Resposta rápida: Escolha SBR quando houver terreno disponível e a carga oscilar ao longo do dia. Escolha MBBR quando estiver a atualizar um tanque existente e não puder adicionar decantadores. Escolha MBR quando o limite de descarga for rigoroso ou a água for reutilizada, e puder pagar por membranas e pelo ar para as limpar. Os três continuam a produzir lodo residual que tem de ser desidratado.
Os três processos em um parágrafo cada
SBR — reator em batelada sequencial. Um tanque faz tudo em sequência. A ficha informativa da US EPA lista cinco etapas: ocioso, preencher, reagir, estabelecer e desenharAeração, sedimentação e decantação ocorrem no mesmo tanque em momentos diferentes, portanto não há decantador separado nem bombeamento de lodo de retorno. O controle é feito por temporizadores e chaves de nível.
MBBR — reator de biofilme de leito móvel. Um tanque aerado preenchido com pequenos suportes plásticos. As bactérias crescem como um biofilme na superfície interna protegida de cada suporte, de modo que a biomassa permanece no tanque sem qualquer reciclagem de lodo. Os suportes são mantidos no reator por uma peneira na saída. Os sólidos que se desprendem são removidos a jusante, geralmente por um clarificador ou uma unidade DAF.
MBR — reator de membrana biológica. Lodo ativado com o clarificador secundário substituído por membranas de micro ou ultrafiltração, quer submersas no tanque de aeração, quer num fluxo lateral. A ficha informativa da EPA sobre biorreatores de membrana descreve membranas que devem reter partículas de cerca de 1 mícron, razão pela qual o efluente do MBR é essencialmente isento de sólidos suspensos e da maioria das bactérias.
O que cada um faz bem
SBR: flexibilidade em um espaço reduzido
A ficha informativa da EPA atribui aos SBRs a combinação de equalização, clarificação primária, tratamento biológico e clarificação secundária num único tanque, com uma pegada mínima e potenciais poupanças de capital resultantes da eliminação dos clarificadores. Os valores de dimensionamento citados no mesmo documento indicam uma Ciclo de 4 horas para esgoto municipal e de 4 a 24 horas para industrial, com MLSS de 2.000–4.000 mg/L em nível de água baixo.
Como o comprimento do ciclo pode ser alterado a partir do painel de controle, um SBR pode operar desde um curto modo de contato-estabilização de 3,5 horas até um modo de aeração prolongada de 18 a 36 horas. É por isso que ele se adequa a fábricas cuja carga varia por turno ou por estação. A remoção de BOD é tipicamente 85–95%, e os fornecedores citados na ficha técnica garantem BOD e TSS abaixo de 10 mg/L.
MBBR: mais capacidade no mesmo tanque
Os suportes adicionam superfície de biofilme sem aumentar o volume do tanque. O suporte padrão Kaldnes K1 oferece aproximadamente 500 m² de superfície protegida por metro cúbico de suporte, e os reatores normalmente são preenchidos até no máximo cerca de 67–70% do volume do tanque assim, os suportes ainda podem circular (Rusten et al., 2006). Encha um tanque até a metade com suportes e o inventário efetivo de biomassa aumenta várias vezes sem tocar no concreto.
É por isso que o MBBR é a escolha habitual quando uma ETAR existente está sobrecarregada e não há espaço para um segundo tanque de arejamento. Também lida bem com cargas de choque, porque o biofilme está fixo e não pode ser arrastado da forma como os flocos em suspensão podem ser. O preço é que não sedimenta os seus próprios sólidos: continua a ser necessário um clarificador, DAF ou uma etapa de filtração, e a lama que chega à fase de desidratação é mais leve e mais difícil de espessar do que a lama ativada residual convencional.
MBR: a água mais limpa e os tanques menores
A ficha informativa da EPA relata estações de tratamento em escala real que reduzem o BOD de cerca de 150–280 mg/L para 1–2 mg/L, TSS de cerca de 170–250 mg/L para 1–3 mg/Le amônia nitrogenada para abaixo de 0,3 mg/L, com turbidez do efluente média de 0,3 NTU em uma planta da Geórgia. Como as membranas retêm toda a biomassa no reator, o MLSS pode operar muito mais alto do que em uma planta baseada em decantador, o que reduz o volume do tanque e o tempo de retenção hidráulica.
Duas advertências do mesmo documento. O pico de fluxo deve ser mantido em no máximo 1,5–2 vezes a média, porque as membranas não conseguem suportar um golpe hidráulico como um clarificador, por isso geralmente é necessário um tanque de equalização. E o ar de limpeza é significativo: uma estação registrou em média 1.800 kWh por milhão de galões Somente nos sopradores de limpeza de membrana, aproximadamente o dobro do ar que uma planta convencional precisa para aeração. As garantias de membrana citadas variam de 3 a 10 anos.
Comparação lado a lado
| Critério | SBR | MBBR | MBR |
|---|---|---|---|
| Separador de clarificação necessário | Não | Sim (ou DAF) | Não — membranas |
| Pegada | Pequeno | Pequeno; cabe nos tanques existentes | Menor |
| TSS do efluente | <10 mg/L típico | Depende do clarificador | 1–3 mg/L |
| Tolerância a oscilações de carga | Alto (ciclo ajustável) | Alto (biomassa aderida) | Moderado; necessita de equalização |
| Energia | Moderado | Moderado | Mais alto (ar de limpeza da membrana) |
| Consumíveis | Nenhuma | Transportadoras (longa vida) | Membranas, produtos químicos de limpeza |
| Habilidade do operador | Temporizadores e válvulas | Baixo | Alto |
| Melhor opção | Cargas variáveis, locais greenfield | Retrofitagens, atualizações de capacidade | Reutilização, limites rigorosos, sem terra |
Como decidir em quatro perguntas
- O que a licença exige? Se o TSS tiver de ficar abaixo de 5 mg/L, ou se a água for reutilizada para arrefecimento ou reposição de processo, o MBR é o único dos três que atinge esse valor sem um filtro terciário separado.
- Existe um tanque existente? Se sim e estiver sobrecarregado, podem ser adicionados suportes MBBR. A conversão para MBR também é possível, mas implica novas peneiras, membranas e sopradores.
- Quão estável é o fluxo? A produção em lotes, as fábricas sazonais e as unidades alimentares com picos de lavagem favorecem o SBR, porque o ciclo pode ser prolongado quando a carga é elevada e encurtado quando é leve.
- Quem vai administrar isso? Um MBR precisa de alguém que entenda de pressão transmembrana, limpeza química e incrustação. Um MBBR não precisa de quase nada além de verificar as peneiras e a distribuição de ar.
A parte que ninguém coloca no folheto: lodo
Todos os três processos convertem matéria orgânica dissolvida em biomassa, e essa biomassa sai da planta como lodo residual com aproximadamente 0,5–1,2% de sólidos. A ficha do biorreator de membrana da EPA mostra lodo residual com 1–1,2% de sólidos totais; SBR e MBBR são semelhantes ou mais diluídos.
Três coisas diferem entre eles na etapa de desidratação:
- Lodo de MBR é mais antigo e mais mineralizado, o que geralmente ajuda na secagem da torta, mas ocorre com MLSS elevado e pode carregar coloides finos que obstruem o tecido rapidamente. Teste o tecido antes de escolhê-lo.
- Biofilme desprendido do MBBR É leve e frequentemente requer uma dosagem maior de polímero para flocular. Raramente espessa bem apenas por gravidade.
- Lodo residual de SBR comporta-se como lodo ativado residual comum e é o mais fácil dos três de desidratar em um filtro-prensa de câmaras.
Para qualquer um dos três, um filtro-prensa de membrana vai levar o lodo biológico de 1% de sólidos para um bolo de 20–30% em uma única etapa, o que torna os custos de transporte ou aterro gerenciáveis. Para pequenas plantas abaixo de algumas toneladas de sólidos secos por dia, um prensa de parafuso multi-disco é a opção de menor energia.
Relacionado: quanto lodo uma estação de tratamento de efluentes produz, quando você precisa de flotação por ar dissolvido, e Equipamento de tratamento de águas residuais industriais.
Perguntas frequentes
O MBR é melhor que o SBR?
Somente se você precisar da qualidade do efluente. O MBR atinge 1–3 mg/L de TSS e bactérias quase zero, o que o SBR não consegue igualar sem um filtro terciário e desinfecção. O SBR leva vantagem em energia, habilidade do operador e tolerância a picos de vazão, e não tem membranas para substituir.
O MBBR pode substituir uma estação de tratamento de lodos ativados?
Pode assumir a etapa biológica dentro do mesmo tanque, mas ainda precisa de uma etapa de separação de sólidos depois. A maioria das adaptações mantém o decantador existente ou adiciona uma unidade DAF após o reator MBBR.
Que tamanho de planta é adequado para um SBR?
A ficha informativa da EPA observa que os SBRs são tipicamente utilizados em fluxos de 5 milhões de galões por dia (cerca de 19.000 m³/d) ou menos, e que a maioria das instalações está abaixo de 2 MGD. Fluxos maiores geralmente são encaminhados para lodo ativado de fluxo contínuo ou MBR.
Quanto material suporte vai para um tanque MBBR?
Normalmente entre 30% e 67% do volume do reator, e não mais que cerca de 70%, para que os suportes ainda possam ser mantidos em movimento pela aeração. O preenchimento exato é definido a partir da área superficial necessária do biofilme para a carga de projeto.
Por que uma MBR precisa de um tanque de equalização?
Porque o fluxo da membrana é limitado. A ficha informativa da EPA recomenda manter o fluxo de projeto de pico em no máximo 1,5–2 vezes a média; um clarificador tolera um pico, uma membrana não.
Qual dos três produz menos lodo?
MBR, na maioria dos casos, porque opera com uma idade do lodo longa e mais biomassa é consumida pela respiração endógena. A diferença é modesta, e cada um dos três ainda precisa de uma etapa de desidratação antes que o lodo possa ser transportado.
Diga-nos o fluxo, a carga de COD ou BOD, o limite de descarga e se já existe um tanque, e nós diremos qual processo se adequa e dimensionaremos a desidratação de lodo correspondente: Solicitar uma recomendação de processo e dimensionamento.
Referências: US EPA — Ficha Técnica de Gestão de Águas Residuais: Reatores de Membrana (832-F-07-015), US EPA — Ficha Técnica de Tecnologia de Águas Residuais: Reatores em Batelada Sequencial (1999), Rusten B. et al. (2006) — Design and operations of the Kaldnes moving bed biofilm reactors, Aquacultural Engineering 34.
Este artigo faz parte do nosso guia para wastewater sludge dewatering.