MBBR vs MBR vs SBR: como escolher um processo

Três formas de manter a biologia

Um biorreator com membrana (MBR) mantém a biologia em suspensão e a separa com uma membrana em vez de um decantador; a membrana é uma barreira física a sólidos e patógenos. Um reator de leito móvel com biofilme (MBBR) cresce a biologia como biofilme sobre pequenos suportes mantidos em movimento no tanque, de modo que a biomassa fica aderida em vez de sedimentada. Um reator em batelada sequencial (SBR) faz todo o tratamento em um único tanque, em ciclo — enchimento, reação, sedimentação, retirada do sobrenadante —, e não em fluxo contínuo por tanques separados.

A escolha define como o restante da estação fica: se é preciso um decantador secundário, quanto volume de tanque é necessário e o que o operador precisa fazer a cada dia.

Área ocupada e volume de tanque

O MBR é o mais compacto dos três, porque o tratamento biológico e a separação compartilham um único tanque e o decantador secundário é dispensado. Os equipamentos MBR são fornecidos como unidades compactas de 0.5–10 m³/h (12–240 m³/dia), em áreas ocupadas de cerca de 3.5 × 1.5 × 2 m a 15 × 2.5 × 2.5 m.

MBBR e SBR geralmente exigem mais volume de tanque para a mesma carga. O volume de tanque segue V = Q × TDH, e a prática nacional dá 1–2 h de tempo de detenção hidráulica para o tanque anaeróbio e 0.5–3.0 h para o tanque anóxico. O SBR acrescenta uma restrição fácil de esquecer: o ciclo precisa de tempo para sedimentar e retirar o sobrenadante, então o tanque tem de ser maior do que a vazão sozinha sugere, e um tanque de equalização a montante é comum.

Qualidade do efluente e o que cada um alcança

O padrão de lançamento costuma decidir o processo antes de qualquer outra coisa. Frente à GB 18918-2002, o Nível 1A é o mais rigoroso entre os níveis publicados no gráfico de padrões: DQO 50 mg/L, DBO₅ 10 mg/L, sólidos suspensos 10 mg/L, nitrogênio amoniacal 5 mg/L e fósforo total 0.5 mg/L.

Um MBR alcança o Nível 1A diretamente, porque a membrana retém os sólidos que um decantador deixaria passar. Uma linha convencional A²/O ou MBBR só alcança o Nível 1A com tratamento avançado a jusante — coagulação e sedimentação, filtro de leito profundo e desinfecção. Os Níveis 1B e 2 são menos exigentes, com DQO 60 e 100 mg/L e DBO₅ 20 e 30 mg/L, e uma linha A/O mais simples com decantador secundário pode bastar quando só a matéria orgânica é controlada.

Quando a água vai ser reutilizada em vez de lançada, o processo avança ainda mais: MBR com desinfecção, e MBR com osmose reversa quando se exige alto grau de dessalinização.

Consumo de energia

É na energia que a compacidade do MBR é paga. A membrana precisa de aeração para se manter limpa e de bombeamento para forçar a passagem do permeado, e ambos operam continuamente na maioria dos projetos. O MBBR mantém a biologia em movimento com aeração e não tem membrana a acionar, então seu consumo de energia fica entre os dois. Um SBR só aerá durante parte do ciclo, mas a retirada do sobrenadante e o controle do ciclo acrescentam consumo próprio.

O site não publica um gráfico de energia, porque os números disponíveis são agregados do setor sem fonte normativa, e a comparação é deixada qualitativa de propósito. A regra prática é que o processo com a maior qualidade de efluente tende a ser o de maior demanda de energia.

Operação e manutenção

Dois dos três introduzem uma peça de desgaste que o terceiro não tem. O MBR tem membranas que precisam de limpeza periódica e substituição eventual, e seu desempenho depende de manter a biologia e o pré-tratamento em equilíbrio. O MBBR tem peneiras de retenção dos suportes, e os suportes precisam permanecer no tanque; a falha de uma peneira é um problema visível. O SBR não tem membrana nem suportes, mas tem decantadores e válvulas que se movem a cada ciclo, e seu sistema de controle precisa ser confiável porque a estação inteira roda em sequência.

A disponibilidade de operador importa tanto quanto o equipamento. Uma estação que opera sem supervisão, com partida e parada em um botão, combina com um local remoto; uma estação que exige atenção diária combina com um local com equipe treinada. A escolha deve seguir quem estará de fato lá.

Os três processos lado a lado

A comparação abaixo não é uma nota. Cada linha descreve o que o processo faz em virtude de como mantém a biologia, e as faixas citadas são as geralmente dadas, não valores de um projeto específico.

• Área ocupada — o MBR é o mais compacto dos três, porque a membrana toma o lugar do decantador secundário. O MBBR precisa de um decantador a jusante para separar os sólidos que o biofilme desprende, e o SBR traz sua etapa de separação dentro do mesmo tanque, de modo que sua área ocupada fica entre as dos outros dois e ele normalmente precisa de um tanque de equalização à frente.
• Concentração de sólidos — um MBR opera com alta concentração de licor misto, comumente citada entre 8 e 12 g/L para uma unidade submersa, porque a membrana retém tudo e nada precisa sedimentar. O MBBR mantém a maior parte da biomassa aderida a suportes, então a concentração em suspensão no tanque é uma parcela muito menor do quadro e é o enchimento de suportes que carrega a biologia. O SBR precisa sedimentar o próprio lodo dentro do tanque em que trata, o que mantém sua concentração de trabalho abaixo da que um MBR carrega.
• Qualidade do efluente — um MBR alcança diretamente o nível mais rigoroso do gráfico de padrões, porque a membrana retém os sólidos que um decantador deixaria passar. O MBBR só alcança esse nível com tratamento avançado após o estágio biológico, e o SBR alcança a remoção de nitrogênio pelo controle do seu ciclo; onde o nível mais rigoroso se aplica, o SBR compartilha a posição do MBBR de precisar de uma etapa terciária a jusante.
• Operação — a peça de desgaste é diferente em cada caso. O MBR tem membranas a limpar periodicamente e substituir eventualmente, e seu desempenho depende de manter a biologia e o pré-tratamento em equilíbrio. O MBBR tem peneiras de retenção e suportes que precisam permanecer no tanque. O SBR tem decantadores e válvulas que se movem a cada ciclo, e uma sequência de controle da qual a estação inteira depende.
• Faixa de vazão — unidades compactas de MBR são oferecidas de 12 a 240 m³/dia e estações em contêiner até 360 m³/dia. MBBR e SBR normalmente se tornam a melhor escolha em vazões maiores, onde o volume de tanque e o custo de obra civil pesam mais que a compacidade, ou onde o padrão de lançamento é frouxo o bastante para dispensar a membrana.

Faixas como as citadas acima são as geralmente dadas na literatura e na experiência operacional, e devem ser lidas como um método de partida, não como especificação, porque os números que valem para uma estação específica pertencem à sua água e à sua biologia.

Qual processo em qual vazão

Em vazões pequenas o cálculo de valor frequentemente aponta para o MBR. O gráfico de padrões de lançamento observa que o MBR dispensa o decantador secundário e ocupa menos espaço, e que, embora o consumo de energia e a troca de membranas custem mais, em vazões pequenas ele costuma ser o melhor valor. As faixas compactas oferecidas aqui cobrem 12–240 m³/dia para MBR e 12–360 m³/dia para estações em contêiner, que são as vazões em que a maioria das estações compactas é vendida.

Em vazões maiores o argumento muda. Onde o padrão não é o mais rigoroso e há área disponível, um MBBR ou uma linha A/O com decantador pode entregar a qualidade exigida com menos custo de membrana. O SBR combina com um local onde um único tanque e um cronograma em batelada sejam preferíveis a uma linha contínua, e onde o operador consiga acompanhar o ciclo.