Eliminação do azoto nas ETAR

A eutrofização é um processo que se caracteriza por um crescimento desequilibrado de organismos fotossintéticos (algas) que impedem a vida aquática da zona, ao reduzirem as concentrações de oxigénio dissolvido (OD) das águas superficiais.

As elevadas concentrações de azoto e fósforo contidas nas águas residuais são claramente responsáveis, tornando-se, por conseguinte, um risco evidente para o desenvolvimento e evolução dos referidos ecossistemas, motivo pelo qual a legislação ambiental é cada vez mais restritiva com o teor de azoto nas descargas de águas.

Que não lhe chamem eutrófico!!

Apesar de as Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) estarem mais bem concebidas para eliminar este contaminante, existem muitas outras que não foram concebidas para tal ou com essa finalidade (uma vez que as normas daquela época não o exigiam) ou noutros casos (a grande maioria que apresenta este problema), estão obsoletas face ao acréscimo de cargas como consequência do aumento paralelo da produção das fábricas, pelo que os seus valores de conceção pouco ou nada têm que ver com as cargas de entrada de azoto a eliminar.

Mesmo para as ETAR com capacidade para eliminar o azoto, existe a possibilidade de o fazerem de uma forma mais eficiente, mais controlada e com menor custo energético de modo a reduzir o custo gerado pela taxa de recursos hídricos.

Como realizar uma eliminação eficiente do azoto?

1.ª etapa: realizar um estudo detalhado da ETAR com o AQSIM

O histórico dos dados de controlo de processo, incluindo as caracterizações analíticas e os ensaios de biodegradabilidade (que determina a velocidade de degradação da matéria orgânica e a sua fração inerte), bem como os detalhes do “dia-a-dia” da estação de tratamento, representa uma fonte de informações extremamente útil para determinar os valores de carga orgânica e, neste caso, de carga amoniacal da água. São estes valores que vão fornecer as informações e, sobretudo, o conhecimento dos requisitos do tratamento posterior.

Os dados devem ser tratados de forma correta, ou seja, interagindo e relacionando entre si as variáveis representativas do processo através de simuladores matemáticos com os quais se obtêm novos indicadores que apresentam diferentes cenários de processo, condições de operação eficiente de tratamento e limitações encontradas, otimizando assim tanto o funcionamento como os custos associados.

2.ª etapa: incorporação de ciclos óxicos/anóxicos com oxigénio puro graças aos equipamentos de dosagem de NGE

Historicamente, para a eliminação biológica do azoto amoniacal e do nitrato formado nos processos de nitrificação, eram necessários dois volumes fixos de reator anóxico e óxico, onde cada um deles realizava uma parte do processo definida, determinada e com pouca flexibilidade para alterações de funcionamento ou para variabilidades nas emissões para a carga de entrada. Consequência? Elevados custos operacionais (OPEX) devido ao consumo energético (equipamentos de areação e bombas de recirculação interna) e processo com pouca possibilidade de adaptação a alterações nas condições de processo.

Atualmente, a adaptabilidade (tailoring) ou a capacidade para escolher os melhores métodos e ferramentas para gerir os processos de tratamento é, como já mencionámos anteriormente, o “dia-a-dia” da ETAR.

Portanto, a questão que se coloca… É possível incorporar num mesmo reator ciclos óxicos/anóxicos automatizando-os em termos de tempo e concentrações de OD e ORP, e adaptando o funcionamento e o processo da ETAR às cargas de entrada, e não o contrário? Sim, é possível e com a Nippon Gases é uma realidade comprovada e referenciada.

A vantagem de incorporar ciclos óxicos e anóxicos num mesmo reator (facultativo) em estações de tratamento com oxigénio líquido comparativamente à alternativa (que, na realidade, não o é devido à sua limitação operacional) com ar está relacionada com o aumento de velocidade de transferência do oxigénio da bolha (OTR) pelo facto de dispor de equipamentos de dosagem de oxigénio com elevados desempenhos de transferência da bolha de oxigénio e um elevado fator alfa e de ter uma pressão parcial cinco vezes superior à do ar (transfere o oxigénio cinco vezes mais rápido no meio), entre outros fatores que afetam tanto o OD de saturação como a KLa. Isto permite a inclusão de ciclos anóxicos no volume do reator biológico sem perder a capacidade de fornecer ao processo todo o oxigénio de que necessita, conferindo ao reator facultativo reconvertido uma capacidade de flexibilidade de processo até então inviável.

Outra vantagem: evita um investimento adicional em volume ou renovação da estação de tratamento, reduz o consumo energético até ao mínimo necessário para a agitação do lodo e elimina as bombas de recirculação interna (que necessitam de pelo menos 300% do caudal de entrada).

O funcionamento habitual de um equipamento de oxigénio líquido implica a utilização de uma sonda de OD, uma sonda de ORP e um controlador, com o qual se regula a injeção de oxigénio através de uma estratégia de controlo ON/OFF e dos ciclos D/N. Uma vez que nestes equipamentos da Nippon Gases o fornecimento de oxigénio é independente da agitação, a integração de ciclos anóxicos no processo para a eliminação dos nitratos é obtida sem qualquer necessidade energética adicional e, comparativamente aos equipamentos de aeração convencionais, pode ser de até 5 vezes menos kw por kgO2 transferido, solucionando assim também os problemas provocados pelas cargas elevadas e/ou variáveis (diretamente relacionados com altas e baixas F/M), altas concentrações de SSTLM e altas temperaturas na eficiência dos sistemas de aeração tradicionais — o que nos leva diretamente ao terceiro e último passo.

3.ª etapa: Instalação do sistema de monitorização avançado AQSCAN

Com esta instalação, é possível obter as condições adequadas do processo recentemente instaurado, permitindo uma eliminação eficaz do azoto e um controlo conveniente e ajustado dos custos operacionais (OPEX) associados.

Como se costuma dizer, não só é necessário dispor das melhores ferramentas, mas também saber trabalhar com elas.

Para tal, durante todo o processo anterior de verificação da instalação e imediatamente antes da colocação em funcionamento da aplicação, deve existir um sistema de monitorização que permita visualizar remotamente (online) a operação correta do processo. Para além de apresentar os sinais online incorporados na estação de tratamento, a AQSCAN foi desenvolvida para apresentar também importantes indicadores de operação e algoritmos avançados, como a velocidade de consumo de oxigénio (OUR) e eficiência de oxigenação. Consequência: com toda esta informação, é possível efetuar ainda mais ajustes graduais do tempo e do modo de aplicação do oxigénio para otimizar o tempo dos ciclos D/N no processo e nos custos. É inclusivamente possível efetuar o controlo, complementando os referidos sinais com uma leitura calibrada e fiável da sonda de amónio e nitratos no reator, com a qual, uma vez realizado um seguimento exaustivo de leitura fiável, se podem incorporar os referidos valores na automatização dos ciclos em questão.

Em suma, com a I2oT (Industrial Internet of Things), a adaptabilidade ao processo e a otimização dos respetivos custos são o pilar fundamental que sustenta a estratégia pioneira do avanço tecnológico e industrial, e na Nippon Gases España, esta aplicação e os serviços a ela associados (AQSERVICE) são um claro exemplo disso, não só porque nos fornece a informação de como realizá-lo, mas também porque, se esses dados — essa informação — forem corretamente tratados e relacionados, transformar-se-ão em conhecimento e é este conhecimento que nos permite oferecer (ao reator e às pessoas) soluções à medida e de confiança.