Estações de tratamento de água como um sistema completo

Confiabilidade no processo de espessamento de lodo

Dependendo de seu tamanho, as plantas de tratamento utilizam diferentes processos de tratamento de efluentes. Plantas menores para até 30.000 residentes são frequentemente construídas como plantas de aeração com estabilização aeróbica de lodo. Plantas maiores (> 30.000 residentes), por outro lado, geralmente empregam a estabilização anaeróbica de lodo. Durante este processo, o lodo ativado produzido durante a purificação biológica é retirado do tanque de clarificação secundária e retornado ao tanque de aeração. No entanto, uma porção desse fluxo precisa ser retirada como lodo excedente e alimentada juntamente com o lodo primário resultante da etapa de clarificação primária no digestor para estabilização anaeróbica de lodo.

O grande volume desse lodo excedente apresenta um desafio considerável. O lodo é extraído do tanque de clarificação secundária com uma diluição muito alta de apenas cerca de 5-10 g/litro e, portanto, deve ser espessado para cerca de 50-85 g/litro para atingir a concentração ideal para o digestor. O volume é reduzido em cerca de 80-90%. Existem vários métodos para conseguir isso, incluindo o espessamento estático ou o estiramento, mas cada método tem suas desvantagens específicas. Um excelente método com uma ampla gama de vantagens é o espessamento com decanters.

Embora seja tecnicamente desafiador operar um digestor, ele é crucial para o processo geral e os custos de produção resultantes da estação de tratamento de águas residuais. Isso ocorre porque um processo de digestão ideal aumenta o rendimento de gás e, portanto, reduz os custos de energia. Ao mesmo tempo, o lodo bem digerido pode ser desidratado muito bem, o que também reduz os custos de descarte. O carregamento otimizado do digestor tem um efeito muito positivo no controle do processo geral. O carregamento deve ser o mais uniforme e constante possível. Uma maneira de conseguir isso é com a decanter OSE da Flottweg com controle do lodo espessado.

O processo de espessamento e fatores de influência

Olhando para o processo geral, há alguns pontos importantes e fatores de influência a serem considerados:

• as condições de alimentação na estação de tratamento de água influenciam a concentração e o volume do lodo excedente. A chuva forte pode desempenhar um papel fundamental nisso.
• O lodo deve ser extraído do tanque de clarificação secundária de forma otimizada para o processo, ou seja, logo após a produção do lodo.
• O digestor prefere uma alimentação de sólidos com taxa e concentração constantes.
• A eficiência de separação do processo de espessamento deve ser a mais alta possível para manter a carga de retorno a mais baixa possível; é necessário pelo menos 95%, mas 98% ou mais é ainda melhor.
• Como os floculantes poliméricos podem interferir no processo de digestão, suas quantidades devem ser mantidas tão baixas quanto possível. 
• Quanto mais polímero houver no lodo, maior a viscosidade e pior a mistura no digestor. O resultado é uma diminuição no rendimento de gás.

 

O desafio:

O sistema de espessamento opera principalmente de forma autônoma, sem muita atenção do pessoal operacional. Mas a estabilidade e a confiabilidade do processo devem ser garantidas.  Ao mesmo tempo, os custos de investimento e os custos de produção precisam ser mantidos dentro de limites razoáveis. O sistema de espessamento pode ser facilmente adaptado a mudanças no processo geral ou a situações operacionais especiais.

Espessar o lodo excedente com uma decanter altera a estrutura (viscosidade) do lodo. O lodo espessado (TS) tem uma estrutura cremosa que permite um bombeamento fácil mesmo em concentrações mais altas de TS. Essas propriedades do lodo também têm um efeito positivo no digestor, devido à baixa formação de espuma e à fuga mais fácil das bolhas de gás. Em contraste, o lodo espessado produzido por um espessador de correia tem uma estrutura muito escamosa. Esse lodo é muito mais propenso à formação de espuma no digestor.

 

Com o espessamento na decanter, as partículas sólidas são separadas do líquido pelo campo gravitacional artificial criado na decanter, que é várias vezes mais forte do que o campo gravitacional da Terra. Os floculantes poliméricos (PF) são adicionados em quantidades muito pequenas apenas para suavizar a fase líquida.

 

Levando em consideração esses fatores de influência, a decanter OSE da Flottweg foi projetada para atender aos desafios dessa etapa do processo e foi continuamente melhorada ao longo dos anos. Além disso, sua abrangente tecnologia de controle e regulação permite que ela opere de forma independente, mesmo sem supervisão do pessoal operacional. A extensa proteção contra desgaste da decanter garante uma vida útil de muito mais de 100.000 horas de serviço, e a máquina é projetada para operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. O consumo de energia específico é de aprox. 0,10 — 0,3 kWh/m³, dependendo das propriedades do lodo. A geometria do tambor e da rosca produzem resultados de separação únicos.

A decanter OSE é um sistema fechado, garantindo que aerossóis biologicamente contaminados não sejam liberados no ambiente. O design de baixo ruído e a baixa velocidade de rotação do rotor garantem baixas emissões de ruído.

Adição e controle de polímero

A quantidade necessária de floculantes poliméricos (PF) depende da carga de sólidos; em outras palavras, o PF deve ser regulado de acordo com a carga para garantir a dosagem ideal. Para isso, é instalada uma sonda na alimentação de lodo fino para medir a concentração de sólidos. A carga é calculada com base na alimentação hidráulica e na concentração, e a dosagem de PF é regulada de acordo. Uma dose comum de PF é de cerca de 0,5 — 2 kg de PF/t TS. O valor exato é definido pelo operador no painel e, em seguida, o sistema de controle o regula automaticamente.

A floculação completa não é necessária ao usar a decanter, pois o PF é usado somente para suavizar o concentrado a fim de melhorar o grau de separação, não para a separação propriamente dita. Como regra geral, é suficiente e, na verdade, recomendado usar um produto em pó barato. Importante saber: além dos polímeros sintéticos convencionais, você também pode usar polímeros biodegradáveis à base de quitina ou amido. E se as propriedades do lodo forem boas, em alguns casos você pode ignorar o PF completamente com a decanter OSE.

Controle de lodo espessado

A alteração das condições de alimentação também afeta a descarga de lodo espessado. No entanto, é importante que o digestor receba uma alimentação constante de sólidos, bem como uma quantidade hidráulica constante. Para garantir esses dois parâmetros, a decanter OSE está equipada com um sistema de controle adicional para regular o lodo espessado. Este sistema mede a concentração do lodo espessado com uma sonda. Usando um algoritmo no programa PLC, a unidade Simp Drive^® mantém a concentração do lodo espessado constante. O operador só precisa selecionar o valor desejado no painel do operador, por exemplo, 6% TS, e o resto é feito pelo controlador.

Mantenha a eficiência da separação sempre sob controle

Quanto maior a eficiência de separação e mais limpo o concentrado, menor é a carga de retorno para a estação de tratamento de água. A decanter OSE pode atingir eficiências de separação consistentes de > 95%, muitas vezes até > 98%. Um sensor monitora a qualidade do concentrado para que os operadores possam acompanhar sempre a eficiência da separação. Isso permite que você reaja imediatamente em caso de desvios, por exemplo, ajustando a quantidade de polímeros.

Necessidade de espaço e operação da decanter OSE

Este sistema de espessamento é muito compacto. A capacidade de vazão específica por espaço fechado é frequentemente muito maior do que com outros sistemas, especialmente sistemas maiores. Isso permite que ele seja instalado em edifícios existentes, economizando custos de construção. Os sistemas de contêiner também podem ser facilmente implementados.

 

Além das quantidades de lodo fino, lodo espessado e concentrado, o sistema monitora parâmetros importantes da máquina, como velocidade, vibrações, temperatura de armazenamento, consumo de energia e pressões da tubulação. Isso permite que o operador mantenha o controle de todos os parâmetros relevantes o tempo todo. O sistema de espessamento pode ser operado e monitorado a partir do painel do operador ou da estação de controle do processo. Além de inspeções ocasionais, não há necessidade de intervenção no local.

Fácil manutenção e personalização

A decanter OSE da Flottweg foi projetada para ser muito fácil de manter. Todos os conjuntos e componentes importantes são facilmente acessíveis. Os custos de manutenção são mantidos no mínimo graças à proteção contra desgaste abrangente e de alta qualidade em combinação com aço inoxidável resistente à corrosão (V4A e Duplex). Os rolamentos são robustos e duráveis. Todas as peças de desgaste podem ser substituídas no local, de modo que não se esperam longos tempos de inatividade durante a vida útil da decanter.

Também não são necessárias ferramentas especiais.

Além disso, os especialistas em serviços da Flottweg podem acessar o sistema de controle — após a aprovação do pessoal operacional — e, assim, fornecer assistência para operação ou manutenção remotamente.

 

Além da fácil manutenção, o sistema também lida ou se adapta muito bem às mudanças nos requisitos. Se, por exemplo, bactérias filamentosas (microtrix) aparecerem na estação de tratamento de água e degradarem o índice de lodo, mesmo esse lodo volumoso também pode ser processado bem, apesar de um SVI de até 300 ml/g. No máximo, você pode esperar maiores requisitos de polímero e/ou uma vazão um pouco menor. O sistema também é bem adequado para espessar lodo primário ou lodo misto, exigindo apenas a otimização das configurações da máquina. E se forem instalados processos adicionais no futuro, por exemplo, hidrólise térmica, a decanter OSE pode ser facilmente adaptada.

 

A carga constante do digestor economiza custos de aquecimento e melhora o processo de digestão, aumentando assim o rendimento de gás e, em última análise, melhorando o balanço energético da estação de tratamento de água. A operação 24 horas reduz os custos de investimento e, ao mesmo tempo, melhora o gerenciamento do processo de clarificação secundária.

Exemplo da decanter em uso

A experiência do cliente mostrou que o uso da decanter para espessamento melhorou o grau de digestão e o resultado da desumidificação. Além disso, a integração totalmente automática da decanter para espessamento no gerenciamento do processo melhorou significativamente as condições biológicas: o resultado é um menor consumo de oxigênio, uma menor carga de retorno devido ao concentrado limpo e um índice de lodo consistentemente baixo (90 — 110). O uso da decanter também melhora os valores de escoamento para NH4-N. Finalmente, há um impacto positivo na desumidificação, reduzindo o consumo de energia da decanter de desumidificação em cerca de -14%, de 2,47 a 2,12 kWh/m³.

Este exemplo e os parâmetros associados mostram como a decanter OSE pode afetar positivamente o processo de espessamento do lodo.

Autor: Klaus Peisl, Diretor de Aplicações de Águas e Efluentes, e Alexandra Schlierf, Engenheira de Vendas de Aplicações de Águas e Efluentes.