Tecnologia de tratamento de esgoto de vala de oxidação de aeração pré-anaeróbica de micro-poros
Introdução
Análise doprocesso convencional de vala de oxidaçãorevela que, ao ajustar e otimizar a intensidade de aeração e os padrões de fluxo, as águas residuais são tratadas sequencialmente através de tanques de reação anaeróbica, anóxica e aeróbica, garantindo a remoção eficaz de matéria orgânica. No entanto, questões comoalto investimento geralebaixa eficiência de transferência de oxigêniosão comuns, levando aremoção subótima de nitrogênio e fósforo. Para resolver essas limitações, foram realizadas-pesquisas aprofundadas sobre a tecnologia de tratamento de águas residuais de valas de oxidação com aeração microporosa pré-anóxica, com o objetivo de aumentar a eficiência operacional de estações de tratamento de águas residuais urbanas e melhorar a utilização dos recursos hídricos.
1. Visão geral do projeto
A estação de tratamento de águas residuais na cidade X trata principalmente esgotos domésticos e industriais, com um volume significativo de efluentes industriais.A capacidade de tratamento projetada é de 10×10⁴ m³/d. Os padrões de qualidade para afluentes e efluentes são mostrados emTabela 1. Atualmente, 30% do efluente tratado é reaproveitado como água de reúso para usinas termelétricas, enquanto os 70% restantes são descartados em rios. Com base nas classificações funcionais das águas superficiais e nos Padrões de Descarga de Poluentes para Estações de Tratamento de Águas Residuais Urbanas, a estação deve atender ao padrão de descarga de Grau 1B. Com o desenvolvimento econômico urbano contínuo e o aumento da descarga de águas residuais, a usina implementou tratamento interceptativo de esgoto para águas residuais domésticas, expandiu a rede de esgoto e adotou o processo de vala de oxidação de aeração microporosa pré-anóxica para reduzir a poluição das fontes de água superficial urbana.
2. Fluxo do processo da vala de oxidação e aeração microporosa pré-anóxica
O núcleo desse processo é a combinação de um tanque pré-anóxico e uma vala de oxidação de aeração microporosa. A sequência de tratamento é a seguinte:águas residuais → peneira grossa → casa da bomba de entrada → peneira fina → câmara de vórtice de areia → tanque anaeróbico → zonas anóxicas/aeróbicas → tanque de sedimentação secundário → tanque de desinfecção → efluente. Uma parte do lodo do tanque de sedimentação secundário é descarregada na instalação de desidratação de lodo antes da disposição final. O processo se concentra na liberação de fósforo, remoção biológica de nitrogênio e remoção de fósforo.
2.1 Liberação de Fósforo
No tanque anaeróbico, as bactérias fermentativas convertem macromoléculas biodegradáveis em intermediários moleculares menores, principalmente ácidos graxos voláteis (AGV). Sob condições anaeróbicas prolongadas, os organismos acumuladores de polifosfato (PAOs) crescem lentamente e liberam fosfato de suas células na solução, quebrando os polifosfatos. Este processo fornece energia para a absorção e conversão de ácidos graxos de baixo peso molecular em grânulos de polihidroxibutirato (PHB).
2.2 Remoção Biológica de Nitrogênio
O nitrogênio amoniacal é convertido em nitrito e nitrato por bactérias nitrificantes em condições aeróbicas. Na zona anóxica, as bactérias desnitrificantes reduzem o nitrato a gás nitrogênio, que é liberado na atmosfera. Este processo reduz efetivamente os níveis de nitrogênio nas águas residuais.
2.3 Remoção de Fósforo
Sob condições aeróbicas, os PAOs utilizam fontes de carbono e PHB para absorver ortofosfato, sintetizando polifosfatos dentro de suas células. O fósforo acumulado é posteriormente removido do sistema com o lodo residual, conseguindo uma remoção eficiente do fósforo.
Comparado aos processos convencionais,a vala de oxidação de aeração microporosa pré-{0}}anóxica simplifica as operações eliminando a sedimentação primária ou reduzindo sua duração. Isto permite que partículas orgânicas maiores da câmara de areia entrem no sistema biológico, abordando as deficiências da fonte de carbono. As condições anaeróbicas-anóxicas-alternadas inibem o crescimento de bactérias filamentosas, melhoram a sedimentação do lodo e integram a remoção de nitrogênio, a remoção de fósforo e a degradação orgânica. As zonas anaeróbicas e anóxicas criam ambientes favoráveis para a remoção de nitrogênio e fósforo, enquanto a zona aeróbica suporta a liberação e nitrificação simultâneas de fósforo. O volume da zona aeróbia deve ser cuidadosamente calculado para garantir a eficiência:
Onde:
- X: Concentração de lodo microbiano (mg/L)
- Y: Coeficiente de rendimento de lodo (kgMLSS/kgBOD)
- Se: Concentração de efluente (mg/L)
- S0: Concentração influente (mg/L)
- θC0: Tempo(s) de retenção hidráulica
- Q: Taxa de fluxo influente (L/s)
- V0: Volume efetivo do reator aeróbio (L)
3. Principais aspectos da tecnologia de vala de oxidação e aeração microporosa pré-anóxica
3.1 Tecnologia de tanque pré-anóxica
O tanque pré-anóxico hospeda microrganismos anaeróbios que decompõem e transformam preliminarmente a matéria orgânica, reduzindo a produção de lodo e aliviando a carga nas etapas subsequentes do tratamento.
3.1.1 Fluxo do Processo
3.1.1.1 Pré-tratamento de Influentes
A triagem remove sólidos suspensos como plásticos, cabelos e resíduos de cozinha usando telas biológicas avançadas. A regulação do fluxo e da qualidade garante a homogeneidade, enquanto a sedimentação (natural ou assistida-com produtos químicos) remove sólidos suspensos e matéria orgânica/inorgânica.
3.1.1.2 Reação Anaeróbica
Temperatura, pH e tempo de retenção controlados facilitam a mistura completa de lodo anaeróbico e águas residuais, melhorando a remoção de matéria orgânica. Os reatores anaeróbicos empregam mistura ou circulação para promover a fermentação, produzindo CO₂, CH₄ e vestígios de H₂S. Segue-se a separação de gás-líquido-sólido e tratamento de gás residual.
3.1.1.3 Pós-Tratamento e Efluentes
Poluentes inorgânicos e orgânicos resistentes são tratados através de processos aeróbicos ou adsorção de carvão ativado. O monitoramento on-line rastreia a atividade microbiana e os indicadores de qualidade da água (por exemplo, relação F/M, oxigênio dissolvido). A relação F/M deve ser em média 0,06; o oxigênio dissolvido em zonas anaeróbicas deve ser de 0,5–1 mg/L.
3.1.2 Controle de Processo
As principais medidas incluem:
Cultivo de lodo anaeróbio com alta capacidade de degradação e manutenção de proporções ideais de nutrientes (C:N:P ≈ 100:5:1).
Controlando a carga orgânica, temperatura (30–35 graus) e pH (6,5–7,5). A carga orgânica deve ser de 3–6 kgBOD₅/(m³·d).
Implementar reciclagem de lodo para manter a concentração e atividade microbiana. O lodo desidratado pode ser reaproveitado como fertilizante ou ração.
3.2 Tecnologia de Vala de Oxidação e Aeração Microporosa
O abaulamento do lodo, muitas vezes causado por bactérias filamentosas ou expansão de zoogloea, prejudica a sedimentação. As seguintes equações descrevem o crescimento microbiano:
Onde:
- Kd: Coeficiente de decaimento microbiano (d-1)
- S: Concentração de substrato (mg/L)
- Ks: Meio-coeficiente de saturação (mg/L)
- Y: Coeficiente de rendimento (kgMLSS/kgCOD)
- μmáx.: Taxa máxima de crescimento específico (d-1)
- μ: Taxa de crescimento microbiano (d-1)
Onde:
- Smin: Concentração mínima de substrato no estado estacionário (mg/L)
- Kd: Coeficiente de decaimento microbiano (d-1)
- Ks: Meio-coeficiente de saturação, ou seja, a concentração de substrato quando μ=μmax/2μ=μmáx/2 (mg/L)
- Y: Coeficiente de rendimento (kgMLSS/kgCOD)
- μmáx.: Taxa máxima de crescimento específico (d-1)
3.2.1 Parâmetros de Design de Processo
As águas residuais passam por peneiras, câmaras de areia e tanques anaeróbicos (com misturadores) antes de entrar na vala de oxidação. Aeradores microporosos e hélices submersas criam condições aeróbicas/anóxicas alternadas. O sistema inclui dois tanques anaeróbios (2,8h HRT) e quatro valas de oxidação (8,64h HRT). A idade do lodo é de 11,3 dias.
3.2.2 Projeto de dispositivo-em escala piloto
O sistema piloto inclui uma câmara de areia aerada, bombas, seletor anaeróbico, vala de oxidação, bomba de refluxo de lodo, decantador secundário e bomba de efluente. O seletor anaeróbio (2,35 m³) possui três compartimentos com misturadores e monitores (ORP, pH). A vala de oxidação (26,3 m³) possui múltiplas entradas/saídas e difusores microporosos. Os testes mostraram médias influentes: SS 160 mg/L, DQO 448 mg/L, TP 4 mg/L.
Conclusão
A integração de tecnologias de valas de oxidação e aeração pré-anóxica e microporosa melhora significativamente a remoção de nitrogênio e fósforo. Esforços futuros devem se concentrar na otimização da idade do lodo, do oxigênio dissolvido e da taxa de refluxo do lodo para aumentar ainda mais a eficiência do tratamento.