2 LODOS ATIVADOS
2.4 PARÂMETROS OPERACIONAIS
Os parâmetros operacionais são de fundamental importância no processo de lodos ativados. Por meio do seu monitoramento, o controle e a correção de anomalias será mais ágil. Entre os parâmetros operacionais estão: concentração da massa microbiana no tanque de aeração, idade do lodo (IL), tempo de detenção hidráulica (TDH), relação alimento/micro-organismo, concentração de oxigênio dissolvido, temperatura, pH e concentração de nutrientes.
Relacionando os parâmetros operacionais à microbiota, o processo de lodos ativados, o qual é totalmente biológico, terá maior êxito.
2.4.1 Concentração da Massa Microbiana no Tanque de Aeração
A massa das células microbianas é expressa em termos de sólidos em suspensão totais (SST), uma vez que a biomassa no tanque de aeração é constituída de sólidos que estão em suspensão no reator. Entretanto, há uma fração inorgânica no reator, por isso, a biomassa é normalmente expressa em termos de sólidos em suspensão voláteis (SSV), que representam a fração orgânica da biomassa.
A faixa típica de valores de SSV é de 1.500 a 3.500 mg.L-1, para sistema de lodos
ativados convencional, e de 2.500 a 4.000 mg.L-1, para sistema de aeração prolongada (VON
SPERLING, 1997).
2.4.2 Índice Volumétrico do Lodo
O índice volumétrico do lodo é definido como o volume ocupado por 1 g de lodo após 30 minutos de decantação. Além de importante variável de controle, é indicativo das características de sedimentabilidade de lodo.
Para calcular o IVL (Equação 2.1), necessita-se do valor dos sólidos em suspensão totais da amostra, logo (CLASS, 2007):
(2.1)
Onde:
IVL = Índice volumétrico do lodo (ml.g-1)
SSed30’ = Sólidos sedimentáveis após 30 minutos de sedimentação (ml.L-1)
SST = Concentração de sólidos em suspensão totais da amostra (mg.L-1)
Quanto maior o valor do IVL, a qualidade da sedimentabilidade do lodo diminui e isso resulta em um maior volume de lodo no decantador secundário.
Na Tabela 1 são citados alguns valores e IVL para esgotos domésticos: Tabela 1 – Interpretação do resultado do IVL.
IVL (ml/g) Sedimentabilidade 0 – 50 Ótima 50 – 100 Boa 100 – 200 Média 200 – 300 Ruim > 300 Péssima
Fonte: Adaptado de Von Sperling, 1997.
2.4.3 Idade do Lodo
A idade do lodo pode ser definida como a concentração da massa total de micro-organismos do tanque de aeração, dividida pela massa total de micro-micro-organismos retirada do sistema diariamente (VON SPERLING, 1997).
(2.2)
Onde:
θc = Idade do lodo (dias)
Vta = Volume do tanque de aeração (m3)
Xta = Concentração de sólidos em suspensão voláteis no tanque de aeração (Kg/m3)
Qd = Vazão de descarte (m³)
Xrl = Concentração de sólidos em suspensão voláteis no retorno do lodo (Kg/m3)
Von Sperling (1997) define alguns valores de idade do lodo (Tabela 2).
Tabela 2 – Variantes do processo de lodos ativados em função da idade do lodo.
Idade do lodo Carga de DBO aplicada
por unidade de volume
Faixa de idade do lodo Denominação usual
Reduzidíssima Altíssima Inferior a 3 dias Aeração modificada
Reduzida Alta 4 a 10 dias LA convencional
Intermediária Intermediária 11 a 17 dias -
Elevada Baixa 18 a 30 dias Aeração prolongada
Fonte: VON SPERLING, 1997.
2.4.4 Tempo de Detenção Hidráulica
Tempo de detenção hidráulica (TDH) é o tempo médio de permanência do efluente no tanque de aeração, ou seja, é o tempo que uma partícula levaria da entrada até a saída do reator e, segundo Metcalf & Eddy (1991) é dada pela Equação 2.3:
(2.3)
Onde:
θ = Tempo de detenção hidráulica (horas)
Vta = Volume do tanque de aeração (m3)
Q = Vazão afluente (m3.h-1)
2.4.5 Relação Alimento/Micro-organismo (A/M)
A relação A/M ou F/M (food to micro-organism ratio) é dada pela quantidade de
alimento ou substrato disponível por unidade de massa dos micro-organismos, relacionada com a eficiência do sistema, ou seja, a taxa A/M mede a relação entre a carga orgânica, a qual é produzida no sistema e a concentração de micro-organismos presentes no tanque de aeração.
Essa relação é de fundamental importância no controle da qualidade de formação dos flocos biológicos sendo que, uma menor relação A/M, favorece a formação de um lodo tipicamente filamentoso e uma alta relação que pode dar origem a flocos pequenos e fracos.
Assim, a relação A/M é calculada por meio da Equação 2.4:
(2.4)
Onde:
A/M = Carga de lodo (gDBO5 fornecidos por dia/gSSV)
S0 = Concentração de DBO5 afluente (mg.L-1)
θ = Tempo de detenção hidráulica (horas)
Xta = Concentração de sólidos em suspensão voláteis no tanque de aeração (mg.L-1)
A relação A/M assume os valores de 0,3 a 0,8 kgDBO/kgSSV.d e 0,08 a 0,15 kgDBO/kgSSV.d para lodos ativados convencional e aeração prolongada, respectivamente. 2.4.6 Concentração de Oxigênio Dissolvido
O oxigênio é disposto no reator por meio de aeradores que podem ser superficiais (Figura 4) ou por ar difuso (Figura 5).
Figura 4 – Aeração superficial. ETE Dom Aquino, Cuiabá – MT.
Fonte: Rafael Bruzzon.(2009).
Figura 5 – Esquema de funcionamento de aeração por ar difuso.
Fonte: A autora (2012).
O O2 deve atender à oxidação da matéria orgânica (fornecer energia para síntese
bacteriana e respiração endógena bacteriana) e à nitrificação.
Baixos níveis de oxigênio dissolvido no reator podem causar a proliferação de organismos filamentosos e posteriormente o intumescimento. Com o OD baixo cria-se uma zona anaeróbia no interior dos flocos, prejudicando as bactérias formadoras de floco e as filamentosas projetam-se para fora do floco em busca de melhores condições (VAN HAANDEL; MARAIS, 1999; JENKINS et al., 2003 e FIGUEIREDO, 2011).
A concentração crítica de OD raramente excede 0,54 a 1,0 mg.L-1 na remoção de
material orgânico e de 1,0 a 2,0 mg.L-1 na nitrificação. A NBR – 570 (ABNT, 1989)
recomenda concentrações de OD de 1,5 mg.L-1, para idade de lodo igual ou maior que 18 dias
e 2,0 mg.L-1, para idade de lodo inferior a 18 dias.
Concentrações maiores que 4,0 mg.L-1 de O2 favorecem a nitrificação (CLAAS,
2.4.7 Temperatura
A temperatura tem tamanha importância no metabolismo dos micro-organismos que os classifica em mesófilos (20 a 40 °C), psicrófilos (abaixo de 15 ºC) e termófilos (50 a 60 ºC) (TORTORA et al., 2005). Como a faixa máxima de temperatura para operação de um sistema de lodos ativados está entre 35 e 40 ºC há um predomínio de micro-organismos mesofílicos. 2.4.8 pH
O efeito do pH em sistemas de lodos ativados está diretamente ligado às reações enzimáticas. As enzimas atuam em pH específico podendo diminuir sua atuação ou até cessar (CLAAS, 2007).
Com pH próximo a 6,0, os fungos começam a competir com as bactérias, e a 4,0 dominam o meio.
Para uma boa floculação em lodos ativados, o pH deve estar entre 6,0 e 9,0. 2.4.9 Concentração de Nutrientes
Os nutrientes são elementos fundamentais no metabolismo microbiano, pois fazem parte de sua constituição celular. O nitrogênio e o fósforo estão presentes na constituição do tecido das bactérias numa porcentagem que varia de 5 a 10% para o Nitrogênio (N) e 1 a 2% para o Fósforo (P).
De acordo com Jenkins et al. (2003), a quantidade de nutrientes a ser adicionada varia de acordo com a (DBO) no efluente. Assim, a quantidade de nitrogênio e fósforo a ser adicionada segue a seguinte relação, DBO:N:P é igual a 100:5:1. Essa relação é baseada no máximo valor teórico das necessidades de N e P de uma bactéria, assumindo um rendimento de 0,5 g de células por grama de DBO removida, e um lodo com peso seco de 10% de N e 2% de P.
Ainda segundo os autores, a deficiência de nutrientes pode causar a predominância de
bactérias filamentosas tais como Thiothrix, Sphaerotilus natans, Haliscomenobacter
hidrossis, Tipo 021, Tipo 0041 e Tipo 0675.
A formação de espuma no tanque de aeração e no decantador secundário, na ausência de Nocardia sp., Microthrix parvicella ou Tipo 1863, seguida por concentrações significativas de material extracelular, também pode ser um indício de deficiência de nutrientes (SOUSA, 2002).
CAPÍTULO 3