Cinco processos típicos de tratamento de águas residuais

O processo Sequencing Batch Reactor (SBR), também conhecido como processo de lodo ativado intermitente, consiste em um ou mais tanques SBR. Durante a operação, os efluentes chegam aos tanques em lotes, passando sequencialmente por cinco etapas independentes: afluente, reação, sedimentação, efluente e ocioso. O afluente e o efluente são controlados pelo nível da água, enquanto a reação e a sedimentação são controladas pelo tempo. A duração de um ciclo operacional varia dependendo da carga e dos requisitos do efluente, geralmente variando de 4 a 12 horas, com reação responsável por 40%. O volume efetivo do tanque é a soma do volume afluente e do volume de lodo necessário dentro do ciclo.

Comparado aos métodos de fluxo contínuo, o método SBR oferece velocidades de reação mais rápidas, maior eficiência de tratamento e maior resistência a choques de carga. Devido à alta concentração de substrato e ao grande gradiente de concentração, a alternância dos estados anóxico e aeróbio inibe a proliferação excessiva de bactérias aeróbicas obrigatórias, promovendo a remoção biológica de nitrogênio e fósforo. Além disso, a idade mais curta do lodo evita que as bactérias filamentosas se tornem dominantes, reduzindo assim o volume do lodo. Comparado aos métodos de fluxo contínuo, o processo SBR possui um caminho de fluxo mais curto e uma estrutura mais simples. Quando o volume de água é pequeno, é necessário apenas um reator intermitente, eliminando a necessidade de tanques dedicados de sedimentação e equalização e recirculação de lodo, resultando em menores custos operacionais.

Este método utiliza totalmente a capacidade inicial de remoção do lodo ativado. Dentro de um curto período de tempo (10–40 min), a matéria orgânica suspensa e coloidal nas águas residuais é removida por adsorção. A separação líquida-sólida purifica então as águas residuais, removendo aproximadamente 85%–90% da DBO5. Da lama activada saturada, uma porção que necessita de recirculação é introduzida num tanque de regeneração para posterior oxidação e decomposição para restaurar a sua actividade; o lodo restante é descarregado no sistema de tratamento de lodo sem posterior oxidação e decomposição. Este processo é realizado em dois tanques separados (tanque de adsorção e tanque de regeneração) ou em duas seções do mesmo tanque. Tem uma forte capacidade de suportar choques de carga e pode eliminar a necessidade de um tanque de sedimentação primário. A sua principal vantagem é a poupança significativa no investimento em infra-estruturas. É mais adequado para o tratamento de águas residuais contendo altos níveis de substâncias suspensas e coloidais, como águas residuais de curtimento e águas residuais de coque, e oferece flexibilidade de processo. Porém, devido ao menor tempo de adsorção, sua eficiência de tratamento não é tão alta quanto os métodos tradicionais.

A vala de oxidação é um tipo especial de método de aeração prolongada. Sua planta lembra uma pista de corrida, com duas escovas (discos) rotativas de aeração instaladas na vala. Aeradores de superfície, aeradores a jato ou dispositivos de aeração do tipo riser também são usados. Quando o equipamento de aeração está funcionando, ele impulsiona o líquido da vala a fluir rapidamente, conseguindo fornecimento de oxigênio e agitação.

Em comparação com os métodos de aeração comuns, as valas de oxidação têm vantagens como menor investimento em infraestrutura, manutenção e gerenciamento mais fáceis, efeito de tratamento estável, melhor qualidade de efluentes, menor produção de lodo, melhor remoção de nitrogênio e fósforo e maior adaptabilidade a choques de carga.

O reator ICEAS tem uma zona de pré-reação (ocupando 10% do volume do tanque) na frente. O tanque de reação consiste em uma zona de pré-reação e uma zona de reação principal, obtendo afluente contínuo e efluente intermitente. A zona de pré-reação geralmente está em estado anaeróbico e anóxico, onde a matéria orgânica é adsorvida pelo lodo ativado. Esta zona também tem função de seleção biológica, inibindo o crescimento de bactérias filamentosas e evitando o acúmulo de lodo. A matéria orgânica adsorvida é oxidada e decomposta por lodo ativado na zona de reação principal.

O influente contínuo resolve a contradição entre influente e influente intermitente. No entanto, este processo tem fracos efeitos de sedimentação e purificação, é propenso ao avolumamento de lamas, tem uma baixa carga de lamas, um longo tempo de reacção, requer um maior volume de equipamento e envolve um maior investimento.

As águas residuais entram primeiro no tanque anaeróbico e se misturam com o lodo retornado. Sob a ação de bactérias de fermentação anaeróbica facultativa, a matéria orgânica de grandes moléculas facilmente biodegradáveis ​​nas águas residuais é convertida em bactérias acumuladoras de polifosfato (PABs). Os PABs são absorvidos pelos PABs e armazenados nas bactérias, com a energia necessária proveniente da decomposição das cadeias de PABs. Posteriormente, as águas residuais entram na zona anóxica, onde as bactérias desnitrificantes utilizam a matriz orgânica das águas residuais para desnitrificar o NO3 trazido pelo licor misto retornado. Quando as águas residuais entram no tanque aeróbico, a concentração de matéria orgânica é baixa. Os PABs obtêm energia principalmente pela decomposição de PABs em seus corpos para a proliferação bacteriana. Simultaneamente, absorvem o fósforo solúvel do ambiente circundante e armazenam-no como cadeias de PAB, que são então descarregadas do sistema como excesso de lama. A baixa concentração de matéria orgânica na zona aeróbica do sistema favorece o crescimento de bactérias nitrificantes autotróficas nesta zona.

A combinação orgânica de três condições ambientais diferentes -anaeróbica, anóxica e aeróbica-e diferentes tipos de comunidades microbianas pode remover simultaneamente matéria orgânica, nitrogênio e fósforo. O processo é simples, com curto tempo de retenção hidráulica. O SVI é geralmente inferior a 100, evitando o acúmulo de lodo. O lodo possui alto teor de fósforo, normalmente acima de 2,5%. No tanque anaeróbico-anóxico, apenas uma agitação suave é necessária para misturar o lodo sem aumentar o oxigênio dissolvido. O tanque de sedimentação deve evitar condições anaeróbicas-anóxicas para evitar que bactérias acumuladoras de polifosfato-liberem fósforo, o que reduziria a qualidade do efluente, e que a desnitrificação produzisse N2, o que interferiria na sedimentação. O efeito de remoção de nitrogênio é afetado pela taxa de recirculação do licor misto, enquanto o efeito de remoção de fósforo é afetado pelo oxigênio dissolvido (OD) e pelo oxigênio nitrato transportado no lodo retornado. Portanto, é impossível melhorar a eficiência de remoção de nitrogênio e fósforo.