Anaeróbico refere-se a processos ou formas de vida que ocorrem ou existem sem oxigénio. No contexto do tratamento industrial da água e das águas residuais, o termo "anaeróbio" refere-se a reacções biológicas em que as substâncias orgânicas são decompostas em condições de ausência de oxigénio. Os processos anaeróbios estão particularmente difundidos no tratamento de águas residuais e no tratamento de resíduos orgânicos, uma vez que aumentam a eficiência do tratamento de águas residuais e, ao mesmo tempo, produzem biogás (principalmente metano) como fonte de energia utilizável.
Índice
Contexto técnico
Nos processos anaeróbios, microrganismos especiais conhecidos como bactérias anaeróbias utilizam aceitadores de electrões alternativos em vez de oxigénio para o seu metabolismo. Estes microrganismos decompõem compostos orgânicos como os hidratos de carbono, as gorduras e as proteínas na ausência de oxigénio. O processo desenrola-se em várias fases:
Hidrólise: Os compostos orgânicos complexos, como as gorduras e as proteínas, são decompostos em moléculas mais simples, como os ácidos gordos, os aminoácidos e os açúcares.
Acidogénese: As moléculas formadas durante a hidrólise são posteriormente convertidas em ácidos orgânicos, álcoois, hidrogénio e dióxido de carbono.
Acetogénese: Os ácidos orgânicos e os álcoois são decompostos pelas bactérias acetogénicas em ácido acético (acetato), hidrogénio e dióxido de carbono.
Metanogénese: Na fase final, as bactérias metanogénicas produzem o produto final metano (CH₄) e dióxido de carbono (CO₂) a partir de ácido acético e hidrogénio.
Este processo em várias fases leva à produção de biogás, que consiste em cerca de 60-70% de metano e pode ser utilizado para energia. Ao mesmo tempo, as impurezas orgânicas são removidas das águas residuais, o que reduz significativamente a carência bioquímica de oxigénio (CBO5) e a carência química de oxigénio (CQO).
Processos anaeróbios na prática
Os processos anaeróbios são particularmente comuns no tratamento de águas residuais altamente contaminadas organicamente e de resíduos orgânicos em várias indústrias. As aplicações mais importantes incluem
1. tratamento anaeróbio de águas residuais
Os reactores anaeróbios são frequentemente utilizados nas indústrias alimentares e de bebidas, nas fábricas de lacticínios, nas fábricas de papel e nas centrais de biogás para decompor as substâncias orgânicas presentes nas águas residuais e, simultaneamente, gerar energia sob a forma de biogás. Os reactores típicos para processos anaeróbios são
Reactores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket):
O reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) é uma tecnologia de reactores anaeróbios caracterizada por um tratamento eficiente das águas residuais e pela produção de biogás. As águas residuais fluem num princípio de contra-corrente do fundo para o topo do reator, onde encontram uma camada de lamas constituída por microrganismos anaeróbios granulados. Estes microrganismos decompõem as substâncias orgânicas das águas residuais em condições anaeróbias e produzem biogás, que consiste principalmente em metano e dióxido de carbono.
Especificações técnicas:
- Direção do fluxo: De baixo para cima (fluxo ascendente)
- Tempo de permanência hidráulica: tipicamente entre 6 e 12 horas
- Taxa de carga orgânica: Até 10 kg CQO/m³-d
- Gama de temperaturas: Pode ser utilizado em áreas mesofílicas (30-40°C) e termofílicas (50-60°C)
- Produção de gás: 0,25 a 0,35 m³ de biogás por kg de CQO degradada
Foto: Representação esquemática do reator ALMA BIO UASB
Reactores EGSB (Expanded Granular Sludge Bed):
O reator EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) é um desenvolvimento do reator UASB e caracteriza-se por um caudal mais elevado e uma melhor mistura. No reator EGSB, a água residual é canalizada através da camada de lamas granuladas a uma velocidade superior, o que reduz o tempo de retenção hidráulica e aumenta a carga orgânica. Esta melhor circulação do fluido e expansão do leito de lamas torna o reator mais eficiente, especialmente para águas residuais com uma carga orgânica muito elevada.
Especificações técnicas:
- Direção do fluxo: De baixo para cima, semelhante ao reator UASB, mas com uma velocidade de fluxo mais elevada.
- Tempo de retenção hidráulica: Tipicamente entre 1 e 6 horas, dependendo da composição da água residual.
- Taxa de carga orgânica: Até 30 kg CQO/m³-d
- Altura do reator: Os reactores EGSB são normalmente mais altos do que os reactores UASB, o que permite uma melhor separação das lamas e das águas residuais.
- Produção de gás: semelhante à do reator UASB, com uma produção de gás de cerca de 0,3 a 0,35 m³ de biogás por kg de CQO degradada.
Foto: Representação esquemática do reator ALMA BHU BIO EGSB
Reactores de mistura de gases:
- No nosso ALMA BHU GMR (reator de mistura de gases), as águas residuais são tratadas eficazmente em condições anaeróbias, tendo o reator sido especialmente desenvolvido para águas residuais com elevadas concentrações de cálcio. A tecnologia avançada de mistura de gases do ALMA BHU GMR assegura uma mistura óptima dos gases de reação nas águas residuais, o que melhora consideravelmente a degradação biológica e a precipitação do cálcio.O reator oferece uma solução particularmente eficiente para águas residuais que são difíceis de tratar devido ao seu elevado teor de cálcio. Não só reduz a carga orgânica das águas residuais, como também permite uma precipitação de cálcio direcionada, o que evita depósitos nos sistemas a jusante. Isto assegura um funcionamento estável e reduz significativamente os custos de manutenção. A ALMA BHU GMR da ALMA BHU é, por conseguinte, ideal para aplicações industriais em que as elevadas concentrações de cálcio nas águas residuais constituem um desafio fundamental.
Foto: Fotos do nosso reator anaeróbio de mistura de gases ALMA BHU GMR
2. estabilização das lamas
Nas estações de tratamento de águas residuais municipais e industriais, as lamas de depuração produzidas são estabilizadas em digestores anaeróbios. Aqui, os compostos orgânicos presentes nas lamas são decompostos em condições de ausência de oxigénio, reduzindo o teor de sólidos das lamas e produzindo biogás. Este processo ajuda a gerar energia e a reduzir o volume de lamas, o que diminui os custos de eliminação.
Vantagens dos processos anaeróbios
Elevada eficiência energética:
- Ao gerar biogás, o tratamento anaeróbio de águas residuais pode cobrir uma grande parte das necessidades energéticas de uma instalação ou mesmo produzir energia excedentária.
Menor necessidade de oxigénio:
- Como os processos anaeróbios não necessitam de oxigénio, são particularmente vantajosos em áreas onde a energia necessária para o arejamento em processos aeróbios é elevada.
Redução das lamas:
- Em comparação com os processos aeróbios, os sistemas anaeróbios produzem menos lamas em excesso, o que reduz os custos de tratamento e eliminação das lamas.
Degradação de compostos orgânicos pouco degradáveis:
- Os microrganismos anaeróbios são também capazes de utilizar substâncias orgânicas difíceis de decompor, o que torna estes processos particularmente valiosos em certos resíduos industriais.
Desafios dos processos anaeróbios
Tempos de resposta mais longos:
- Os processos anaeróbios são frequentemente mais lentos do que os processos aeróbios, o que pode levar a tempos de residência mais longos e a volumes de reator maiores.
Sensibilidade a substâncias tóxicas:
- Os microrganismos anaeróbios são mais sensíveis às substâncias tóxicas presentes nas águas residuais, o que pode levar a perturbações no processo. Isto requer uma monitorização e um controlo cuidadosos das concentrações de alimentação.
Conclusão
Os processos anaeróbios são um método eficiente e amigo do ambiente para reduzir a poluição orgânica e gerar energia no tratamento de águas industriais e de águas residuais. Ao utilizar tecnologias anaeróbias, as indústrias podem não só reduzir os custos de tratamento de águas residuais, mas também contribuir para a sustentabilidade, utilizando o biogás como uma fonte de energia renovável. A aplicação em reactores anaeróbios como o UASB, EGSB ou em reactores mistos de gás torna estes processos particularmente adequados para águas residuais com um elevado teor orgânico.
