Análise da eficiência de remoção de poluentes em águas residuais usando um sistema AAO modificado
Visão geral
OAnaeróbico-Anóxico-Óxico (AAO ou A²/O)O processo é uma tecnologia de tratamento biológico de águas residuais amplamente adotada, projetada para remoção simultânea de carbono orgânico, nitrogênio e fósforo. Consiste em três zonas interligadas:
- Zona Anaeróbica: Na falta de oxigênio e nitrato, as bactérias facultativas decompõem os compostos orgânicos, liberando fósforo.
- Zona Anóxica: As bactérias desnitrificantes usam carbono orgânico como doador de elétrons para reduzir nitratos/nitritos (retornados da zona óxica) em gás nitrogênio, conseguindo a remoção de nitrogênio.
- Zona Óxica: Microorganismos aeróbicos oxidam a matéria orgânica restante e facilitam a nitrificação (amônia em nitrato), enquanto organismos-acumuladores de fósforo absorvem fosfatos.
No campo do tratamento de águas residuais, embora o sistema AAO convencional possa remover poluentes do esgoto, a composição cada vez mais complexa das águas residuais levou a um certo declínio na eficiência do tratamento do processo AAO. Para garantir o nível de aplicação e a eficácia do processo AAO,é necessário realizar pesquisas específicas sobre sistemas modificados, que tem uma importância prática significativa para empresas e departamentos relevantes na melhoria da sua qualidade operacional.
Sistema AAO modificado
1. Princípios Básicos do Sistema AAO
Tomando como exemplo o sistema de tratamento de águas residuais da AAO numa estação de tratamento de águas residuais específica, o sistema existente é umprocesso AAO convencional, consistindo principalmente em quatro componentes:um tanque anaeróbico, um tanque aeróbico, um tanque anóxico e um tanque de sedimentação secundário, conforme detalhado emFigura 1.
No sistema AAO convencional, os microrganismos crescem e metabolizam sob diversas condições ambientais. Através de interações entre diferentes comunidades microbianas, a remoção eficaz de poluentes é alcançada através de reações químicas como amonificação, nitrificação e desnitrificação, que eliminam significativamente os poluentes orgânicos.
O sistema AAO convencional oferece vantagens como baixos custos técnicos, operação simples e curto tempo de retenção hidráulica (HRT). No entanto, também apresenta desvantagens, incluindobaixa eficiência de remoção de fósforoerequisitos rigorosos para a idade do lodo e o projeto da fonte de carbono, dificultando o cumprimento dos padrões esperados em alguns projetos de remoção de poluentes de águas residuais.
2. Análise de Projeto do Sistema AAO Modificado
Com base em pesquisas anteriores, foram feitas melhorias no sistema AAO convencional, com foco principal no tanque anaeróbio. Osistema de tanque anaeróbico modificadoconsiste em três partes:uma zona de mistura de água-de lodo, uma zona de separação de água-de lodo e uma zona de mídia, como mostrado emFigura 2.
Nosistema AAO modificado (Figura 3), a zona de mistura de água-de lodo e a zona de mídia são projetadas com dimensões idênticas (15 cm de comprimento x 20 cm de largura x 60 cm de altura), cada uma com um volume efetivo de 9 L. O tempo de retenção hidráulica (TRH) para a zona de lodo e a zona de mídia é de 2 horas.
3. Análise da eficiência de remoção de COD no sistema AAO modificado
A eficiência de remoção da demanda química de oxigênio (DQO) do sistema AAO modificado foi analisada. Quando a DQO do efluente era de 447 mg/L, a DQO do efluente da etapa anaeróbia era de aproximadamente 147 mg/L e a DQO do efluente final era de 42 mg/L, atendendo ao padrão de descarga Classe A. A eficiência de remoção de DQO no estágio anaeróbico inicial foi instável, com flutuações significativas e níveis relativamente baixos de sólidos suspensos em licor misto (MLSS). No entanto,após 7 dias, a taxa de remoção estabilizou em 94%. A fase anaeróbica remove principalmente poluentes através da degradação microbiana e diluição por refluxo, demonstrando uma remoção eficaz de poluentes.
Usando o software Minitab, o desempenho de remoção dos sistemas AAO modificado e convencional foi comparado por meio de análise de teste t-de amostra independente, com resultados mostrados emFigura 4.
Em um intervalo de confiança de 95%, o valor-t foi 0,26 e o valor-p foi 0,605. A análise dos dados não indicou diferença significativa nas taxas médias de remoção entre os dois sistemas. O sistema AAO modificado mostrou uma variabilidade relativamente alta na eficiência de remoção de DQO, principalmente devido a diferenças nos dados do estágio inicial-, incluindo a fase de aclimatação.No geral, o sistema AAO modificado demonstrou remoção eficaz de DQO.
4. Análise da eficiência de remoção de nitrogênio amoniacal no sistema AAO modificado
A eficiência de remoção de nitrogênio amoniacal (NH₃-N) foi analisada. Quando a concentração influente de NH₃-N foi de 36 mg/L, o efluente NH₃-N do estágio anaeróbio foi de aproximadamente 19 mg/L. Na fase inicial, a concentração de efluentes era relativamente alta e a eficiência de remoção flutuou significativamente. No entanto,após 12 dias de aclimatação, a taxa de remoção aumentou para cerca de 81%, com bactérias nitrificantes em fase de crescimento logarítmico.Posteriormente, a taxa de remoção se estabilizou, atingindo média de 93%, com concentração de efluente NH₃-N de 4 mg/L, atendendo ao padrão de descarga Classe A.
Em um intervalo de confiança de 95%, o valor-t foi 3,41 e o valor-p foi 0,998. A análise dos dados não indicou diferença significativa nas taxas médias de remoção entre os dois sistemas. O sistema AAO modificado mostrou variabilidade relativamente alta na eficiência de remoção de NH₃-N, principalmente devido a diferenças nos dados do estágio inicial-, incluindo a fase de aclimatação.No geral, o sistema AAO modificado demonstrou remoção eficaz de NH₃-N.
5. Análise da eficiência de remoção de fósforo total e nitrogênio total no sistema AAO modificado
5.1 Eficiência total de remoção de fósforo
A eficiência de remoção de fósforo total (TP) foi analisada. Quando a concentração influente de TP foi de 3,6 mg/L, foi necessário um período de aclimatação de 11 dias. A concentração de TP no efluente de todo o sistema atingiu 2,8 mg/L, enquanto a concentração de TP no efluente da etapa anaeróbia foi de 4,2 mg/L, indicando liberação significativa de fósforo. Após a aclimatação, o desempenho de remoção de TP melhorou acentuadamente, com a concentração de TP no efluente da fase anaeróbica diminuindo para 2,7 mg/L e a eficiência de remoção atingindo 17%.Na fase posterior, a taxa de remoção de TP estabilizou acima de 60%, e a concentração de TP no efluente aproximou-se de 0,5 mg/L, atendendo ao padrão de descarga Classe B.
A comparação dos dois sistemas mostrou que o sistema AAO modificado exigiu um período inicial de aclimatação com eficiência de remoção relativamente baixa. Porém, após a aclimatação,seu desempenho de remoção de TP melhorou significativamente, demonstrando maior eficiência em comparação com o sistema AAO convencional.
5.2 Eficiência total de remoção de nitrogênio
A eficiência de remoção de nitrogênio total (TN) foi analisada. Quando a concentração afluente de TN foi de 34 mg/L, a concentração de TN no efluente do estágio anaeróbico foi de aproximadamente 18 mg/L. Na fase inicial, a concentração de efluentes era relativamente alta e a eficiência de remoção flutuou significativamente.Após 10 dias de aclimatação, a taxa de remoção de NT aumentou para 68%, com concentração de efluente de 9 mg/L, atendendo ao padrão de descarga Classe A.
Em um intervalo de confiança de 95%, o valor-t foi 0,72 e o valor-p foi 0,753. A análise dos dados não indicou diferença significativa nas taxas médias de remoção entre os dois sistemas. O sistema AAO modificado mostrou variabilidade relativamente alta na eficiência de remoção de TN, principalmente devido a diferenças nos dados do estágio inicial-, incluindo a fase de aclimatação.No geral, o sistema AAO modificado demonstrou remoção eficaz de TN.
Conclusão
Em resumo, o sistema AAO modificado demonstra desempenho robusto na remoção dos principais poluentes de águas residuais-DQO, nitrogênio amoniacal, nitrogênio total e fósforo total-atendendo aos padrões de descarga de Classe A ou B após um breve período de aclimatação.
Embora a análise estatística (teste-t, valor-p) não tenha mostrado nenhuma diferença significativa na eficiência média de remoção em comparação com o sistema convencional, o design modificado exibiu maior estabilidade e melhores resultados de tratamento ao longo do tempo, apesar da maior variabilidade de dados durante a operação inicial. As melhorias, especialmente na zona anaeróbica com zonas otimizadas de mistura, separação e meios, contribuem para aumentar a resiliência e a eficiência do processo.
Estas descobertas sublinhamo potencial dos sistemas AAO modificados para abordar eficazmente composições complexas de águas residuais, apoiando a sua aplicação prática na modernização das infraestruturas de tratamento existentes.