1. Introdução
A remoção aprimorada de nutrientes biológicos (BNR) é um componente crítico dos sistemas convencionais de lodo ativado (CAS), com o objetivo de reduzir as concentrações de nitrogênio e fósforo para atender às regulamentações de descarga de efluentes cada vez mais rigorosas. Os sistemas CAS tradicionais dependem frequentemente de arejamento contínuo e parâmetros operacionais fixos, o que pode limitar a eficiência da remoção de nutrientes, particularmente sob condições de afluência flutuantes. O estudo investiga modificações operacionais, incluindo aeração intermitente e otimização da idade do lodo, para melhorar a remoção de nutrientes sem grandes mudanças na infraestrutura, fornecendo orientação prática para modernização de plantas existentes.
2. Materiais e Métodos
Reatores em escala piloto foram projetados para comparar diferentes condições operacionais. Os modos de aeração incluíram ciclos de aeração contínuos e intermitentes, enquanto os tempos de retenção de lodo (SRT) variaram de 5 a 20 dias. As relações carbono-nitrogênio (C/N) foram ajustadas de 4 a 10 para avaliar seu efeito na remoção de nutrientes. Efluente secundário municipal foi utilizado como afluente. As concentrações de nitrogênio e fósforo foram monitoradas diariamente. A composição da comunidade microbiana foi avaliada utilizando sequenciamento de 16S rRNA, com foco no enriquecimento de bactérias nitrificantes e desnitrificantes sob diversas estratégias operacionais. Estratégias de controle adaptativo foram implementadas para avaliar a estabilidade do efluente sob variabilidade do afluente.
3. Resultados
A aeração intermitente combinada com a idade otimizada do lodo melhorou significativamente a eficiência da remoção de nutrientes. A remoção de amônio excedeu consistentemente 95%, a remoção total de nitrogênio variou de 80% a 90% e as concentrações totais de fósforo caíram abaixo de 1 mg/L em condições ideais. A análise microbiana revelou enriquecimento seletivo de bactérias nitrificantes e desnitrificantes, o que se correlacionou com uma melhor remoção de nutrientes. O monitoramento contínuo e o controle adaptativo mantiveram a qualidade estável do efluente mesmo quando as concentrações do afluente variaram. A análise comparativa demonstrou que a aeração intermitente proporcionou remoção superior de nitrogênio e fósforo em comparação à aeração contínua, enquanto a otimização do SRT melhorou ainda mais o desempenho do processo.
4. Discussão
Os resultados indicam que modificações operacionais nos sistemas CAS podem melhorar significativamente a remoção de nutrientes sem exigir atualizações dispendiosas da infraestrutura. A aeração intermitente cria condições aeróbicas e anóxicas alternadas que favorecem a nitrificação e a desnitrificação simultâneas. A idade otimizada do lodo mantém uma população microbiana equilibrada, apoiando a atividade biológica estável. O estudo destaca a importância de compreender a dinâmica da comunidade microbiana e aplicar o controle adaptativo para responder à variabilidade do influente. Estas descobertas oferecem orientação prática para instalações de tratamento de águas residuais que procuram melhorar a qualidade dos efluentes de forma rentável, ao mesmo tempo que cumprem requisitos regulamentares mais rigorosos.
5. Conclusão
A remoção biológica aprimorada de nutrientes em sistemas convencionais de lodo ativado pode ser alcançada combinando aeração intermitente com idade otimizada do lodo. Esta estratégia melhora a remoção de nitrogênio e fósforo, promove mudanças benéficas na comunidade microbiana e garante qualidade estável do efluente sob condições variáveis. A abordagem comparativa proporciona um método viável e económico para a modernização de centrais CAS existentes, demonstrando que as modificações operacionais podem alcançar benefícios ambientais e regulamentares substanciais sem grandes investimentos em infra-estruturas.