Aeração prolongada: quando a idade do lodo longa é o objetivo

O processo de aeração prolongada, em uma frase

O processo de aeração prolongada é um processo de lodos ativados operado a uma idade de lodo longa o bastante para que a biomassa passe a maior parte do tempo respirando seu próprio material armazenado, em vez de crescer sobre a carga afluente. O tanque de aeração é maior, o tempo que a água passa nele é mais longo, e o lodo excedente é uma fração do que uma estação convencional do mesmo porte produz. Quase todo o resto do processo decorre desse único número.

O nome descreve uma idade de lodo, e não um formato de tanque. Estações desse tipo são construídas como tanques circulares ou retangulares, como valas de oxidação e dentro de unidades compactas e em contêiner. A geometria muda; o ponto de operação não, e é por isso que o termo aparece tão frequentemente em especificações de estações pequenas.

Por que a idade de lodo longa é o objetivo

Três funções são atendidas pela mesma decisão.

• A produção de lodo cai. Uma estação convencional descarta uma grande parcela dos sólidos que cresce; uma estação mantida a uma idade de lodo longa oxida boa parte desse crescimento dentro do tanque, de modo que tanto a taxa de descarte quanto a conta de destinação que a segue caem. A produção de lodo excedente no tratamento de esgoto é decidida aqui, e não na sala de desidratação, e em um local pequeno que não tem nada além de um leito de secagem ou um caminhão-tanque, é frequentemente por isso que o processo foi escolhido.
• A nitrificação se mantém. Os organismos nitrificantes crescem devagar, e uma idade de lodo que os lavaria de uma estação de idade curta em um período frio os mantém nesta. Uma estação que nitrifica atende a um limite de amônia sem um estágio separado e sem uma dosagem química.
• As oscilações de carga são absorvidas. Uma idade de lodo longa significa uma grande massa de biomassa em relação à carga diária, de modo que um fim de semana calmo seguido de uma segunda-feira pesada move a relação alimento/microrganismo muito menos do que moveria em uma estação construída sobre uma idade curta. Onde ninguém está no local durante a noite, essa margem vale mais do que a eficiência que ela custa.

A troca é real, e é paga em duas moedas: energia de aeração e volume de tanque. Uma idade de lodo longa compra simplicidade e menos lodo, e o preço é eletricidade e concreto.

O que é a idade do lodo e como ela é definida

A idade do lodo, ou tempo de retenção de sólidos, é a massa de sólidos retida no sistema dividida pela massa removida dele a cada dia. Os sólidos saem por mais de uma rota: a linha de lodo de descarte é a óbvia, e os sólidos suspensos carregados no efluente clarificado são a outra. As duas contam, e a segunda é a que costuma ser esquecida.

No local, o número não é calculado uma vez e deixado de lado. Ele é definido pela taxa de descarte com que o operador trabalha, e ele deriva sempre que a carga, a temperatura ou a taxa de lodo de recirculação mudam. Uma estação que registra sua concentração de licor misto e não seu volume de descarte não tem idade de lodo alguma, apenas uma suposição.

Tratamento de esgoto por aeração prolongada: onde ele se encaixa

O processo conquista seu lugar onde as vazões são pequenas, a atenção operacional é escassa e a carga é próxima o suficiente da doméstica para que a biologia não seja solicitada a fazer dois trabalhos ao mesmo tempo.

• Estações municipais e de vilarejos pequenas, onde uma idade de lodo longa elimina a necessidade de uma rota separada de tratamento de lodo e de atenção diária.
• Resorts, acampamentos, canteiros de obras e outros empreendimentos sazonais ou remotos, onde a estação pode operar sem operador por dias e a carga chega em surtos.
• Locais institucionais — escolas, clínicas, quartéis e campi de escritórios — onde a vazão é estável o suficiente para uma biologia estável e ninguém quer um problema de lodo nas instalações.
• Locais industriais cuja água é próxima da doméstica em caráter: vazão de refeitório e sanitária, pequeno preparo de alimentos, lavagem de veículos.

A segunda metade dessa lista importa tanto quanto a primeira. A aeração prolongada é um processo para água na qual a biologia consegue viver. Uma corrente com uma carga industrial pesada e variável é um problema diferente, e uma idade de lodo mais longa não o resolverá.

Estações de tratamento de esgoto por aeração prolongada: a forma do projeto

As faixas para o processo de aeração prolongada são amplamente publicadas. Como todas as faixas desse tipo, são os valores normalmente citados, e devem ser lidas como um método de partida, e não como uma especificação, porque o equilíbrio entre elas pertence à vazão, à carga e à temperatura de um local específico.

• Idade do lodo — da ordem de 20 a 30 dias. Longa o bastante para reter organismos nitrificantes durante um período frio, e o valor do qual o resto do projeto depende.
• Tempo de retenção hidráulica — da ordem de 18 a 36 horas no tanque de aeração, que é o que manter uma grande massa de sólidos a uma baixa relação alimento/microrganismo custa em volume.
• Sólidos suspensos no licor misto — da ordem de 3000 a 5000 mg/L, definidos tanto pelo que o decantador final consegue separar quanto pela biologia.
• Relação alimento/microrganismo — da ordem de 0.05 a 0.15 kg de DBO por kg de sólidos do licor misto por dia, na extremidade baixa da faixa do lodo ativado.
• Taxa de lodo de recirculação — da ordem de 100 a 150 por cento da vazão afluente, ajustada para manter o manto dentro do decantador, e não para um ponto de ajuste fixo.
• Aeração — na maioria dessas estações, o maior consumidor isolado de eletricidade, e o primeiro lugar em que uma revisão de energia deveria olhar.

O que falta nessa lista também importa. Normalmente não há decantador primário, porque há pouco lodo sedimentável a retirar e a carga pode ir direto ao tanque de aeração. Normalmente também não há digestor, porque a idade de lodo longa já estabilizou a maior parte do que o tanque produz.

Idade de lodo longa no tratamento de esgoto: o que ela custa

• Energia de aeração. A respiração da própria biomassa consome oxigênio, de modo que a demanda de aeração por quilograma de carga removida fica próxima do topo da faixa do lodo ativado. Em uma estação pequena, essa é a maior linha de eletricidade, e é a razão pela qual o processo não é escolhido onde a energia é cara e a terra não.
• Volume de tanque. O tempo de retenção e a concentração de sólidos juntos definem o tanque de aeração, e uma idade de lodo longa toma uma grande parcela da pegada para o tanque, e não para a clarificação.
• Risco de sedimentação. Uma concentração alta de licor misto carrega o decantador final, e o lodo cultivado a uma baixa relação alimento/microrganismo pode ser leve ou lento para flocular. O nível do manto, o índice volumétrico de lodo e a taxa de recirculação são as três coisas a observar.
• Desnitrificação no decantador. Onde a nitrificação é completa e o manto é profundo, o nitrato continua sendo reduzido abaixo dele e o gás eleva sólidos à superfície. Lodo ascendente desse tipo é consequência do projeto, e não erro do operador.
• Uma margem mais fria do que os números sugerem. A idade do lodo é mantida pela taxa de descarte, de modo que um período frio não a alonga; ele alonga o tempo de que a biologia precisa. Uma estação confortável a 20 °C pode ficar marginal a 10 °C sem nenhuma mudança na taxa de descarte.

Onde uma idade de lodo longa é a resposta errada

Três casos merecem ser nomeados, porque em cada um deles o processo é escolhido por uma razão que não sobrevive ao contato com o local.

• Um lançamento industrial de alta carga. O processo presume que a biologia é alimentada a algo próximo de uma taxa doméstica. Uma corrente industrial com carga orgânica pesada e conteúdo de sal ou inibidor precisa de equalização e pré-tratamento primeiro, e a idade do lodo não é a questão decisiva até isso ser feito.
• Uma estação que tem de remover fósforo biologicamente. A remoção biológica avançada de fósforo depende de descartar lodo rico em fósforo, o que significa uma idade de lodo mais curta e uma zona anaeróbia definida. Uma idade de lodo longa trabalha contra o mesmo objetivo, e uma estação projetada para ambos normalmente não alcança nenhum sem um recurso químico.
• Um local onde a terra é a restrição. O processo paga sua simplicidade em volume de tanque. Onde a pegada é fixa, um biorreator com membrana faz o mesmo trabalho em menos área e cobra por isso em energia e manutenção de membrana, que é uma troca diferente, e não melhor.

Erros comuns

• Tratar a aeração prolongada como um porte de estação, e não como um ponto de operação. Dois tanques do mesmo volume não são a mesma estação se um descarta cinco vezes mais lodo que o outro.
• Cortar a taxa de descarte para curar um manto de lodo crescente. Menos descarte coloca mais sólidos no tanque e uma carga mais pesada no decantador, que é como o problema começou.
• Cortar a aeração para economizar eletricidade em uma estação que já está com falta de oxigênio. A economia aparece na amônia do efluente muito antes de aparecer na conta.
• Projetar a partir de uma amostra de estação quente. A nitrificação é a primeira coisa que uma estação construída sobre dados de verão perde, e ela a perde no primeiro inverno.
• Confundir idade do lodo com tempo de retenção hidráulica. Neste processo os dois se movem juntos por projeto, mas são números separados, e um tanque dimensionado pelo errado tem o tamanho errado.

Autoverificação antes de escolher o processo

• A idade do lodo foi definida a partir da temperatura mais fria que a estação verá, e não da média anual?
• O lodo excedente foi estimado como uma quantidade, com uma rota para ele, em vez de presumido desprezível?
• O decantador final consegue reter um licor misto na concentração de que o processo precisa, e a capacidade de lodo de recirculação está lá?
• A aeração está dimensionada para a demanda de oxigênio de pico, e há um plano para medir o que ela consome?
• Alguém registrará o volume de descarte, ou a idade do lodo será o que por acaso for?

De uma idade de lodo a uma estação

A idade do lodo é todo o projeto em um único número, e é por isso que ela pertence à especificação, em vez de ser deixada para a partida. O artigo sobre o processo de lodo ativado apresenta as quatro decisões que dimensionam o tanque, e o gráfico de volume de tanque e tempo de retenção transforma um tempo de residência em um volume de tanque. A página da estação de tratamento de esgoto em contêiner apresenta como uma biologia desse tipo, um decantador e um soprador de aeração são empacotados em uma unidade que pode ser embarcada e assentada, e a idade de lodo e a taxa de aeração que servem à sua vazão são confirmadas com a fábrica para o seu afluente, e não tomadas de uma faixa.