Taxa de recirculação de lodo: como as razões interna e externa são definidas

Duas razões, uma palavra, dois trabalhos

Em uma estação de lodo ativado, a palavra recirculação cobre mais de um tubo. Os dois que carregam a maior parte da vazão são a recirculação externa — lodo sedimentado retirado do fundo do decantador final e devolvido à entrada da linha biológica — e a recirculação interna, também chamada de recirculação de licor misto ou recirculação de nitrato, que eleva licor nitrificado da zona aeróbia de volta à zona anóxica. As duas são citadas como uma razão em relação à vazão afluente, e ambas são chamadas de taxa de recirculação na conversa, que é onde começa a maior parte da confusão. A taxa de recirculação de lodo é o único termo que cobre as duas juntas, de modo que a primeira pergunta em qualquer estação é a qual das duas um número se refere.

As duas fazem trabalhos opostos. A recirculação externa devolve a cultura: mantém a população de organismos no sistema, em vez de deixá-la sair com o efluente. A recirculação interna devolve uma forma oxidada de nitrogênio para que ela possa ser convertida em gás e deixar a água. Uma bomba que faz o segundo não consegue fazer o primeiro, e ajustar uma quando a outra era a pretendida move a estação na direção errada.

A razão de recirculação externa: como a recirculação de lodo sedimentado é definida

A razão de recirculação externa é a metade da taxa de recirculação de lodo que é fixada por duas concentrações: a concentração de sólidos em que o tanque de aeração deve operar, e a concentração do lodo que está sendo recirculado. Onde o lodo de recirculação é mais espesso, precisa-se de menos dele para manter a mesma concentração no tanque, de modo que a razão é consequência desse par de números, e não um número escolhido primeiro. Na prática, a razão de lodo de recirculação no lodo ativado nunca é uma escolha livre de projeto por essa razão, e porque a concentração no tanque de que o processo precisa é definida pela carga e pela sedimentabilidade juntas, a razão se move sempre que qualquer das duas se move.

A concentração do lodo de recirculação decorre de quão bem o lodo sedimenta. Um lodo que sedimenta até um subfluxo espesso pode ser recirculado a uma razão mais baixa; um lodo que sedimenta mal volta ao tanque fino, e a razão tem de subir para mover a mesma massa de sólidos — o que empurra mais água pelo circuito ao mesmo tempo. É por isso que uma mudança no comportamento de sedimentação do lodo aparece como uma mudança na carga hidráulica sobre o decantador, mesmo quando ninguém tocou em uma válvula.

Razões da ordem de 0.5 a 1.0 vezes a vazão afluente são comumente citadas para uma estação convencional, e valores desse tipo são os geralmente dados na literatura e na experiência de operação. Eles devem ser lidos como um método de partida, e não como uma especificação, porque as duas concentrações por trás da razão pertencem ao lodo e à água de uma estação específica.

Opere a razão externa baixa demais e o manto de sólidos no decantador sobe, porque o lodo não está sendo retirado do fundo tão rápido quanto chega; o manto acaba alcançando a saída e os sólidos saem com o efluente. Opere alta demais e o decantador fica hidraulicamente sobrecarregado com seu próprio lodo recirculado — cada litro recirculado atravessa o decantador de novo — de modo que o manto pode ser empurrado para fora pela vazão, e não pelos sólidos. As duas extremidades da faixa produzem sólidos no efluente, e é por isso que o sintoma sozinho não diz em qual extremidade você está.

A razão de recirculação interna: como a recirculação de nitrato é definida

A segunda metade da taxa de recirculação de lodo é a linha interna, e é a que mais frequentemente se escreve como razão de recirculação de licor misto para desnitrificação. Ela carrega licor misto, e não lodo sedimentado, e o carrega da zona aerada para a zona anóxica, onde o nitrogênio é de fato removido. O nitrogênio só deixa uma estação quando um íon de nitrato é reduzido a nitrogênio gasoso e escapa, e isso só pode acontecer onde o nitrato encontra condições anóxicas. O nitrato é formado na zona aerada, de modo que a fração dele que alcança a zona anóxica é limitada pela razão entre a vazão de recirculação e a vazão afluente.

Isso torna a razão de recirculação interna no tratamento de esgoto uma função da meta de nitrogênio, e não do lodo. Uma estação que tem de alcançar um valor baixo de nitrogênio total precisa de uma grande parcela do nitrato trazida de volta; uma estação trabalhando com um valor frouxo de nitrogênio, ou com nenhum, não precisa que a linha opere forte de modo algum. O valor a partir do qual trabalhar é a massa de nitrogênio a remover por dia e a fração do nitrato que tem de ser devolvida para removê-la.

Razões da ordem de uma a quatro vezes a vazão afluente são comumente citadas para a recirculação interna em uma estação que tanto nitrifica quanto desnitrifica. A mesma cautela se aplica: esses são os valores geralmente dados, e devem ser lidos como um método de partida, e não como uma especificação, porque a carga de nitrogênio, a temperatura da água e o carbono disponível no afluente movem todos a resposta.

Há um teto nesta razão que é fácil de esquecer. A recirculação interna carrega água tanto quanto nitrato, e essa água tem de passar pela zona anóxica e depois pela zona aerada, de modo que a vazão de recirculação soma à carga hidráulica sobre ambas e ao volume de que precisam. Subir a bomba além do ponto em que a zona anóxica está recebendo todo o nitrato que consegue reduzir acrescenta circulação sem acrescentar remoção.

O oxigênio dissolvido é o segundo teto. O licor misto que sai de uma zona aerada carrega oxigênio consigo, e o oxigênio que chega à zona anóxica é usado de preferência ao nitrato, o que interrompe a redução que a zona existe para realizar. Quanto maior a recirculação interna, mais desse oxigênio é trazido de volta com ela, de modo que a razão e o oxigênio dissolvido na zona anóxica têm de ser lidos juntos.

Calcular cada razão antes de escolher a bomba

Um cálculo de taxa de recirculação de lodo são dois cálculos, e não um, e o segundo não usa a resposta do primeiro. Ambos partem de medições que a estação consegue fazer, e não de uma tabela.

• Anote a concentração de sólidos no tanque de que o processo precisa e a concentração em que o lodo de fato sedimenta. A razão externa decorre dessas duas e de nada mais.
• Tome o teste de sedimentação como um insumo, e não como uma verificação posterior. Uma mudança em como o lodo sedimenta muda a razão externa mesmo quando a concentração no tanque não muda.
• Declare a meta de nitrogênio como uma massa por dia e calcule a fração do nitrato que tem de alcançar a zona anóxica para atendê-la. A razão interna decorre dessa fração.
• Verifique o que a zona anóxica consegue de fato usar. Uma razão interna maior do que a zona consegue consumir circula água e oxigênio sem remoção.
• Some as duas vazões de recirculação à carga hidráulica sobre os tanques e o decantador antes de seus volumes serem fixados, porque cada litro recirculado passa por eles de novo.
• Escreva as duas razões no balanço de massa na fase de projeto, para que o ajuste em campo seja um valor a definir, e não um número a adivinhar.

Como uma razão operada com excesso se manifesta na estação

As duas razões falham de modo diferente, e separar os sintomas é o que torna o ajuste da bomba útil como controle, e não como palpite.

• Recirculação externa baixa demais: um manto de lodo crescente, sólidos saindo no efluente e uma concentração caindo no tanque. Os sólidos suspensos no efluente sobem antes de o resultado orgânico subir.
• Recirculação externa alta demais: um lodo de recirculação fino, um decantador carregando mais água do que foi dimensionado para e um manto empurrado pela vazão, e não pelos sólidos. A energia da bomba sobe sem ganho na concentração do tanque.
• Recirculação interna baixa demais: nitrato deixado no efluente e um resultado de nitrogênio total que não cai por melhor que o resto do processo se comporte, com a zona anóxica carente de nitrato, e não de carbono.
• Recirculação interna alta demais: oxigênio dissolvido na zona anóxica e uma perda de remoção de nitrogênio enquanto a vazão de recirculação é aumentada, junto com uma carga hidráulica maior sobre as duas zonas e mais energia de aeração para repor o oxigênio que foi trazido de volta.
• As duas erradas ao mesmo tempo: sólidos e nitrogênio no efluente simultaneamente, o que se lê como uma falha de processo e é mais frequentemente um ajuste de bomba encontrando uma mudança no lodo.

O que registrar para que uma razão possa ser reajustada

• A concentração de sólidos no tanque e a concentração do lodo de recirculação, medidas no mesmo dia e na mesma hora.
• O resultado do teste de sedimentação e a data em que foi feito, porque a razão que convém a um comportamento de sedimentação não convém a outro.
• Oxigênio dissolvido na zona anóxica, que é a leitura que diz se a recirculação interna está trazendo oxigênio de volta.
• O nitrato ou o nitrogênio total do efluente, para que a razão interna seja definida a partir do resultado que ela deveria mudar.
• As horas de operação ou a vazão de cada bomba de recirculação, porque uma razão é uma vazão, e um ajuste que ignora o que a bomba de fato move é um projeto no papel.

De duas razões a uma função de bomba

As duas razões são o elo entre a biologia que uma estação é projetada para manter e as bombas compradas para ela. O gráfico de volume de tanque e TDH mostra como os tempos de residência dados às zonas se tornam volumes, e a nota sobre as zonas de uma estação A²/O cobre o que cada zona remove e por que a zona anóxica existe de todo. Em uma estação de membrana, a mesma recirculação externa mantém a cultura à frente da membrana, o que é descrito na página de equipamento MBR integrado. As vazões de recirculação que servem à sua geometria de tanque, ao seu lodo e à sua meta de nitrogênio são confirmadas com a fábrica para o seu tanque e o seu lodo, e não tomadas de uma tabela.