Relação A/M e idade do lodo: os dois controles de uma estação de lodo ativado

Duas visões de um balanço: a relação A/M e a idade do lodo no tratamento de esgoto

A relação alimento/microrganismo no tratamento de esgoto é a massa de alimento que chega a cada dia dividida pela massa de organismos mantida para consumi-lo, escrita em quilogramas de DBO por quilograma de sólidos suspensos no licor misto por dia. A DQO é usada em lugar da DBO em algumas estações industriais, e a escolha importa: uma relação A/M citada contra a DQO não é comparável com uma citada contra a DBO.

A idade do lodo, também chamada de tempo de retenção de sólidos e de tempo médio de residência celular, é a massa de sólidos retida no sistema dividida pela massa removida dele a cada dia, em dias. O sistema significa o tanque de aeração e o decantador juntos, porque o manto no decantador faz parte do inventário.

Os dois descrevem o mesmo balanço de massa por extremos opostos. Mantenha mais lodo contra a mesma carga e a relação cai enquanto a idade sobe; descarte mais lodo e a relação sobe conforme a idade cai. Quantitativamente, eles se relacionam pelo rendimento observado da cultura, que diz quanto do alimento se torna novos organismos, e pela sua taxa de decaimento, que diz quanto da população morre a cada dia. Essa relação é a razão pela qual o par anda junto em uma folha de projeto, e por que uma estação não consegue manter uma relação baixa com uma idade de lodo curta nem uma relação alta com uma longa, seja como for operada.

Como cada controle é de fato ajustado

A taxa de descarte no lodo ativado é o controle, e é o único. A bomba de lodo de recirculação define onde os sólidos estão, e não quantos são: ela move a mesma população entre o decantador e o tanque. A única remoção contínua do sistema é o lodo excedente, junto com os sólidos que saem no efluente. Uma estação que ajusta sua taxa de recirculação para mudar sua idade do lodo está ajustando a bomba errada.

A relação pode ser movida por duas ações diferentes, e confundi-las é um erro comum. O descarte muda a massa total de sólidos e, portanto, a idade e a relação juntas. Elevar a taxa de recirculação com a mesma taxa de descarte move sólidos do decantador para o tanque, o que eleva a concentração em que o tanque opera e baixa uma relação calculada apenas sobre o tanque, enquanto a idade do sistema fica inalterada. Ambos os efeitos são reais, e agem sobre números diferentes.

O termo do alimento é a parte que o operador não controla. Ele varia por hora, por dia e por estação, de modo que uma relação é sempre uma média de uma quantidade em movimento. Uma relação de projeto é calculada sobre uma carga de projeto, e a relação de operação é calculada sobre a carga que de fato chegou, e é por isso que as duas são registradas em vez de intercambiadas.

Tempo de retenção de sólidos no tratamento de esgoto e a relação A/M lado a lado

Valores de partida comumente citados colocam o lodo ativado convencional em uma relação alimento/microrganismo de cerca de 0.2 a 0.4 kg de DBO por kg de MLSS por dia e uma idade do lodo de cerca de 5 a 15 dias, com a aeração prolongada em relação mais baixa, da ordem de 0.05 a 0.15, e idade mais longa, da ordem de 20 a 30 dias. Leia-os como um método de partida, e não como uma especificação. O que eles ilustram é o emparelhamento: a relação baixa e a idade longa são a mesma afirmação, e uma folha de projeto que cita uma relação muito baixa ao lado de uma idade muito curta está descrevendo uma estação que não pode ser operada como desenhada.

O emparelhamento também é uma verificação da carga. Duas estações de resto idênticas, uma recebendo esgoto municipal e outra recebendo um lançamento industrial parcialmente biodegradável, manterão relações diferentes com a mesma idade, porque a fração biodegradável da carga difere. A relação segue a água, e a idade segue a exigência do efluente.

Ajustando o controle para cima: um lodo jovem

Encurtar a idade do lodo, o que eleva a relação, é feito descartando mais. O primeiro sintoma raramente é orgânico. Os organismos nitrificantes crescem mais devagar que os organismos que removem matéria orgânica, então eles são lavados primeiro, e a amônia do efluente sobe enquanto a DBO ainda é aceitável. Uma estação que perde a nitrificação após uma mudança no descarte está mostrando a mudança no parâmetro com o tempo de geração mais longo, e não no mais fraco.

Mais adiante na mesma direção, os sintomas chegam em uma ordem reconhecível. A oxidação se torna incompleta e a DBO do efluente acompanha a amônia para cima. A cultura se desloca para organismos que crescem rápido mas não floculam, de modo que o efluente fica turvo com sólidos suspensos que atravessam o decantador em vez de sedimentar nele. Produz-se mais lodo por quilograma de DBO removido, porque mais do alimento é convertido em novas células em vez de ser oxidado. A demanda de oxigênio por quilograma removido também sobe, e o sistema de aeração que era adequado na carga de projeto fica aquém. Uma idade muito curta também deixa a estação sem margem contra uma carga de choque.

Ajustando o controle para baixo: um lodo velho

Alongar a idade do lodo, o que baixa a relação, é feito descartando menos. A população é retida por mais tempo, a cultura se torna mais diversa e mais estável, e a nitrificação se torna mais fácil de manter. A qualidade do efluente melhora até um ponto, e então a conta tem de ser paga em duas outras linhas.

A primeira é a sedimentação. Um lodo mantido com pouco alimento produz um floco pequeno, denso e lento de sedimentar, e a leve turbidez de floco punctiforme que passa por cima do vertedouro é o sinal clássico de uma estação operada longe demais nessa direção. Certos organismos filamentosos também são favorecidos quando o alimento é escasso, de modo que uma relação baixa é uma das condições sob as quais se desenvolve um lodo de sedimentação difícil. O decantador, e não o tanque de aeração, é onde uma idade do lodo excessivamente longa costuma ser detectada.

A segunda é a massa. Uma idade do lodo longa retém mais sólidos no sistema, e a matéria inerte se acumula neles porque só sai com o lodo excedente. A fração volátil dos sólidos cai, a massa de lodo a adensar e desidratar é maior, e o decantador tem de carregar um manto mais pesado. O consumo de oxigênio por quilograma de DBO removido também sobe, já que uma parcela maior do alimento é gasta na manutenção de uma população maior, embora se produza menos lodo excedente por quilograma removido. Ambos os efeitos são o mesmo balanço de massa visto de dois lugares.

Entre os dois extremos não há um ajuste universal. A idade de que uma estação precisa decorre do organismo mais lento que ela tem de reter na água mais fria que verá, e a relação decorre da idade e da carga. O que o registro de operação acrescenta é a direção do movimento: uma estação cuja relação vem derivando para baixo durante meses com carga estável está acumulando alguma coisa.

Erros comuns

• Mudar a taxa de lodo de recirculação para mudar a idade do lodo, quando a taxa de descarte no lodo ativado é o controle que faz isso.
• Calcular a idade do lodo apenas a partir do tanque de aeração e deixar os sólidos do manto do decantador fora do inventário.
• Ler uma relação baixa como operação estável sem verificar como o lodo sedimenta, já que a mesma condição que convém à nitrificação pode favorecer filamentos.
• Julgar a relação pela carga de projeto em vez da carga que de fato chegou.
• Corrigir uma falha de nitrificação reduzindo a taxa de descarte sem confirmar que o problema foi lavagem da biomassa, e não um efeito de temperatura, um nível baixo de oxigênio dissolvido ou falta de alcalinidade.
• Manter uma idade do lodo copiada de outra estação, com água diferente e um decantador diferente.
• Observar a relação e a idade como dois indicadores independentes, quando nenhum pode ser interpretado sem o outro.

Autoverificação antes de ajustar os controles

• O tempo de retenção de sólidos no tratamento de esgoto é calculado sobre o sistema inteiro, tanque de aeração e manto do decantador juntos?
• A massa de sólidos descartada a cada dia é registrada, e não apenas a concentração com que saiu?
• O termo do alimento é medido na mesma base, DBO ou DQO, do cálculo de projeto?
• A temperatura de projeto é a mais fria em que a estação operará, já que a idade que retém os nitrificantes sobe conforme a água esfria?
• O comportamento de sedimentação do lodo está sendo observado ao lado da relação, pelo índice volumétrico de lodo ou por um teste de sedimentação?
• O fornecimento de oxigênio é verificado contra a carga que está de fato sendo oxidada, tanto em sua parte carbonácea quanto em sua parte nitrogenada?
• A relação e a idade são registradas na mesma planilha da carga a partir da qual foram calculadas?
• A produção de lodo excedente foi estimada na idade escolhida, para que a função de descarte e desidratação seja conhecida?

De dois controles a uma estação que os sustenta

Dois controles, um balanço, e um tanque cujo volume, aeração e decantador têm de conseguir sustentar qualquer que seja o ajuste dos controles. A página de equipamento MBR integrado descreve uma estação em que os sólidos são separados por uma membrana em vez de por um decantador, o que muda a restrição de sedimentação sem mudar o balanço, e o artigo sobre as zonas de uma estação A²/O acompanha os mesmos sólidos através dos estágios anóxico e anaeróbio que removem nitrogênio e fósforo. Que idade do lodo e concentração de licor misto uma unidade compacta consegue sustentar na sua água é confirmado com a fábrica para o seu afluente e o seu padrão de lançamento, e não lido de uma tabela geral.