Um fermentador é um sistema técnico para a realização de processos biológicos em que microrganismos, enzimas ou células decompõem, convertem ou sintetizam substâncias. No tratamento industrial de água e de águas residuais, os fermentadores são utilizados principalmente para o tratamento anaeróbico de águas residuais organicamente contaminadas. São utilizados para estabilizar as lamas ou para produzir biogás a partir de substratos orgânicos.

Contexto técnico

O fermentador cria condições óptimas para os microrganismos que assumem o processo de biodegradação. Estas condições incluem

  • Controlo da temperatura: fermentação mesófila (30-40 °C) ou termofílica (50-60 °C).
  • Controlo do pH: Maioritariamente neutro (6,5-7,5) para maximizar a atividade dos microrganismos.
  • Sistemas de mistura: Para distribuir uniformemente os substratos e assegurar o contacto com os microrganismos.
  • Gestão do gás: extração e armazenamento de biogás (metano e dióxido de carbono).

Estrutura e componentes

Um fermentador típico é constituído pelos seguintes componentes principais:

  • Vasos de reação: Fabricados em aço ou betão, frequentemente com isolamento térmico.
  • Agitadores ou sistemas de gaseificação: Para misturar o substrato e evitar depósitos.
  • Sistemas de aquecimento: Para controlo da temperatura.
  • Tecnologia de medição e controlo: Para pH, temperatura, potencial redox e rendimento de gás.
  • Tratamento do gás: Para dessulfuração e secagem do biogás produzido.

Aplicação no tratamento de águas residuais

Os fermentadores são utilizados em vários sectores industriais:

  1. Tratamento anaeróbio de águas residuaisAs substâncias orgânicas são convertidas em biogás na ausência de oxigénio. Exemplos:

    • Indústria alimentar: Degradação de resíduos orgânicos provenientes de fábricas de lacticínios ou de cerveja.
    • Indústria química: Tratamento de águas residuais altamente contaminadas com carência química de oxigénio (COD) na ordem dos 10.000 mg/l e mais.

  2. Estabilização de lamas: Para reduzir o volume e desgaseificar as lamas de depuração nas estações de tratamento de águas residuais.

  3. Centrais de biogás: Utilização de substratos agrícolas (estrume líquido, resíduos vegetais) e resíduos orgânicos para produzir energia.

Tipos de fermentadores

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
ALMA BIO UASB para a produção de biogás a partir de águas residuais biodegradáveis

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 maior caudal 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 de fluidos 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.
ALMA BHU BIO EGSB para a digestão anaeróbia de águas residuais com elevada carga orgânica

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.
Produção de biogás no processamento de vegetais com a ALMA BHU GMR

Foto: Fotos do nosso reator anaeróbio de mistura de gases ALMA BHU GMR

Vantagens da utilização de fermentadores

  • Elevada capacidade de degradação: os digestores podem degradar até 80-90 % da carga orgânica.
  • Produção de energia: O biogás produzido pode ser utilizado para cobrir as suas próprias necessidades energéticas ou para alimentar a rede de gás.
  • Redução do volume de lamas: Poupa custos no tratamento e eliminação de lamas.

Os desafios

  • Controlo complexo: O controlo do processo requer uma regulação precisa de parâmetros como a temperatura, o valor do pH e a alimentação do substrato.
  • Sensibilidade dos microrganismos: As perturbações no substrato ou nos parâmetros ambientais podem levar a instabilidades no processo.
  • Corrosão: A natureza agressiva do biogás exige a utilização de materiais resistentes à corrosão.

Conclusão

Os fermentadores são componentes essenciais para o tratamento sustentável das águas residuais e para a produção de energia. Com soluções inovadoras como o ALMA BHU GMR, o ALMA BHU EGSB e o ALMA BIO UASB, a ALMAWATECH apoia as indústrias a atingirem os seus objectivos ambientais e a trabalharem economicamente ao mesmo tempo.

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