Aplicações de mídia MBBR no tratamento de águas residuais municipais e industriais|Estudo de caso da Malásia

Aplicações práticas da mídia MBBR no tratamento de águas residuais municipais e industriais

Introdução

O meio MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) tem sido amplamente utilizado em projetos de tratamento de águas residuais municipais e industriais em todo o mundo devido ao seu desempenho de tratamento maduro e boa adaptabilidade. No domínio do tratamento de águas residuais municipais, esta tecnologia é frequentemente utilizada para a modernização e renovação de estações de tratamento existentes para cumprir padrões de descarga mais rigorosos; enquanto em cenários industriais, pode lidar eficazmente com as características da composição poluente complexa e grandes flutuações de carga de águas residuais industriais. Este artigo explorará os casos práticos de aplicação dos meios MBBR e os efeitos do tratamento alcançados em diferentes cenários, concentrando-se no histórico do tratamento de águas residuais na Malásia e em exemplos de engenharia para demonstrar a praticidade e economia desta tecnologia.

Visão geral do histórico da indústria de tratamento de águas residuais da Malásia

Sendo um país do Sudeste Asiático, a Malásia é dotada de recursos hídricos abundantes e algumas regiões chegam a exportar água doce para países vizinhos durante muito tempo. No entanto, nos últimos anos, afectado por múltiplos factores, como o crescimento da população urbana, o rápido desenvolvimento industrial e a melhoria da consciência ambiental, o tratamento de águas residuais na Malásia enfrenta graves desafios e necessidades urgentes. Do ponto de vista da situação da indústria, algumas regiões da Malásia têm problemas como descarga direta de esgoto, instalações de tratamento desatualizadas e eficiência insuficiente do tratamento. Entre eles, muitos lugares como Johor e Sarawak registaram uma intensificação da poluição dos rios devido à descarga ilegal de fábricas costeiras e à descarga não regulamentada de esgoto doméstico pelos residentes, e até mesmo a crises frequentes no abastecimento de água. Só em Johor o desperdício diário de água potável chega a 1,173 mil milhões de litros, o que agrava ainda mais a contradição entre a oferta e a procura de água.

Para melhorar a qualidade do ambiente da água, o governo da Malásia melhorou continuamente as leis e regulamentos de proteção ambiental. Entre eles, os Regulamentos de Qualidade Ambiental (Esgoto) de 2009 formularam padrões rigorosos de descarga de esgoto (Padrão A: DBO₅ menor ou igual a 20 mg/L, DQO menor ou igual a 50 mg/L, Sólidos Suspensos menor ou igual a 50 mg/L), apresentando requisitos mais elevados para a eficiência do tratamento das estações de tratamento de águas residuais existentes. Ao mesmo tempo, a Malásia aumentou gradualmente o investimento na construção e renovação de estações de tratamento de águas residuais. Por um lado, promove a construção de sistemas centralizados de descarga de esgotos. Por exemplo, Kuching investiu fortemente na construção de um sistema central de descarga de esgotos, que trata os esgotos centralmente em fases antes de os descarregar nos rios, melhorando gradualmente a situação de poluição dos rios. Por outro lado, introduz ativamente tecnologias eficientes de tratamento de águas residuais. Com as vantagens de espaço pequeno, ciclo de renovação curto, alta eficiência de tratamento e custo de operação controlável, a tecnologia MBBR tornou-se a tecnologia preferida para a modernização e renovação de estações de tratamento de águas residuais municipais na Malásia e é amplamente utilizada em vários projetos regionais de tratamento de águas residuais. Além disso, a Malásia também tem promovido o tratamento de resíduos sólidos e poluição plástica nos últimos anos para reduzir as emissões de poluentes na fonte, aliviar o fardo do tratamento de águas residuais e formar um sistema abrangente de governança de proteção ambiental de "controle na fonte + tratamento-de-tubo".

Casos de aplicação de mídia MBBR no tratamento de águas residuais municipais

(1) Caso de renovação de uma estação municipal de tratamento de águas residuais na Europa

No tratamento de águas residuais municipais, um cenário de aplicação comum dos meios MBBR é a modernização e renovação de estações de tratamento de lodo ativado. Muitas estações de tratamento antigas enfrentam os desafios trazidos pelos requisitos cada vez mais rigorosos de remoção de azoto e fósforo. Ao adicionar meio MBBR aos tanques de aeração existentes, a retenção de biomassa pode ser aumentada sem expandir o volume do reator. Por exemplo, uma estação de tratamento de águas residuais municipais na Europa com uma capacidade de tratamento projetada de 50.000 Equivalentes de População (PE) adotou o meio MBBR para a renovação do aprimoramento da nitrificação. Antes da reforma, a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal da planta era de apenas 75%, o que não atendia ao padrão de descarga de 5 mg/L; após a instalação do meio MBBR com uma área de superfície específica de 800 m²/m³, a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal aumentou para mais de 95%, e a concentração de nitrogênio amoniacal efluente foi controlada de forma estável abaixo de 3 mg/L. O projeto de reforma teve um curto tempo de paralisação de construção e o custo de operação aumentou apenas 10%, o que reflete plenamente a economia da mídia MBBR na modernização e reforma de estações de tratamento de águas residuais municipais.

(2) Caso de renovação da estação regional de tratamento de esgoto de Kuala Sawah, na Malásia

Com o crescimento da população urbana e as regulamentações de proteção ambiental cada vez mais rigorosas na Malásia, a tecnologia MBBR também foi gradualmente adotada para a modernização das estações de tratamento de águas residuais municipais. A Estação Regional de Tratamento de Esgoto de Kuala Sawah (RSTP) em Negeri Sembilan, operada pela Indah Water Konsortium (IWK), precisa urgentemente melhorar sua eficiência de tratamento para atender aos rigorosos padrões de descarga dos Regulamentos de Qualidade Ambiental (Esgoto) da Malásia de 2009. A planta adotou originalmente um processo de vala de oxidação, tratando 59.000 m³ de esgoto e 260 m³ de lodo fecal por dia, atendendo uma população de 320.000 PE. No entanto, o seu efeito de remoção de azoto foi instável e os indicadores de efluentes muitas vezes não cumpriram os padrões durante os períodos de pico de carga, o que era inconsistente com a necessidade urgente de governação do ambiente hídrico na área local.

Para resolver os problemas acima sem expandir o espaço existente (uma restrição importante em áreas urbanas), a fábrica realizou o projeto de renovação da mídia MBBR em 2023. A mídia MBBR 37 com uma área de superfície específica de 800 m²/m³, representando 25% do volume do reator, foi adicionada à zona aeróbica da vala de oxidação. O projeto de reforma foi implementado em fases, sendo cada fase concluída em 10 dias, minimizando o impacto na operação. O sistema MBBR melhorou significativamente a capacidade de retenção de biomassa, especialmente o enriquecimento de bactérias nitrificantes (Nitrospira spp.), melhorou a capacidade da planta de lidar com flutuações na carga orgânica e na carga de nitrogênio, e resolveu efetivamente o problema da remoção instável de nitrogênio do processo original.

(3) Comparação do desempenho do tratamento antes e depois da renovação

A Tabela 1 abaixo resume o desempenho do tratamento do Kuala Sawah RSTP antes e depois da renovação do MBBR, em comparação com os limites de descarga do Padrão A da Malásia para referência.

Pode-se observar na Tabela 1 que a reforma do MBBR melhorou significativamente a eficiência do tratamento da planta. Todos os indicadores-chave atendem e excedem de forma estável os padrões de descarga do Padrão A da Malásia, entre os quais a taxa de remoção de nitrogênio amoniacal aumentou em mais de 20 pontos percentuais, resolvendo completamente o problema de efluentes abaixo do padrão durante os períodos de pico de carga. Além disso, o sistema MBBR reduziu o excesso de produção de lodo em 28%, reduzindo o custo mensal de descarte de lodo em aproximadamente 25.000 Ringgit Malaio (RM). Graças ao projeto-de economia de energia do sistema MBBR, o custo de operação aumentou apenas 8%, tornando-o uma solução econômica e eficiente para a modernização e renovação da estação, além de fornecer uma referência viável para a renovação de outras antigas estações de tratamento de águas residuais na Malásia.

Casos de Aplicação de Meios MBBR em Tratamento de Efluentes Industriais

(1) Caso de tratamento de águas residuais de uma planta de processamento de laticínios na América do Norte

No campo industrial, a mídia MBBR tem sido aplicada com sucesso no tratamento de diversos tipos de efluentes industriais. Por exemplo, as águas residuais de processamento de alimentos geralmente contêm altas concentrações de matéria orgânica (DQO de até 10.000 mg/L) e gorduras, que são difíceis de tratar eficientemente com processos tradicionais. Uma fábrica de processamento de laticínios da América do Norte adotou um sistema MBBR para tratar as águas residuais de sua produção. O reator foi preenchido com 30% do volume de meio MBBR cilíndrico e o tempo de retenção hidráulica foi controlado em 8 horas. Os resultados da operação mostraram que a taxa de remoção de DQO atingiu 92% e a taxa de remoção de DQO₅ atingiu 94%, o que foi significativamente melhor do que o desempenho do processo de lodo ativado original (taxa de remoção de DQO de 78%); ao mesmo tempo, o excesso de produção de lodo foi reduzido em 30%, reduzindo efetivamente o custo de descarte de lodo e equilibrando o efeito do tratamento e a economia.

(2) Caso de tratamento de águas residuais de uma fábrica farmacêutica asiática

Outro cenário de aplicação típico é o tratamento de águas residuais farmacêuticas. Essas águas residuais contêm compostos orgânicos tóxicos e refratários, que são difíceis de tratar. Uma fábrica farmacêutica asiática adotou um sistema combinado de meio MBBR e Processos Avançados de Oxidação (AOPs) para tratar águas residuais. O MBBR foi utilizado como unidade de pré{3}}tratamento para remover matéria orgânica biodegradável, reduzindo a carga de tratamento dos POAs subsequentes e evitando o impacto de substâncias tóxicas nos processos subsequentes. O reator MBBR alcançou uma taxa de remoção de DQO de 65% para as águas residuais farmacêuticas. Após o tratamento pelo processo combinado, a concentração final de DQO do efluente ficou abaixo de 50 mg/L, atendendo aos padrões de descarte locais. A aplicação da mídia MBBR também melhorou a estabilidade do sistema de tratamento, enfraqueceu o impacto de substâncias tóxicas no processo de tratamento e garantiu a operação estável-de longo prazo do sistema de tratamento.

Comparação do desempenho do sistema MBBR em diferentes cenários de aplicação

A Tabela 2 abaixo compara o desempenho dos sistemas MBBR em diferentes cenários de aplicação descritos neste artigo, destacando a versatilidade e adaptabilidade desta tecnologia e fornecendo referência para a seleção técnica de diferentes tipos de projetos de tratamento de águas residuais.

Conclusão

Os casos de aplicação práticos acima mostram que o meio MBBR é uma tecnologia universal e eficiente, adequada para o tratamento de águas residuais municipais e industriais. Tem as vantagens de suportar alta carga orgânica, forte resistência a cargas de choque e ser capaz de cooperar e integrar-se com outros processos de tratamento, tornando-o a solução preferida para resolver problemas complexos de tratamento de águas residuais. Especialmente na Malásia, combinada com as necessidades locais de tratamento de águas residuais-há uma urgência para atualizar instalações antigas, restrições rígidas de padrões de descarga e a necessidade de equilibrar o espaço físico e o custo de operação-a aplicação da tecnologia MBBR resolveu efetivamente os problemas do tratamento local de águas residuais, forneceu suporte técnico eficiente e econômico para a governança do ambiente hídrico na Malásia e também forneceu experiência prática valiosa para projetos de tratamento de águas residuais em regiões semelhantes.

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