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Sistema de lodos ativados

O sistema de lodos ativados é mundialmente utilizado para o tratamento de despejos domésticos e industriais, em situações em que são necessários, principalmente, uma elevada qualidade do efluente tratado.

O processo biológico que ocorre dentro do tanque é todo aeróbio. No tanque, a aeração tem por finalidade proporcionar oxigênio aos microrganismos (biomassa) e evitar a deposição dos flocos bacterianos, a fim de misturá-los homogeneamente com o efluente. O oxigênio pode ser introduzido por meio de um sistema de aeração mecânica, por ar comprimido, ou ainda pela introdução de oxigênio puro.

Após passar pelo tanque de aeração, o efluente é enviado continuamente a um decantador secundário, cuja função é separar o efluente tratado do lodo. O lodo depositado no fundo do decantador secundário é recirculado ao tanque de aeração a fim de aumentar a concentração de microrganismos para estabilizar a matéria orgânica. O sobrenadante do decantador (efluente tratado) é então descartado para o corpo receptor.

O excesso de lodo, decorrente do crescimento biológico, é extraído do sistema sempre que a concentração da biomassa do tanque de aeração ultrapassa os valores de projeto. O lodo, normalmente, passa por uma etapa de adensamento e desaguamento.

O sistema de lodos ativados possui duas modalidades: Aeração convencional; e Aeração prolongada.

Veja a seguir as principais diferenças:

Aeração Convencional

Parte da matéria orgânica é retirada antes do tanque de aeração, através do decantador primário. Assim, há no sistema de aeração convencional o sistema de tratamento primário. Este sistema necessita de uma etapa para a estabilização do lodo (ocorre nos biodigestores).

Além disso, o sistema é projetado para receber uma elevada carga de DBO.

Principais características:

  • Idade do lodo: 4 a 10 dias;
  • Tempo de detenção hidráulico: 6 a 8 horas; e
  • Relação F/M = de 0,25 a 0,50.

Figura 1 – Esquema ilustrativo de um sistema de lodos ativados convencional.

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Aeração prolongada

Caso a biomassa permaneça por mais tempo no sistema por período mais longo, da ordem de 18 a 30 dias, recebendo a mesma carga de DBO afluente que o sistema convencional, haverá menor disponibilidade de alimento para as bactérias. Portanto, há menos matéria orgânica por unidade de volume do tanque de aeração e também por unidade de biomassa do reator. Em decorrência, as bactérias (biomassa), para sobreviver, passam a utilizar (via processo metabólico) a matéria orgânica biodegradável componente das suas células. Todo este processo requer um tempo maior de permanência dos microrganismos no tanque de aeração quando comparado ao sistema convencional (idade de lodo maior).

Figura 2 – Curva típica do crescimento bacteriano.

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Fonte: Metcalf e Eddy, 1991.

Neste tipo de sistema não há a presença do decantador primário, pois, como não há a necessidade de se estabilizar o lodo biológico excedente, não há a necessidade de estabilização adicional do lodo, por processos anaeróbios ou aeróbios. Deste modo, é necessário manter uma concentração de SST mais elevada no tanque de aeração.

A estabilização da matéria orgânica é feita no próprio reator (devido a idade de lodo). Não havendo a necessidade de um biodigestor.

Principais características:

  • Idade do lodo: 18 a 30 dias;
  • Tempo de detenção hidráulico: 16 a 24 horas; e
  • Relação A/M: 0,07 a 0,15.

Figura 3 – Esquema ilustrativo do sistema de lodos ativados; modalidade: aeração prolongada.

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Como visto, as duas modalidades possuem diferenças significativas, apesar de utilizarem o mesmo princípio de tratamento (aeróbio e recirculação de lodo), e para um correto dimensionamento e uma correta operação, é de fundamental importância o domínio nos conhecimentos técnico de alguns parâmetros, como os mostrados a seguir:

Representação dos sólidos

Normalmente é expressa em Sólidos Suspensos Totais (SST), e representa a fração orgânica e inorgânica. Como a  biomassa é constituída por sólidos suspensos no tanque de aeração deve-se distinguir duas expressões: há uma fração inorgânica, que não participa da conversão do substrato orgânico e a biomassa que é expressa em Sólidos Suspensos Voláteis (SSV), pois representam a fração orgânica dos sólidos suspensos.

Representação da matéria carbonácea (substrato)

Adota-se normalmente a DBO (mg/L) como a variável representativa.

  • Substrato afluente (So): DBO afluente. Apresenta a DBO5,20 total (DBO solúvel + DBO em suspensão) afluente ao aerador.
  • Substrato efluente (S): (DBO5,20 efluente). Representa a DBO5,20 solúvel efluente do reator.

Produção de Sólidos (em função do substrato)

O crescimento bacteriano (biomassa) se processa em decorrência da remoção de substrato (DBO). Quanto mais alimento for assimilado, maior a taxa de crescimento bacteriano.

Tempo de Detenção Hidráulica e Tempo de Residência Celular

Em sistemas de Lodos Ativados, os sólidos são concentrados no decantador e retornam ao reator, para manter a concentração de sólidos suspensos no mesmo

Em sistemas com recirculação de sólidos, a idade de lodo será sempre maior do que o Tempo de Detenção Hidráulica. Isto explica a maior eficiência dos sistemas de lodos ativados comparados com outros sistemas.

Relação F/M

Esta relação baseia-se na ideia da quantidade de substrato (comida = DBO) disponível por unidade de massa de microrganismos (biomassa) e está estritamente ligada a eficiência do sistema. Assim, pode-se entender que, quanto maior a carga de DBO fornecida a um valor unitário de biomassa, menor será a eficiência na assimilação deste substrato, mas, por outro lado, menor será o volume do reator. Sistemas de aeração prolongada apresentam F/M menor.

Idade do Lodo

A idade do lodo representa o tempo médio que um partícula em suspensão permanece sob aeração. É também conhecida como tempo médio de residência dos organismos, ou tempo médio de detenção celular. É numericamente igual a relação entre massa de sólidos em suspensão voláteis, no tanque de aeração, e a massa de sólidos em suspensão voláteis descartadas por dia.

Decantabilidade do lodo (IVL)

A decantabilidade do lodo pode ser expressa através dos parâmetros como o Índice Volumétrico de Lodo (IVL).

O IVL mede, em outras palavras, a qualidade do lodo, e é uma forma de monitorar a qualidade do lodo dentro do tanque de aeração.

Tabela 1 – Faixas e suas respectivas qualidades de IVL.

figura

Relação SST/SSV

Costuma-se quantificar a concentração de SSV através da concentração de SST no tanque de aeração através da relação SSV/SST.

  • Relação SSV/SST para aeração prolongada: 0,60 a 0,75; e
  • Relação SSV/SST para lodos ativados convencional: 0,70 a 0,85.

Recirculação do lodo ativado

Para obter uma elevada concentração de sólidos no reator e uma idade de lodo maior que o tempo de detenção hidráulica (Өc > t), é necessária a recirculação do lodo no sistema.

A vazão de recirculação depende fundamentalmente da qualidade do lodo gerado no sistema. Quanto mais concentrado for este lodo no decantador secundário, menor poderá ser a vazão de recirculação, para que se mantenha uma determinada concentração de sólidos no reator.

Figura 4 – Esquema ilustrativo do sistema de lodos ativados.

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  • Valores típicos de SS no lodo de retorno: 000 a 12.000 mg/L.

Fatores que interferem na qualidade do lodo:

  • Idade do lodo bem reduzida pode implicar num crescimento bacteriano com tendência a ser disperso, ao invés de floculento (ideal);
  • Idade de lodo bem elevada podm implicar num floco constituído predominantemente de um resíduo da respiração endógena bastante mineralizado, com pequena capacidade de floculação;
  • Baixos teores de OD; e
  • Um reator de fluxo pistão é capaz de produzir um lodo com melhor decantabilidade que um reator de mistura completa.

Produção e retirada do lodo excedente

Como há uma produção diária de células (SSV) no tanque de aeração, correspondente as células que se alimentam do substrato, deve-se haver um descarte das mesmas do sistema, para que o sistema permaneça em equilíbrio (produção de sólidos = descarte de sólidos). O descarte é feito através da linha de descarte de lodo.

Retirada de lodo excedente

Em sistemas de lodos ativados, o lodo excedente pode ser removido de dois locais diferentes.

  • Extração de lodo excedente diretamente do reator; ou
  • Extração de lodo excedente da linha de recirculação.

Ao final do processo de espessamento e desaguamento, o lodo é enviado para o seu destino final, que podem ser os aterros sanitários ou incineradores.

Outra alternativa que vem sendo bastante estudada e difundida é a utilização do lodo (tratamento de efluentes domésticos) como fertilizantes na agricultura.

Para saber mais sobre o assunto e de como podemos ajudá-lo, entre em contato conosco: www.h2oengenharia.com.br

Até o próximo artigo!

Luiz Fernando Iervolino – H2O Engenharia