de energia elétrica - O sistema por ar difuso consome até 60% menos energia do que aeradores mecânicos. Como resultado, o maior investimento necessário para aquisição de um sistema de aeração por ar difuso em relação a um sistema com aeradores mecânicos, esta diferença do investimento é recuperada em menos de 1 ano.
2) Flexibilidade - A alternativa de utilização de sistemas removíveis permite a instalação ou manutenção sem a necessidade de esvaziamento do tanque ou lagoa.
3) Melhor decantação do efluente - A mistura por sistema de ar difuso é mais suave e não quebra os flocos, facilitando o processo de decantação.
4) Maior transferência de oxigênio - Com a instalação no fundo do tanque ou lagoa, assegura-se maior transferência de oxigênio devido o maior tempo de contato entre o oxigênio e a biomassa.
5) Melhor mistura - Devido à instalação de forma homogênea do sistema no fundo do tanque ou lagoa, o sistema de aeração apresenta mistura realmente mais eficiente, impossibilitando a sedimentação de sólidos suspensos.
6) Não produz aerossóis - Com a instalação e operação do sistema no fundo do tanque ou lagoa, não provoca aerossóis, eliminando a possibilidade de arraste de material fecal e bactérias no ar.
7) Baixa poluição sonora - Baixo ruído gerado pelos sopradores, instalados em cabines ou câmaras específicas.

Mecânica
A aeração mecânica superficial empregada nos sistemas de tratamento de efluentes residuários, dentro do processo de lodos ativados, sofreu nos últimos anos considerável desenvolvimento, graças basicamente a otimização do desempenho dos aeradores, não só na transferência de oxigenação ao meio líquido, mas também na agitação, responsável direta pela mistura, fundamental, nesse processo.
Dessa forma, um aerador mecânico superficial só é completo se a oxigenação e a mistura forem eficientes. Isso reduz custos e faz com que a maior parte dos profissionais da área optem por esse produto no lugar da aeração por ar difuso.
Segundo Zanata os aeradores mecânicos podem ser de eixos verticais, inclinados e horizontais. Existem ainda aeradores mecânicos submersíveis. Aeradores de eixo vertical podem ser rápidos ou lentos (em relação a rotação), sendo que os aeradores rápidos (eixo vertical ou inclinado) podem ser de fluxo descendente (que introduzem o ar na mistura) ou de fluxo ascendente (apenas eixo vertical - que geram aerossóis). Aeradores de eixo horizontal são aqueles compostos por vários conjuntos de pás que quebram a tensão superficial da água, produzindo como efeito a introdução de ar na mistura.

Barato e eficiente
Krista Ramirez, manager para a América Latina da Aeration Industries International, é uma das maiores defensoras da aeração mecânica. Ela lista uma série de vantagens em comparação com o ar difuso: “O ar difuso é muito caro, e complexo, demora semanas para ser montado, precisa de um tanque para se fazer a manutenção e, por fim, as membranas se fecham e requerem agentes químicos para se fazer uma boa limpeza”.
E é ela mesma quem defende e mostra as vantagens existentes no sistema de aeração mecânica: “ele é muito fácil de ser montado, por isso é rápido e econômico, não há necessidade de parar o processo, não é necessário esvaziar o tanque para se fazer a manutenção e limpeza”, comenta Krista.
Para Krista, “o sistema de ar difuso também tem uma limitação muito grande em profundidades de menos de 3 metros e requer muita energia para lograr transferência de oxigênio, para profundidades de mais de 8 metros requer muita energia para superar a carga hidráulica de pressão”, afirma.
Ela também fala sobre as vantagens do sistema mecânico, em relação ao ar difuso, no que diz respeito ao barulho. “Enquanto o sistema mecânico provoca pouco ruído e é perfeito para áreas urbanas, o ar difuso faz muito barulho e precisa de abrigos para diminuir o ruído dos sopradores’’, explica.

Outra visão
“A aeração mecânica é uma forma de introduzir oxigênio no efluente em um tanque de aeração, através da sucção ou da agitação turbulenta do efluente. Aeradores mecânicos com capacidade de succionar o efluente do fundo do tanque, são responsáveis por proporcionar o contato do efluente com o oxigênio da atmosfera, esse tempo de contato é suficiente para o efluente absorver oxigênio para alimentar os microrganismos deste efluente, que necessitam do oxigênio para sobreviver’’, explica o engenheiro projetista de equipamentos, Jean Philippe Folgosi, da Centroprojekt do Brasil S/A.

O aerador mecânico é amplamente utilizado em tanques de profundidades de até 4m,’’ e a Centroprojekt do Brasil comercializa diversos tipos de aeradores, podendo ser flutuantes ou fixos, em plataformas de concreto ou aço carbono, variam de acordo com a sua aplicação, estes equipamentos tem uma alta capacidade de misturar e oxigenar o efluente’’, afirma Philippe.

A aeração por ar difuso tem uma alta eficiência com profundidades acima de 4 metros, trazendo como principal vantagem dispêndio mínimo de energia, seus mecanismos de sopradores com alta eficiência garantem que a energia utilizada para captar o oxigênio da atmosfera seja o mínimo possível. Com perdas no sistema, este oxigênio coletado pelo soprador, é conduzido através de tubulações e mangueiras em neoprene, até as membranas com microfuros com capacidade máxima de dissolução do oxigênio no efluente, sua alta eficiência é uma combinação das membranas com microfuros e o tempo de contato deste ar dissolvido no efluente.

“Outra vantagem é que diferente dos aeradores mecânicos estes não criam aerossol, partículas de efluente suspensas no ar, garantindo um ambiente menos agressivo para a saúde humana e para os próprios equipamentos’’, comenta o engenheiro Jean.

Para a indústria que utiliza este tipo de processos, lodo ativado, uma vantagem é a alta eficiência na remoção de DBO (demanda bioquímica de oxigênio) e SST (sólidos suspensos totais), podendo ter um efluente final para reúso, com fins para irrigação, lavagem de ruas e muitas vezes utilizar a água no processo fabril, dependendo da qualidade da água que é necessária na produção. A implantação do projeto de reúso em uma indústria traz outras vantagens, não só reduzir o consumo de água, mas passar a trabalhar ativamente em ações de conscientização ambiental com funcionários e terceiros, de forma que todos possam compreender e partilhar das ações técnicas implementadas para a reutilização da água e redução do seu consumo.

Segundo Zanata a principal diferença entre todos os tipos de aeração são as taxas de transferência de oxigênio que cada uma delas proporciona STOR (Standard Oxigen Transfer Rate) X Quantidade de energia gasta para essa transferência (Eficiência de aeração). Essa taxa de transferência é determinada por testes pilotos em escala, segundo a norma ASCE (American Society of Civil Engeneering) 2-91, 2 ed – 1992. No Brasil, a ABNT (Associação Brasileira de Normas técnicas), através de suas normas NBR-11183:1990 e NBR 11184:1990 (ambas em vigor) determinam as diretrizes para a realização desses testes.