Teste de Limite de Floculação (TOF – Threshold of Flocculation)

A avaliação da capacidade máxima de sólidos no reator e da floculação pode auxiliar na otimização de um decantador (MANCELL-EGALA, 2017). Assim, o TOF quantifica a concentração mínima de sólidos necessária para haver formação de flocos. Em outras palavras, é possível descobrir a concentração máxima na qual o comportamento de sedimentação permanece discreto, indicando que acima desta concentração as partículas começam a interagir e a flocular (COVRE, 2018).

O valor limite de floculação se correlaciona com a eficiência de colisão das partículas durante o processo de floculação (MANCELL-EGALA et al., 2017). Essa eficiência de colisão pode ser aumentada com o aumento do número de partículas ou com uma alteração na estrutura das partículas que aumente sua afinidade de floculação (WINCKEL et al., 2016). A curva de TOF é então uma visualização da quantidade de colisões bem sucedidas e se correlaciona diretamente com a dinâmica de floculação do lodo. O ponto limite de floculação em si (o valor referente ao TOF) pode ser adotado empiricamente como a concentração de sólidos em suspensão a partir da qual o percentual de SST no efluente decresceu em 10% do valor inicial, conforme trabalhos relacionados (MANCELL-EGALA, 2016; DE CLIPPELEIR et al., 2017).

A biomassa dos sistemas de lodos ativados convencionais possui densidade próxima à da água, portanto a agregação (biofloculação) da biomassa para formar um floco é necessária para aumentar o tamanho da partícula e, assim, a taxa de sedimentação. Dependendo do ambiente e da matriz de lodo, os sólidos se unem e transicionam de microflocos para macroflocos. Os flocos menores (ou partículas) tendem a ter baixa massa e baixa eficiência de remoção (BOLLER; BLASER, 1998).

O lodo que possui um valor mais alto de TOF apresenta partículas mais densas, que sedimentam melhor, em contrapartida, a qualidade do efluente final tende a ser pior, como ocorre nos sistemas de lodos ativados de alta taxa (MANCELL-EGALA et al., 2017). Por outro lado, à mesma concentração, um lodo que possui um TOF menor tende a formar flocos grandes e leves, os quais sedimentam mais devagar, porém produzem um efluente de melhor qualidade, visto que esses flocos carregam consigo

partículas menores durante a sedimentação (COVRE, 2018). A Figura 20 ilustra as diferenças entre lodos com alto e baixo valor de TOF.

Figura 20 – Exemplos entre lodos com alto e baixo valor de TOF

Fonte: Adaptado de Covre (2018, f. 12)

Em uma estação de tratamento de esgoto, o TOF permite determinar o quão estável se encontra o tratamento em relação às variações das condições ambientais, como eventos de precipitação ou redução do tempo de detenção hidráulica, devido ao aumento da vazão afluente. Essas situações podem alterar a concentração de sólidos suspensos totais (SST) na planta de tratamento e podem impactar na qualidade do efluente final devido a uma alteração no comportamento de sedimentação do lodo biológico. Em casos de TOF baixo, o sistema fica menos protegido contra esses eventos, pois os flocos tendem a ser menos densos e sedimentarem vagarosamente. (COVRE, 2018).

Existem diversos fatores que podem alterar o valor de TOF característico de uma amostra de esgoto e impactar na eficiência do decantador secundário, tais como a composição microbiológica do lodo ativado, o tempo de detenção hidráulica, a aeração aplicada no reator biológico, as características do esgoto afluente e as condições climáticas ambientais (COVRE, 2018).

No trabalho de Covre (2018), após a realização do TOF para diferentes cenários, obteve-se as curvas de limite de floculação, representadas na Figura 21. Nota-se que o ponto de TOF foi de aproximadamente 100 mg/L, independente do cenário, concentração a partir da qual as curvas decresceram consideravelmente. O referido estudo mostrou que o comportamento de sedimentação praticamente não foi alterado

com as mudanças operacionais aplicadas, o que poderia ser explicado visto que cada cenário foi simulado durante uma semana, e o TOF pode ser influenciado por efeitos a longo prazo, tais como mudanças estruturais nos flocos e na idade do lodo.

Figura 21 – Curvas de limite de floculação para cada cenário

Nota: Cenário 1 – cenário de referência; Cenário 2 - aumento do tempo de retenção de sólidos no decantador secundário (aumento da idade do lodo); Cenário 3 – aumento da aeração no reator (maior tensão de cisalhamento sob os flocos biológicos); Cenário 4 – desligamento da aeração de um dos reatores (menor tensão cisalhante).

Fonte: Adaptado de Covre (2018, f. 13)

Winckel et al. (2016), por sua vez, utilizaram, dentre outros parâmetros, o TOF para estudar o lodo de algumas estações em escalas real e piloto de Blue Plains e Lawrence (Estados Unidos). Dentre os tipos de lodos testados, cita-se o lodo granular, proveniente da tecnologia de lodos ativados de alta taxa. No estudo, um seletor externo foi utilizado no fluxo de lodo excedente para potencialmente selecionar um lodo que apresentasse melhor floculação e sedimentação mais rápida. Ao peneirar as amostras e aplicar energia mecânica externa para induzir a floculação do lodo, observou-se que o TOF reduziu drasticamente de 1545 mgSST/L da amostra não peneirada para 520 mgSST/L, otimizando a floculação. Segundo os autores, sistemas totalmente granulados não são ideais, pois geralmente precisam de pós-tratamento para garantir a qualidade do efluente, sendo necessária maior infraestrutura e demais gastos operacionais. Dessa forma, os autores defendem um bom equilíbrio entre

flocos e grânulos para aumentar a capacidade do sistema de tratamento (Winckel et

al., 2016).

No trabalho de Mancell-Egala et al. (2017) estudou-se o lodo de três ETEs. O primeiro foi um lodo secundário de alta taxa, que apresentou alto valor de TOF e de LOSS, sendo o último um indicador de sedimentação que representa a concentração a partir da qual o regime transiciona de floculento para o zonal. Esse lodo apresentou flocos muito pequenos que, apesar de sedimentarem rapidamente no regime zonal, deixaram uma grande quantidade de sólidos suspensos no efluente final. O segundo lodo foi proveniente de um sistema com remoção de nitrogênio, o qual apresentou baixo valor de TOF e alto valor de LOSS, com flocos grandes e compactos, de boa resistência e VSZ, resultando em um efluente de baixa turbidez. O último foi um lodo secundário de alta taxa com bioaumentação, que apresentou flocos grandes e difusos, caracterizados por um baixo valor de TOF e de LOSS, de baixa resistência. Esses flocos foram quebrados quando submetidos a regiões de alta turbulência e resultaram em um efluente com elevada turbidez. A Figura 22 esquematiza os tipos de flocos citados e suas respectivas características de sedimentação.

Figura 22 – Representação de três tipos de flocos e suas características de sedimentação

Fonte: Adaptado de Mancell-Egala (2016, f. 15) VSZ: Velocidade de sedimentação zonal