Utilização de oxigénio puro durante os meses de verão ao minimizar o efeito da temperatura na OTR
Para aqueles que estão habituados a “sofrer” o dia-a-dia das estações de tratamento, ou seja, as pessoas que operam a sua ETAR, basta ler o título deste post para terem algum tipo de reação: um leve sorriso, uma ligeira sensação de ansiedade… Nada que nos deva preocupar, claro está. Sabem simplesmente do que vamos falar.
Nos processos biológicos, o aumento da temperatura, quer seja devido a condições sazonais ou ao aumentos de cargas pontuais em função dos picos de produção de campanhas específicas, tem influência em múltiplos fatores limitativos que, por sua vez, afetam o processo e, consequentemente, o controlo e a qualidade da descarga final. Muitos temem os meses de verão, nos quais a temperatura da descarga pode aumentar consideravelmente e afetar o processo ou, por exemplo, campanhas de empresas hortofrutícolas na sua maioria.
Através da aplicação de oxigénio puro no processo biológico ou da transformação do tanque de homogeneização (TH) num seletor antes do processo biológico, vamos explicar como se minimizam estes efeitos negativos tanto para as atividades celulares e metabólicas da população microbiana, como para a velocidade de transferência de gases que, como consequência, tem influencia nas características de sedimentação dos sólidos biológicos e nos parâmetros de descarga final.
Efeito da temperatura na atividade microbiana e características de sedimentação dos sólidos
As estações de tratamento foram, na sua maioria, originalmente concebidas tendo em conta estes efeitos na OTR? Ou têm como base critérios de transferência convencionais, sem os ter especificamente em conta? Ou seja, são calculados através de uma média ponderada ou o efeito da temperatura é analisado no cálculo da OTR e é comparado com as necessidades de velocidade de transferência de oxigénio do processo. Cada estação de tratamento é um mundo, pelo que em cada uma delas existe uma enorme variedade de micro-organismos (bactérias floculantes, filamentosas, etc.), bem como tipos de processo, intervalo de temperatura adequado e todos estes aspetos têm uma maior ou menor influência. O tipo de bactérias em função da temperatura também afeta a estabilidade do processo, uma vez que existem intervalos de temperatura nos quais proliferam mais um tipo de bactérias do que outro, ou seja, a temperatura afeta o tipo de crescimento bacteriano.
Alterações bruscas de temperatura que modificam a biomassa bacteriana podem, por sua vez afetar o processo nos intervalos de temperatura nos quais existe uma mudança de tipologia (por exemplo, o intervalo entre 42–45 ºC reduz a população mesófila e aumenta a termófila). Isto acontece porque, experimentalmente, se comprovou que a não estabilidade bacteriana à qual nos referimos afeta a atividade metabólica e, por conseguinte, a atividade biológica, que por sua vez afeta o desempenho de eliminação da matéria orgânica, sendo preferível que a temperatura se encontre nos intervalos mesófilos ou termófilos (se excluirmos a necessidade de bactérias nitrificantes no processo, ao não ser necessário realizar processos D/N), mas não entre ambas. Além disso, ao afetar a atividade biológica, tem repercussões na necessidade de oxigénio dissolvido (OD) e, portanto, de forma negativa para a sedimentação do SSTLM no processo posterior.
Os equipamentos de aeração, como os ventiladores, aumentam a temperatura de descarga em 2–5 °C, enquanto os equipamentos de oxigenação não o fazem, tornando-se então este intervalo um fator determinante para a estabilidade do processo nos meses de verão em que intrinsecamente já existe um aumento de temperatura e uma ligeira variação da mesma tem uma influência significativa.
Efeito da temperatura sobre a velocidade de transferência de gases
A OUR define-se como a velocidade de consumo de oxigénio (o que os micro-organismos necessitam no processo) e a OTR define-se como a velocidade de transferência de oxigénio, ou seja, o que os equipamentos de oxigenação ou aeração são capazes de fornecer ao sistema. Estes equipamentos devem ser capazes de transferir oxigénio mais rapidamente do que a velocidade de consumo de biomassa, para que este não se torne um fator limitativo, ou seja, a OTR deve ser superior à OUR porque, de outra forma, não serão alcançadas as condições de oxigénio dissolvido adequadas em função do tipo de processo e carga a eliminar.
O papel da temperatura na OTR é determinante, porém, para o analisar, utilizar-se-á a fórmula de cálculo da OTR e os fatores que afetam o seu valor. Para cada um destes valores, existe um grande número de fatores limitativos (água de processo, carga contaminante, viscosidade, tipos de equipamentos de areação, tensão superficial, pressão parcial do gás na bolha, tempo de permanência, número e tamanho das bolhas, etc.), mas onde é que a temperatura afeta a velocidade de transferência do oxigénio?
Influi diretamente no oxigénio de saturação (ODsat), já que, à medida que aumenta a temperatura, uma vez que este efeito é inversamente proporcional à solubilidade do oxigénio na descarga, reduz-se o oxigénio dissolvido de saturação. Então, onde está a vantagem do oxigénio em relação ao ar que, no caso do ar, o ODsat é quase 5 vezes menor do que o oxigénio, o que se traduz numa menor diferença de ODsat, ou seja, menor OTR, menor velocidade de transferência.
Também afeta a KLa, que por sua vez, entre muitos outros parâmetros, é influenciada pelo fator alfa e pelo fator de potência (diretamente proporcional ao consumo de energia). Quanto maior for a temperatura, maior será o consumo de energia para transferir a mesma quantidade de ar e, dependendo do tipo de sistema de aeração–oxigenação e da concentração de sólidos em suspensão, menor o fator alfa, ou seja, menos KLa, portanto, menor OTR.
É por isso que, graças à melhoria realizada pela Nippon Gases nos seus equipamentos de dosagem e em colaboração com centros de investigação tecnológica, ao analisar o desempenho da transferência de oxigenação e as propriedades intrínsecas do oxigénio puro, é possível minimizar os efeitos negativos do aumento da temperatura, flexibilizando o controlo operacional e reduzindo o valor ponderado exercido pela temperatura sobre o ODsat, fator de energia e SSTLM. Em suma, ao afetar a velocidade e desempenho de transferência do oxigénio na descarga, evita-se um grave problema e prolonga-se desta forma o esgotamento das concentrações de oxigénio dissolvido no processo biológico que se repercute na descarga final.