Tratamento de Efluente com Aeração por Difusores

Antigamente, os poucos efluentes produzidos eram simplesmente jogados nos cursos d’água onde se depuravam por vias naturais. Um grande volume de água limpa e oxigenada diluía a pouca carga de esgotos e resíduos industriais e os microrganismos existentes no curso de água, se encarregavam da degradação deste alimento inesperado alterando muito pouco o nível de oxigênio da água (O₂), sem interferir com a vida aquática. Entretanto, com o aumento da população e da atividade industrial, um maior volume de efluentes e esgotos foram gerados, obrigando a coletividade e as indústrias a construir estações de tratamento para estas águas poluídas para evitar a mortandade de peixes, mau cheiro, epidemias e outros problemas.

A água servida, efluente ou esgoto doméstico tem, basicamente, 2 estágios de tratamento: o tratamento Primário e Tratamento Secundário. O Tratamento Primário retira os sólidos grosseiros como pedaços de madeira, pedras areia grossa e fina que poderiam danificar os equipamentos da unidade e usa métodos simples como dragagem e decantação. No Tratamento Secundário, o efluente, já livre dos resíduos maiores, passa por um tratamento biológico onde a carga orgânica entra em contato com microrganismos que a decompõem.

Tratamento de Água e Efluentes com Lodo

Cada efluente gera um diferente grupo de microrganismos que se adapta ao meio e ao alimento. Uma bactéria comumente encontrada, a Zoogloea ramigera, além de outras, sintetiza e secreta um polissacarídeo gel, onde outros micróbios e matéria orgânica se aglomeram em flocos de grande atividade metabólica. A este conjunto “bactéria-matéria orgânica” chama-se lodo ativado.Várias técnicas, desde a simples disposição em lagoas, uso de filtros biológicos, leitos de contato, Tanque de Lodo Ativado e tanques sépticos foram desenvolvidas para tratar estas águas poluídas. Entre as mais utilizadas, a técnica do lodo ativado, permite o contato íntimo da matéria orgânica com os microrganismos por várias horas, em farta presença de oxigênio e agitação.

Uma propriedade importante do lodo ativado é apresentar afinidade com sólidos em suspensão, incluindo coloides, formando a associação. No processo, uma parte do lodo está sempre retornando ao tanque de aeração para se misturar com mais cargas de matéria orgânica e, após este tratamento, do tanque de aeração, o efluente flui para o tanque de decantação, onde se remove o lodo produzindo um efluente depurado.

A matéria orgânica, de origem animal e vegetal, presente no efluente é formada de uma combinação de moléculas de carbono com outros elementos apresentando uma estrutura complexa e variável. Entre estas substâncias citam-se por exemplo, a ureia e a albumina, que além do carbono, contêm nitrogênio e, no caso da albumina, também o enxofre. Esta particularidade lhe confere uma decomposição malcheirosa pela formação do gás ácido sulfídrico (H₂S), com cheiro de ovo podre, caso se dê em condições anaeróbias.

A depuração biológica aeróbica no tratamento de efluentes se dá pela existência natural de microrganismos na natureza e de seu comportamento em relação ao oxigênio, usando-o para formar óxidos estáveis por oxidação ou combustão úmida, gerando gás carbônico (CO₂) como resultado da respiração dos microrganismos. O processo secundário remove cerca de 85% da matéria orgânica de esgotos e os produtos formados com a decomposição microbiológica são gases, cátions e ânions, solúveis e assimiláveis pelas plantas.

• Carbono : CO₂, CO₃¯ , HCO₃¯, CH₄, C elementar;
• Nitrogênio: NH₄+, NO₂¯, NO₃¯, N₂;
• Enxofre: S, H₂S, SO_3¨², SO_4¨², CS₂;
• Fósforo: H₂PO₄¯;
• Outros: H₂O, O₂, H₂, H+, K+, Ca+²,Mg+²; H₃BO₃.

Outros métodos complementares de remoção de poluentes são a filtração, adsorção por carbono, destilação, osmose reversa entre outros; para o controle das bactérias patogênicas, usa-se o cloro, ozônio ou ultravioleta antes do efluente ser descarregado no curso d’água.

Medidas de Poluição

Uma medida da “força” poluidora do efluente pode ser dado pela demanda biológica de oxigênio (DBO) que se define como a quantidade de oxigênio dissolvido, consumido na incubação de um dado efluente, por determinado tempo, a 20° C. (Se o período for de 5 dias chama-se de DBO5.)

A demanda química de oxigênio (DQO) é outra indicação do oxigênio necessário para oxidar a carga orgânica de um efluente e define-se como sendo igual ao número de miligramas de oxigênio que um litro de amostra do efluente absorverá de uma solução ácida e quente de dicromato de potássio. Como várias substâncias são oxidadas nestas condições, a DQO é normalmente maior que a DBO. Sua principal vantagem sobre a DBO é que é mais fácil e rápida para determinar, cerca de duas horas por métodos tradicionais.

Reação do Ácido Sulfúrico (H₂SO₄)

Com Fosfatos Naturais produzindo Sulfato de Magnésio:H₂SO₄ + Mg(H₂PO₄)2 + ₂H₂O ——> 2(H₃PO₄) + MgSO₄ . ₂H₂O₂– Com alcalinidade natural da água produzindo Sulfato de Cálcio:H₂SO₄ + Ca(HCO₃)2 ——-> CaSO₄ + ₂H₂O + CO₂

No caso de despejos industriais malcheirosos como os condensados de cocção para recuperação de proteínas das carcaças de animais ou os lodos de material fecal, não devem ser lançados na rede de esgotos e sim diretamente nos tanques de aeração ou nos digestores das estações de tratamento.

Em presença de oxigênio não se forma gás sulfídrico, mas a eliminação de H₂S pode ser feita por outros oxidantes: requer aproximadamente ou 2 Kg de cloro, ou 0,5 Kg de oxigênio, ou 1,6 Kg de anidrido nítrico ou 1 Kg de nitrato de sódio.

Aeração – Dimensionando o Sistema de Tratamento de Efluentes com Aeração

Esta seção permite ter uma ideia de como dimensionar o sistema de aeração usando os difusores ARMAX. O dimensionamento se relaciona às demandas de oxigênio do efluente (DBO) e capacidade de dissolução da água. Na prática se usa a Demanda Química de Oxigênio (DQO) para calcular com folga a quantidade de oxigênio para suprir as necessidades das bactérias.

Aeração que produza pequenos volumes de ar como por exemplo, aeração com oxigênio puro e a aeração com ar difuso de bolhas finas em tanques profundos por ser usada para minimizar o desprendimento de odores. O emprego de aeradores superficiais propicia o contato do esgoto com consideráveis volumes de ar contribuindo para espalhar os odores a longas distâncias. Os processos de desodorização contemplam também o uso de ozônio, peróxido, filtros de carvão ativo e difusão do ar viciado em tanques de lodos ativados, por meio de microbolhas.

Aeradores de Ar Difuso – ARMAX

Os difusores ARMAX podem ser feitos nas dimensões necessárias do projeto. Os aeradores tubulares padrão têm de 60 a 90 cm de diâmetro com de comprimento de 60 a 1 200 mm de comprimento e os aeradores disco têm de 10 a 30 cm de diâmetro. Ambos, tubos e discos, têm sistemas de fixação semelhante e mesma eficiência de oxigenação. É ilusória a ideia de que os aeradores de disco são mais eficientes que os tubulares. Os tubulares são ainda mais flexíveis quanto à possibilidade de instalação e se prestam a instalações removíveis além de instalações fixas de fundo.

Difusores de Ar e Aplicações – Informações Técnicas do ARMAX (Bolha Grossa e Bolha Fina)

Aeração por difusores de Ar: Aeradores por ar difuso apresentam alta capacidade de dissolução de oxigênio na água e são largamente usados para o tratamento de efluentes industriais e municipais, são também usados em tanques de oxidação, agitação, estabilização, homogeneização, flotação, remoção de odor, criação de organismos aquáticos, etc.. A eficiência de aeração depende diretamente da profundidade a que o difusor é colocado, da temperatura da água e da altitude do local da instalação. Em geral a taxa de transferência é de 6-7% do volume total de oxigênio a cada metro de profundidade.

Exemplo de Dimensionamento

Demanda Química de Oxigênio (DQO) do Efluente: 5000 mg/l Volume do Efluente: 100 m³/dia Total DQO: 500 kg/dia Cada aerador ARMAX 60/6 produz 100 litros ar/minuto ou 144 m³/dia ou 8,5 Kg O₂/dia. Colocados a 2- 5 m de profundidade e calculando em 12% de absorção de O₂ contido no ar, pela água, significa 1,0 kg de O₂ absorvido por dia.

Calculando uma relação de oxidação de 1:1 (oxigênio e matéria orgânica carbonácea), serão necessários 500 difusores e um volume de ar da ordem de 600 m3 de ar/hora. A demanda efetiva de oxigênio poderá ser maior dependendo da química da água, presença de amônia, manutenção dos níveis de O₂ na água, temperatura, altitude do lugar, etc.. A oxigenação pode ser usada em outras áreas da atividade humana para remediar e sustentar outros ambientes, a aquicultura é um exemplo.

Desestratificação Química e Térmica de Lagos por Oxigênio

O ar difuso é o sistema ideal para prevenir a estratificação que ocorre em lagos em termos de temperatura e nutrientes dissolvidos. Estes fenômenos naturais são responsáveis por desenvolvimentos súbitos de algas, degeneração da qualidade da água e mortandades. Principalmente gases de H₂S e amônia vão se acumulando no fundo e por alguma razão podem aflorar. Ventos e tempestades, por ex., vindo a intoxicar os peixes e a disseminar odores desagradáveis. A movimentação da água e a possibilidade de desenvolvimento de peixes também acaba com o problema do aparecimento dos mosquitos.

A aeração deve ser feita na parte mais funda do lago, o fenômeno é interessante pois uma pequena fonte de microbolhas (ar difuso), tem um efeito multiplicador na movimentação da água. O total de água movido no processo dependerá do total de ar difuso injetado na água e da profundidade a que o difusor é colocado. A 30 metros de profundidade, por ex., a cada metro cúbico (m³) de ar produzido/hora, 200 m³ de água serão deslocados do fundo à superfície, funcionando como um aspirador de fundo, mantendo a matéria orgânica em suspensão, e tudo isto num ambiente oxigenado, homogêneo e mais propício à vida de bactérias aeróbias que fazem a decomposição da matéria orgânica. As bactérias aeróbicas, têm um metabolismo 20 -30 vezes maior que as anaeróbias. Isto significa que em um ambiente aeróbio, se fossem necessários 12 meses para decompor a matéria orgânica, no anaeróbio, demoraria de 20 a 30 anos. Experiências Americanas e Canadenses indicam que a cada ano, o lodo de fundo, com uso de aeradores, decresce de 30 a 40 cm, devido à oxidação biológica. Um compressor padrão de 7,5 KW para 3 Bar de pressão, produzindo 35 m³ por hora de ar, tem um potencial de agitação de 7 000 m³ de água por hora.

O princípio da Aeração por difusores é a instalação na base dos tanques rede, na criação intensiva de peixes e camarões, desestratifição dos tanques e ajuda na dispersão e decomposição dos restos de ração e fezes. A taxa de conversão é aumentada, juntamente com a redução de doenças. A qualidade geral da água melhora: transparência, presença de algas, etc.. Temos comprovado que tanques com peixes, com níveis de arraçoamento de 25 kg /dia passaram para um consumo de 75 kg/dia, com ganho de peso proporcional e manutenção da qualidade da água, com o uso de oxigenação na água.

A aeração deve ser feita na parte mais funda do lago, o fenômeno é interessante pois uma pequena fonte de micro bolhas (ar difuso), tem um efeito multiplicador na movimentação da água. O total de água movido no processo dependerá do total de ar difuso injetado na água e da profundidade a que o difusor é colocado. A 30 metros de profundidade, por ex., a cada metro cúbico (m³) de ar produzido/hora, 200 m³ de água serão deslocados do fundo à superfície, funcionando como um aspirador de fundo, mantendo a matéria orgânica em suspensão, e tudo isto num ambiente oxigenado, homogêneo e mais propício à vida de bactérias aeróbias que fazem a decomposição da matéria orgânica. As bactérias aeróbicas, têm um metabolismo 20 -30 vezes maior que as anaeróbias. Isto significa que em um ambiente aeróbio, se fossem necessários 12 meses para decompor a matéria orgânica, no anaeróbio, demoraria de 20 a 30 anos. Experiências Americanas e Canadenses indicam que a cada ano, o lodo de fundo, com uso de aeradores, decresce de 30 a 40 cm, devido à oxidação biológica. Um compressor padrão de 7,5 KW para 3 Bar de pressão, produzindo 35 m³ por hora de ar, tem um potencial de agitação de 7 000 m³ de água por hora.

Princípio do Funcionamento: Aeração por difusores colocados na base dos tanques rede, na criação intensiva de peixes e camarões, desestratifica os tanques e ajuda na dispersão e decomposição dos restos de ração e fezes. A taxa de conversão é aumentada, juntamente com a redução de doenças. A qualidade geral da água melhora: transparência, presença de algas, etc.. Temos comprovado que tanques com peixes, com níveis de arraçoamento de 25 kg /dia passaram para um consumo de 75 kg/dia, com ganho de peso proporcional e manutenção da qualidade da água, com o uso de oxigenação na água.