No atual sistema de tecnologia de tratamento de água, os filtros aerados biológicos (BAF) tornaram-se uma das principais opções para o tratamento avançado de esgotos municipais e de algumas águas residuais industriais devido à sua integração de biodegradação e filtração física. Comparado com o processo tradicional de lodo ativado, o processo BAF possui uma área compacta, alta eficiência de tratamento e qualidade de efluente estável. Porém, o controle científico de suas condições operacionais determina diretamente o efeito do tratamento e o custo operacional. Este artigo, combinando aplicações de engenharia e dados experimentais, analisa profundamente os pontos-chave da operação e controle do processo BAF, especialmente os principais parâmetros em termos de carga, proporção água{3}}ar, retrolavagem e gerenciamento de operação, e fornece referências-orientadas por dados para ajudar os profissionais de tratamento de água a entender e aplicar melhor esse processo.
I. Parâmetro Central da Operação do Processo BAF – Carga
No projeto e operação do BAF, a carga é o fator de controle mais crítico. Dois índices de carga comuns incluem carga hidráulica e carga volumétrica. A carga volumétrica geralmente é BOD₅, NH₃-N ou NO₃-N, e objetivos operacionais diferentes exigem cargas diferentes.
Os BAFs carbonizados permitem a maior taxa de carregamento volumétrico e podem suportar maiores concentrações de matéria orgânica; os BAF nitrificantes têm taxas de carga relativamente mais baixas e a remoção de nitrogênio amoniacal depende de tempos de retenção mais longos e de um suprimento de oxigênio dissolvido mais estável; a desnitrificação de BAFs requer taxas de carga hidráulica mais altas para manter a eficiência da remoção de nitrogênio. A otimização do processo deve ser realizada com base nas metas reais de efluentes em projetos de engenharia. Por exemplo, a operação de carbonização de alta-carga pode ser usada para águas residuais industriais principalmente para remoção de matéria orgânica, enquanto a remoção de nitrogênio amoniacal de águas residuais municipais requer uma taxa de carga volumétrica reduzida. Além disso, os BAFs de fluxo descendente geralmente usam taxas de carregamento mais baixas, enquanto os BAFs de fluxo ascendente podem usar taxas de carregamento mais altas.
II. Proporção ar-para{2}}água: um fator-chave que afeta a eficiência da remoção de nitrogênio
Em comparação com os processos tradicionais de lodo ativado, os BAFs têm melhores condições de transferência de massa e maiores taxas de utilização de oxigênio, permitindo assim uma proporção relativamente menor de ar-para{1}}água. Estudos mostram que a remoção de 1 kg de DBO₅ requer um suprimento de oxigênio de 0,42–0,8 kg O₂. O suprimento médio de oxigênio do BAF é de aproximadamente 0,51 kg O₂/kg de DBO, muito inferior aos 1,0–1,2 kg O₂/kg de DBO dos processos convencionais de lodo ativado.
Para operação de BAF carbonizado, a proporção convencional de ar-para{1}}água é (3–7):1. Se a remoção de nitrogênio amoniacal for o objetivo principal, o suprimento de ar necessário para remover 1 kg de NH₃-N é de aproximadamente 70 m³. Isto significa que o BAF pode efetivamente reduzir o consumo de energia de aeração, garantindo ao mesmo tempo oxigênio dissolvido suficiente, o que é uma grande vantagem. No entanto, na engenharia, é crucial observar que uma proporção excessivamente baixa de ar-para-água pode levar à deficiência de oxigênio no leito do filtro e a uma diminuição na eficiência da nitrificação; uma proporção excessivamente alta de ar-para{13}}água aumentará o consumo de energia e poderá afetar a estabilidade do meio filtrante e do biofilme.
III. Intensidade e frequência de retrolavagem - Garantindo a atividade do leito filtrante
Após um período de operação, o leito filtrante pode ficar obstruído devido ao aprisionamento de sólidos suspensos e ao espessamento do biofilme. Portanto, a retrolavagem é uma etapa operacional essencial. Atualmente, o método comumente usado é a retrolavagem combinada de ar e água.
4. Outras questões a serem consideradas durante a operação
1. Controle SS
Para evitar que sólidos suspensos obstruam o leito filtrante, o SS afluente deve ser controlado abaixo de 60–100 mg/L. As medidas comuns de pré-tratamento incluem sedimentação ou flotação. Caso contrário, isso não só levará ao aumento da queda de pressão no leito do filtro, mas também aumentará a carga de retrolavagem.
2. Carga de choque de retorno de efluente de retrolavagem
Devido ao ciclo curto e à alta intensidade de retrolavagem, se a água de retorno entrar diretamente na unidade de tratamento-frontal, poderá facilmente causar carga de choque. As soluções incluem: instalação de um tanque de equalização (tanque tampão intermediário) para amortecer as flutuações do volume e da qualidade da água; e programar razoavelmente o tempo de retrolavagem para evitar a sobreposição com o pico de fluxo afluente.
3. Questões Sinérgicas de Remoção e Desinfecção de Fósforo
No tratamento avançado ou na reutilização de água recuperada, o BAF é frequentemente usado em série com unidades químicas de remoção e desinfecção de fósforo. É necessário prestar especial atenção: ao impacto dos agentes químicos no biofilme, tal como a possibilidade de o excesso de sais de ferro ou alumínio inibir a actividade biológica; e o acoplamento do regime de retrolavagem e resíduos de desinfecção para evitar poluição secundária.
Concluindo, BAF (Fluidização Corporal) é um processo que combina alta eficiência e compactação e tem sido amplamente utilizado no tratamento avançado de águas residuais municipais, no tratamento de águas residuais industriais e na utilização de águas recuperadas. No entanto, não é uma “panacéia”. Sua eficácia máxima só pode ser alcançada por meio de gerenciamento-específico e refinado do local em operação e controle. O controle de carga determina se os objetivos do tratamento podem ser alcançados; o ajuste da proporção de ar-para{5}}água está relacionado ao consumo de energia e à eficiência de remoção de nitrogênio; a retrolavagem é a essência da manutenção de uma operação estável-de longo prazo; e a gestão dos SS (sólidos suspensos) e da água de retorno são as "condições ocultas" para garantir o funcionamento saudável do sistema. No futuro, com o desenvolvimento de tecnologias inteligentes de gestão da água e de controle automatizado, a operação e o controle do BAF se tornarão mais refinados e inteligentes, e seu papel em sistemas de tratamento de água ecológicos e de baixo-carbono se tornará cada vez mais importante.