Resposta rápida: A nitrificação-desnitrificação biológica é a opção padrão e a mais barata em concentrações normais. Acima de cerca de 500 mg/L, o arrastamento com ar ou a precipitação de estruvita costumam vir primeiro para reduzir a carga. A amónia é o parâmetro mais frequentemente esquecido no inverno, porque as bactérias nitrificantes crescem lentamente e são sensíveis à temperatura.
Por que a amónia falha quando a COD passa
Esta é a queixa mais comum que ouvimos, e a causa é biológica e não mecânica. Os organismos que removem a COD crescem rapidamente e toleram uma ampla gama de condições. As bactérias nitrificantes, que convertem a amónia em nitrato, crescem muito mais lentamente e são muito mais sensíveis à temperatura, ao pH, à alcalinidade e à toxicidade.
Uma estação dimensionada com folga para a carga de COD pode, portanto, estar genuinamente com falta do volume de reator e da idade do lodo de que a nitrificação necessita. Três armadilhas específicas:
- Idade do lodo demasiado curta. Os nitrificantes são removidos mais rapidamente do que se reproduzem. Aumentar a idade do lodo é a primeira coisa a verificar e não custa nada.
- Alcalinidade esgotada. A nitrificação consome alcalinidade. Quando esta se esgota, o pH cai e o processo estagna — isto parece um problema de toxicidade, mas é um problema de química.
- Tempo frio. As taxas de nitrificação caem acentuadamente à medida que a temperatura desce. Uma estação que passa no verão pode falhar todos os invernos sem que nada mais mude.
Antes de considerar novos equipamentos, analise as seis razões pelas quais as estações de tratamento de águas residuais falham a sua licença de descarga — várias aplicam-se diretamente aqui.
As quatro rotas comparadas
| Rota | Funciona melhor a | Pontos fortes | Atenção a |
|---|---|---|---|
| Nitrificação–desnitrificação (biológica) | Amónia baixa a moderada | A mais barata de operar; remove o azoto completamente até azoto gasoso | Requer idade de lamas longa, alcalinidade, calor e uma fonte de carbono para a desnitrificação |
| Despojamento por ar | Amónia elevada | Lida com concentrações que a biologia não consegue; rápida e robusta | Requer elevação do pH bem para a faixa alcalina; transfere a amónia para o ar, pelo que o gás de saída tem de ser lavado |
| Cloragem ao ponto de rutura | Amónia baixa, apenas polimento | Rápida, simples, bom ajuste final | Custo químico elevado; produz subprodutos clorados; impraticável com carga elevada |
| Precipitação de estruvite | Amónia elevada com fosfato presente | Recupera um produto fertilizante utilizável | Requer dosagem de magnésio e a proporção correta de fosfato; custo químico |
Em concentração elevada, o padrão económico é geralmente de duas etapas: despojar ou precipitar o grosso, depois deixar a biologia polir o restante. Enviar amónia muito elevada diretamente para uma etapa biológica inibe a biomassa, o que é contraproducente.
Acertar na remoção biológica de azoto
A remoção completa de azoto exige ambas as metades do processo, e a segunda metade é a que as pessoas esquecem:
- Nitrificação (aeróbia) converte a amónia em nitrato. Isto remove a amónia mas deixa o azoto na água como nitrato.
- Desnitrificação (anóxico) converte nitrato em gás nitrogênio, que sai do sistema. Precisa de uma fonte de carbono e devolve aproximadamente metade da alcalinidade consumida pela nitrificação.
Se sua licença limita apenas amônia, a nitrificação sozinha atende. Se limita nitrogênio total, você precisa de ambas. Colocar a zona anóxica primeiro e reciclar nitrato de volta para ela permite que o próprio COD do efluente de entrada sirva como fonte de carbono, o que evita comprar metanol — vale especificar se seu efluente tem COD de sobra.
Um aviso prático: desnitrificação acontecendo onde você não quer — no decantador — eleva o lodo à superfície em grumos com bolhas de gás visíveis, e esse lodo sai com seu efluente. Parece intumescimento, mas precisa do remédio oposto.
O que medir antes de pedir uma proposta
- Concentração de nitrogênio amoniacal e nitrogênio total, se sua licença limitar
- Vazão, com o pico
- Alcalinidade — rotineiramente omitida e frequentemente a restrição real
- Faixa de temperatura ao longo do ano, especialmente a mínima no inverno
- COD, para avaliar se há carbono disponível para desnitrificação
- Fosfato, se a recuperação de estruvita estiver sendo considerada
- O próprio limite de descarga, e se é amônia ou nitrogênio total
O dimensionamento do estágio biológico com base nesses números é abordado em como dimensionar uma estação de tratamento de águas residuais industriais, e o conjunto de equipamentos em equipamentos e sistemas completos de tratamento de águas residuais industriais.
Perguntas frequentes
Por que minha planta passa no COD mas falha na amônia?
As bactérias nitrificantes crescem muito mais lentamente que os organismos que removem COD e precisam de uma idade do lodo maior. Uma planta dimensionada com base no COD pode ter volume e idade do lodo insuficientes para a nitrificação. Verifique primeiro a idade do lodo e a alcalinidade — ambas são gratuitas para verificar.
Por que a remoção de amônia piora no inverno?
As taxas de nitrificação caem acentuadamente com a temperatura, e os nitrificantes são os organismos mais lentos da planta. Um reator que performa no verão pode estar subdimensionado para a mesma carga no inverno. Projete para a mínima do inverno, não para a média anual.
Qual alcalinidade preciso para a nitrificação?
A nitrificação consome alcalinidade enquanto ocorre. Quando a alcalinidade se esgota, o pH cai e o processo estagna. Meça a alcalinidade no reator, não na entrada. Se estiver sendo depletada, a dosagem de álcali restaura o desempenho sem nenhum equipamento novo.
Quando devo usar air stripping em vez de tratamento biológico?
Em concentrações elevadas de amônia, onde a biologia seria inibida. O stripping lida com cargas que a biologia não consegue, mas precisa do pH elevado para a faixa alcalina e o gás de saída deve ser depurado. O padrão usual é fazer stripping da maior parte, depois polir biologicamente.
A remoção de amônia remove o nitrogênio total?
Não. A nitrificação converte a amônia em nitrato, que ainda é nitrogênio na água. Para remover o nitrogênio do sistema, você também precisa de um estágio anóxico de desnitrificação que converte o nitrato em gás nitrogênio. Verifique o que sua licença realmente limita.
Meu lodo flutua para o topo do clarificador em grumos. Por quê?
Geralmente é desnitrificação ocorrendo no clarificador: bolhas de gás nitrogênio se formam e elevam o manto de lodo. Parece com bulking, mas precisa da correção oposta. Procure bolhas de gás nos grumos flutuantes para distingui-los antes de mudar qualquer coisa.
Envie sua concentração de amônia, vazão, faixa de temperatura e limite de descarte e proporemos a rota: solicitar uma proposta de remoção de amônia.