Águas residuais municipais

Os sistemas de recolha de esgotos sanitários modernos encaminham as águas residuais por vários tubos de edifícios residenciais, empresas e zonas industriais para as estações de tratamento de águas residuais para tratamento e descarga. Alguns sistemas mais antigos, conhecidos como sistemas de esgotos combinados, também transportam escoamentos de águas pluviais juntamente com as águas residuais de fontes residenciais e comerciais.

As águas residuais fluem pelas tubagens de esgoto subterrâneo, na maioria das vezes por ação da gravidade mas, por vezes, assistidas por bombas situadas em estações de elevação. Consoante a topografia da zona, estas condutas elevatórias variam em comprimento, podendo ter até alguns quilómetros. As intercepções são locais onde duas linhas se encontram e fluem para um tubo maior, podendo incluir câmaras amplas e acessíveis por bueiros.

1. Industrial
2. Residencial
3. Águas pluviais

O tratamento preliminar é, normalmente, o primeiro processo na estação de tratamento e consiste na gradagem e remoção de resíduos. A gradagem é o processo de remoção de lixo, trapos e outros detritos através da passagem da água por uma grade mecânica ou um tambor rotativo. Os sedimentos são removidos através da redução da velocidade das águas residuais para que as partículas inorgânicas mais pesadas, como as pedras e a areia, se possam alojar no fundo e ser removidas pela gravidade. Os sedimentos e os resíduos são lavados e prensados antes de serem recolhidos para um contentor. Estes processos preliminares são muito importantes para as instalações modernas de recolha de recursos hídricos, pois os sedimentos e os resíduos podem danificar irremediavelmente os processos a jusante, incluindo os mecanismos do clarificador primário, os difusores de aeração e as membranas.

Durante o tratamento primário, os clarificadores primários permitem que os sólidos orgânicos se alojem por ação da gravidade, ao passo que as gorduras, os óleos e os lubrificantes flutuam à superfície. Os sólidos alojados são denominados como lama primária e são, frequentemente, espessados num processo a jusante antes de a entrega num digestor anaeróbio. A gordura, o óleo e os lubrificantes flutuantes são recolhidos da superfície e, normalmente, adicionados diretamente ao digestor anaeróbio. Um clarificador primário típico remove cerca de 70% dos sólidos e 45% da carência bioquímica de oxigénio da água residual gradada. Muitas vezes, as instalações modernas que operam processos melhorados de remoção biológica de nutrientes extraem ou fermentam o carbono da lama primária e doseiam este fluxo secundário em processos anaeróbios ou anóxicos a jusante, como fonte de alimentação para a respetiva biologia.

1. Gradagem/remoção de sedimentos
2. Clarificador primário

O tratamento secundário remove matéria orgânica solúvel, nutrientes como o azoto e o fósforo e a maioria dos sólidos suspensos que escapam ao tratamento primário. Na maioria das vezes, são utilizados processos biológicos nos quais os micróbios metabolizam compostos orgânicos e nutrientes para crescerem e se reproduzirem. Os dois tipos de processos de tratamento secundário biológico mais comuns são os sistemas de crescimento associado e de crescimento suspenso. Um processo de crescimento suspenso promove o crescimento de flocos suspensos de microrganismos a partir de organismos individuais já presentes nas águas residuais e na lama ativada de retorno. Os flocos contêm organismos capazes de remover os poluentes através de ambientes aeróbios, anóxicos e anaeróbios. Uma vez removidos os poluentes, os flocos são enviados para um processo de clarificação secundária, no qual se separam da água por ação da gravidade. Uma porção da lama no fundo do clarificador secundário é então direcionada de volta para montante, para se misturar com o efluente primário (lama ativada de retorno) para criar a mistura. A lama restante é removida do processo (lama ativada de resíduos) para criar a ecologia ideal de microrganismos. Os sistemas de crescimento associado dependem da associação dos microrganismos ao fluido e da criação de uma pelicula biológica. Os detritos alojados são misturados ou polvilhados sobre o fluido coberto pela película biológica, onde os microrganismos removem os poluentes. Tal como no processo de crescimento suspenso, os fragmentos de película biológica e os flocos suspensos são enviados para um clarificador secundário para separação, onde a lama é reciclada e a água limpa e residual é descarregada para o processo seguinte.

Para que o tratamento biológico funcione de forma eficiente, os organismos necessitam de nutrientes numa relação equilibrada, incluindo carbono, nitrogénio e fósforo (referenciados como C:N:P), bem como de oligoelementos como ferro, cobre, zinco, níquel, manganésio, potássio, enxofre e outros componentes que estão tipicamente presentes em águas residuais. A relação de C:N:P comumente aceite é de 100:5:1, embora algumas instalações prosperem fora desta relação, enquanto outras sofrem a formação de lodo de polissacarídeos ou o crescimento de bactérias filamentosas que inibem a biologia e o alojamento no clarificador secundário.

Podem ser empregues vários processos biológicos para concluir o tratamento secundário, incluindo bacias de arejamento de fluxo de pistão, tanques de aeração de mistura completa, reatores de conjuntos sequenciais, valas de oxidação, filtros biológicos, reatores de película biológica de leito móvel, lama ativada de película fixa e integrada e outros.

A remoção biológica de nutrientes (BNR) altera o ambiente dos microrganismos para remover nitrogénio e fósforo da água. Um processo BNR é composto pelas fases anaeróbia (sem oxigénio ou nitrato), anóxica (sem oxigénio, o nitrato está presente) e aeróbica (oxigénio presente), durante as quais a água é movida através de uma série de câmaras para realizar várias funções biológicas.

Podem também ser utilizados processos de tratamento químico, como a remoção química de fósforo. Ao introduzir um precipitante químico dentro da bacia de aeração e dos clarificadores, o fósforo é removido por floculação, unindo-se em compostos insolúveis que se alojam e que podem ser removidos como lama.

1. Aeração
2. Clarificador secundário

No tratamento terciário, são utilizadas técnicas como a filtração, a desinfeção, a absorção de carbono e outros processos para remover a carga orgânica, os sólidos suspensos ou dissolvidos, os peptógenos e os metais pesados restante que passam através de outros processos de tratamento. Também denominado de polimento de efluentes, o tratamento terciário eleva a qualidade do efluente para o nível adequado ao uso a que se destina, seja para descarga em lagos, rios ou oceanos, reutilização como irrigação de não-culturas (parques, campos de golfe, espaços verdes, etc.), recarga de aquíferos ou, em certos casos, como afluente para estações de água potável. Os efluentes de estações de tratamento de águas residuais devem ser monitorizados para garantir a conformidade com os limites permitidos para efluentes, que variam de acordo com a jurisdição e o país.

1. Filtração
2. Desinfeção

O método de tratamento da lama removida do processo depende do volume de sólidos, bem como de outras condições específicas do local. As instalações com influxo inferior a trinta milhões de litros por dia utilizam, frequentemente, a digestão aeróbia. Os resíduos de lama ativada e, se presente, a lama primária, são adicionados a um reator arejado onde os microrganismos se alimentam dos compostos orgânicos e dos microrganismos presentes na lama para reduzir o teor de sólidos voláteis e a massa global da lama. A digestão anaeróbia é normalmente utilizada em instalações com um influxo superior a trinta milhões de litros por dia e implica o uso de reatores fechados para criar um ambiente anaeróbico onde diferentes organismos se alimentam dos compostos orgânicos e dos microrganismos na lama através dos processos de acidogénese e metanogénese. O metano formado pela digestão anaeróbia pode ser utilizado para alimentar caldeiras e aquecer o digestor, ou queimado, limpo ou reutilizado como uma fonte de energia ecológica.

O espessamento implica a concentração de lama ao remover uma percentagem da porção líquida através da adição de compostos de polímero e é frequentemente empregue antes de digestão anaeróbia. A desidratação através de prensas de correia, centrífugas ou outros meios concentra a lama num bolo. A desidratação do bolo pode ser aprofundada ou o bolo pode ser simplesmente eliminado através da aplicação em terra ou em aterros.

1. Espessamento e digestão
2. Desidratação da lama e processamento de biossólidos

Sendo um campo de conhecimento em expansão na indústria de tratamento de águas residuais, os sistemas de inteligência para água utilizam tecnologias digitais e sensores, controladores e algoritmos avançados para permitir que os operadores de estações de tratamento aumentem a eficiência, o que resulta numa poupança geral no funcionamento da estação.

Claros, o sistema de inteligência para água da Hach, integra todas as fontes de dados da estação, incluindo os dados do sistema, os dados dos dispositivos e os dados recolhidos manualmente, orientando as decisões para maximizar a eficiência e a poupança nos custos.

Com estes sistemas, é mais fácil monitorizar e verificar os dados relativos à taxa de fluxo, à composição da água, ao oxigénio dissolvido, aos níveis de nutrientes e outros fatores. Isto resulta em opções mais reativas de tratamento, capacidades de automação, visualização de dados e geração de relatórios.

Utilizando informações orientadas pelos dados sobre a qualidade da água, a taxa de fluxo e outros fatores, os operadores podem reduzir o tratamento excessivo (o tempo de aplicação de produtos químicos, bem como o tempo de funcionamento do ventilador de aeração) sabendo que a sua estação permanecerá dentro dos limites de conformidade.

À medida que os regulamentos se tornam mais rigorosos e que as estações necessitam de encontrar formas de poupança de energia, os sistemas de inteligência para água, como o Claros, irão tornar-se mais importantes e amplamente adotados. E com a crescente gama de sensores, controladores, dispositivos, sistemas de gestão de processos e equipamento de laboratório compatíveis com o Claros da Hach, os operadores podem configurar um sistema que se adapta às necessidades específicas de qualquer instalação.