Por que o adensamento antes da desidratação se paga
Uma linha de lodo carrega duas coisas ao mesmo tempo: os sólidos que a estação precisa destinar e a água em que esses sólidos estão suspensos. Só os sólidos são produto do tratamento. Todo o resto é lastro, e por ele se paga várias vezes — no porte da unidade de desidratação, na dose de polímero, no volume que o caminhão-tanque carrega e na tarifa de recebimento no local que recebe o bolo.
A aritmética é direta o bastante para fazer nas costas de um envelope. Uma tonelada de lodo com 1 % de sólidos secos contém cerca de 10 kg de sólidos e cerca de 990 kg de água. Concentre os mesmos 10 kg a 5 % e o material a mover passa a cerca de 200 kg. Nada foi destruído e nada foi tratado; a corrente simplesmente ficou cinco vezes mais concentrada e com cerca de um quinto da massa. O adensamento de lodo é o estágio que faz isso, e é o lugar mais barato da linha de lodo para fazê-lo, porque a água sai por sedimentação ou por flotação, e não sob pressão.
As concentrações acima são as geralmente citadas para lodo municipal e servem para mostrar o tamanho do efeito; devem ser lidas como um método de partida, e não como uma especificação, porque o que uma estação mantém é medido no lodo dela própria. Os equipamentos de desidratação são comprados e acionados por uma carga de sólidos — quilogramas de sólidos secos por hora —, enquanto o que recebem é um volume, e esse volume define o porte da máquina, a demanda de polímero e a carga de filtrado.
Onde o adensamento de lodo fica na estação
O adensamento é um estágio, não um processo. Ele fica entre os decantadores que produzem o lodo e a unidade de desidratação que o transforma em bolo, e normalmente tem um tanque de acumulação de um lado, para que a unidade de desidratação opere no seu próprio horário, e não no ritmo em que os decantadores produzem lodo.
Chegam dois lodos, e eles se comportam de forma completamente diferente. O lodo primário, retirado do fundo de um decantador primário, é rico em mineral e granular, e sedimenta e compacta com facilidade. O lodo ativado excedente, retirado como biomassa em excesso do decantador secundário, é leve, hidratado e gelatinoso: ele retém água dentro e entre os flocos e compacta mal sob o próprio peso. O adensamento de lodo precisa, portanto, ser escolhido por corrente, porque um tanque que funciona com lodo primário costuma produzir um subnadante fino e um sobrenadante sujo com lodo biológico. As duas correntes podem ser adensadas separadamente, a resposta usual em uma estação maior, ou combinadas onde os sólidos primários dominam.
Uma consequência é fácil de deixar de fora de um projeto e cara de descobrir depois. Tudo o que o estágio retira como água volta à estação como sobrenadante ou filtrado, e não é água limpa: ela carrega sólidos finos que escaparam da captura, amônia liberada do lodo e fósforo. Essa corrente lateral reentra na cabeça da estação e faz parte da carga que o estágio biológico recebe. Em uma estação com uma linha de lodo grande, ela pode ser uma fração material da carga de nitrogênio, e um projeto que conta apenas o afluente bruto ficará sem capacidade.
Adensamento por gravidade
Um adensador de lodo por gravidade é um tanque com um mecanismo raspador de movimento lento. O lodo é alimentado perto do centro, os sólidos sedimentam, um conjunto de braços verticais de pente agita o manto e deixa a água aprisionada escapar para cima, o lodo adensado é retirado pelo cone de fundo e a água liberada transborda por um vertedouro na borda. Nenhum produto químico está envolvido e quase nenhuma potência: o mecanismo gira a uma taxa medida em metros por hora na borda.
Suas virtudes são custo de operação e simplicidade, e seu limite é o lodo que lhe é dado. Com lodo primário ele produz um subnadante bem compactado a partir de uma vazão grande, e é por isso que segue sendo a primeira escolha onde existe lodo primário. Com lodo ativado excedente os flocos não sedimentam em um manto compacto, então a unidade precisa de uma área muito maior para a mesma carga de sólidos, o subnadante é mais fraco e o sobrenadante carrega mais sólidos de volta à cabeça da estação. O bulking filamentoso piora isso: os filamentos que impedem o lodo de sedimentar no decantador impedem que ele adense aqui.
O dimensionamento se apoia em dois números, e não em uma tabela: a carga de sólidos por unidade de área superficial e a taxa de transbordamento hidráulica. Os dois vêm de ensaios de sedimentação no lodo real — um ensaio de sedimentação em batelada lido contra uma versão agitada que considera a ação do mecanismo. Um adensador por gravidade é também um tanque aberto grande de sólidos concentrados, então odor e septicidade são questões de projeto, e uma cobertura pode ser necessária em área povoada.
Adensamento por flotação por ar dissolvido (FAD)
O adensamento por flotação por ar dissolvido funciona pelo princípio oposto ao da sedimentação. Uma fração do efluente clarificado é recirculada, pressurizada e saturada com ar, e então liberada na zona de contato do tanque. A queda de pressão faz o ar dissolvido sair como uma nuvem de microbolhas, que se aderem aos flocos e os levam à superfície, onde o manto flotado é retido e raspado. Os sólidos sobem em vez de descer, então a unidade não depende de o lodo sedimentar de forma alguma.
É por isso que a flotação é a resposta usual para lodo ativado excedente e para lodo misto onde os sólidos biológicos dominam. Ela produz um flotado mais espesso do que um adensador por gravidade consegue com o mesmo material, captura os sólidos de forma mais completa nesse flotado em vez de no licor de retorno, e pode ser construída em um tanque raso, então a área ocupada é menor que a área de sedimentação que a mesma carga exigiria.
O preço é equipamento e produto químico. Um adensador por flotação carrega um vaso saturador, uma bomba de recirculação, um compressor de ar e um mecanismo de raspagem, e precisa de condicionamento com polímero — normalmente de grau catiônico — para ligar os flocos em algo que as bolhas consigam levantar. A dose é definida por ensaio de flotação em bancada ou por jar test no lodo em questão, e não por tabela. A razão ar/sólidos, a razão de recirculação e a taxa de aplicação superficial são as variáveis de projeto, e seus valores para um dado lodo vêm desse ensaio.
Adensador de tambor rotativo e adensamento por esteira de gravidade
Um adensador de tambor rotativo faz mecanicamente o que um tanque de adensamento faz por área. O lodo é condicionado com polímero e alimentado em um tambor de rotação lenta revestido com uma malha fina. A água drena pela malha enquanto uma rosca interna conduz o lodo adensado ao longo do tambor e para fora, e a malha é lavada por jato a cada volta, para não cegar. Um adensador por esteira de gravidade é a mesma função em uma esteira móvel em vez de um tambor.
Os dois são compactos, fechados e de baixa energia, atingem condição de trabalho em minutos, e não em horas, e toleram partir e parar sem perder seu conteúdo, e é por isso que combinam com uma estação compacta ou com uma carga que opera por turnos. Os dois consomem polímero, então a etapa de condicionamento importa tanto quanto a máquina.
Existe também uma rota que elimina o estágio separado. Onde a linha de lodo termina em uma prensa parafuso que adensa e desidrata em uma única máquina contínua, a zona de adensamento dessa máquina faz o trabalho que um adensador separado faria, e uma estação abaixo de certo porte costuma ser mais simples sem um estágio dedicado.
Qual rota de adensamento serve à estação
- Lodo primário, área disponível, custo de operação como prioridade — um adensador por gravidade, sem produto químico e sem mais potência que o acionamento do raspador.
- Lodo ativado excedente, ou lodo misto dominado por sólidos biológicos — adensamento por flotação por ar dissolvido, porque a flotação não pede que o lodo sedimente.
- Área ocupada limitada, ou uma estação dentro de um prédio — adensamento por tambor rotativo ou por esteira de gravidade, ambos compactos e fechados.
- Lodo retido entre turnos, ou uma unidade de desidratação operando por horário — um tanque de acumulação dimensionado pela produção diária de sólidos, e não pela vazão instantânea de lodo.
- Uma estação pequena que já compra uma prensa parafuso que adensa e desidrata — sem estágio separado, desde que a máquina seja alimentada na consistência com que foi dimensionada.
- Um local onde o odor é uma restrição real — adensamento mecânico fechado, em vez de um tanque de gravidade aberto.
Erros comuns
- Tratar o adensamento como um extra opcional. Cada tonelada de água removida antes da unidade de desidratação é uma tonelada que não precisa ser prensada, dosada, bombeada ou transportada.
- Presumir que o adensamento por gravidade funciona com lodo ativado excedente. É a suposição errada mais comum na linha de lodo, e aparece como um subnadante fraco e uma carga de sólidos retornando à cabeça da estação.
- Projetar o estágio de adensamento e a unidade de desidratação separadamente. O bolo que a prensa produz, e o polímero de que precisa, dependem da consistência do que ela recebe.
- Definir a dose de polímero por tabela. A dose segue o lodo, e o lodo muda com a estação do ano, a carga e o estado da biomassa.
- Cisalhar o floco entre dois estágios. Um floco já formado se quebra facilmente por uma bomba rodando rápido demais, e o floco quebrado ressuspende sólidos na água que o estágio existia para remover.
Autoverificação antes de o estágio de adensamento ser especificado
- O lodo foi identificado e ensaiado como primário, biológico ou misto, em vez de presumido a partir do tipo de estação?
- A produção diária de sólidos é conhecida, para que a carga possa ser declarada em quilogramas de sólidos secos por dia?
- A concentração de sólidos da alimentação e a concentração alvo após o adensamento estão ambas declaradas?
- O licor de retorno do estágio foi contabilizado na carga que o processo biológico precisa tratar?
- O lodo adensado chega à unidade de desidratação sem ser cisalhado ou diluído no caminho?
De uma carga de adensamento a uma máquina
A escolha acima estreita a rota; a máquina ainda precisa ser dimensionada sobre um lodo que foi medido. As páginas de equipamentos de desidratação de lodo descrevem o que cada máquina de desidratação faz com a alimentação adensada, e o guia de seleção de desidratação de lodo toma o tipo de lodo, o volume e o bolo alvo e percorre as opções em ordem. Onde a carga deve ser atendida por flotação, as páginas de flotação por ar dissolvido cobrem o mecanismo e os arranjos de tanque em que ela é construída. O modelo, a área superficial e o consumo de polímero que servem ao seu lodo são confirmados com a fábrica para o seu tipo de lodo e a sua concentração alvo, e não lidos em uma tabela.