A carga de nutrientes é um termo-chave no tratamento da água e das águas residuais e descreve a quantidade de nutrientes dissolvidos, em particular o azoto (N) e o fósforo (P), que são transportados num ciclo da água ou num sistema de águas residuais. Este parâmetro reveste-se de particular importância, uma vez que os nutrientes são essenciais para os processos biológicos nas estações de tratamento de águas residuais, mas concentrações excessivas podem também conduzir a problemas ambientais, como a eutrofização e a deterioração da qualidade da água.
A determinação e o controlo precisos da carga de nutrientes são essenciais para a conceção e o funcionamento das estações de tratamento de águas. Influencia a eficiência dos sistemas de tratamento biológico, o cumprimento dos limites legais e a sustentabilidade dos ciclos da água.
A carga de nutrientes é definida como a quantidade total de um nutriente específico que é transportado através de um sistema num determinado período de tempo. É normalmente expressa em quilogramas por dia (kg/d).
Índice
Importância da carga de nutrientes na prática
A carga de nutrientes é um parâmetro crítico em vários domínios do tratamento de águas industriais e de águas residuais:
1. tratamento biológico de águas residuais
- Nutrientes como o azoto e o fósforo são essenciais para o crescimento e a atividade dos microrganismos que decompõem os poluentes em sistemas biológicos (por exemplo, lamas activadas).
- A rácio equilibrado de nutrientes (C:N:P) é crucial para uma purificação biológica estável.
- Relação óptima: 100:5:1 (carbono:azoto:fósforo).
- O carbono (C) é representado pela CQO.
2. eutrofização e proteção do ambiente
- O excesso de nutrientes nas massas de água leva à eutrofização, um crescimento excessivo de algas e microrganismos.
- Este processo remove o oxigénio da água e põe em perigo os ecossistemas aquáticos.
- Devem ser cumpridos os limites legais para as concentrações de nutrientes (por exemplo, azoto total e fósforo total) nas águas residuais.
3. tratamento de águas de processo
- Em circuitos fechados de água, como na indústria alimentar ou química, uma carga excessiva de nutrientes pode levar à bioincrustação, que prejudica a eficiência de sistemas como permutadores de calor ou sistemas de osmose inversa.
Foto: A nossa instalação de lamas activadas biológicas ALMA BHU BIO
Tipos de nutrientes e sua importância
A carga de nutrientes compreende várias formas químicas com propriedades e efeitos específicos:
1. azoto (N)
Amónio (NH₄⁺):
- Forma principal em sistemas anaeróbios e com baixo teor de oxigénio.
- Pode ser tóxico para os organismos aquáticos se a concentração for demasiado elevada.
Nitrato (NO₃-):
- Forma oxidada formada em sistemas nitrificantes.
- Principal responsável pela eutrofização das massas de água.
Azoto orgânico:
- Ligado a proteínas e aminoácidos.
- Deve ser convertido em amónio por processos hidrolíticos.
2. O fósforo (P)
Ortofosfato (PO₄³-):
- Forma biologicamente disponível que pode ser utilizada diretamente pelos microrganismos.
- Importante para a estrutura celular e para o fornecimento de energia (ATP).
Fósforo em partículas:
- Forma ligada em partículas que podem ser removidas por processos químicos ou físicos.
Tecnologias de controlo e redução da carga de nutrientes
O controlo da carga de nutrientes requer tecnologias específicas que sejam adaptadas às respectivas exigências e desafios.
1. remoção de azoto
Nitrificação e desnitrificação:
Nitrificação:
- Oxidação do amónio em nitrito (NO₂-) e posteriormente em nitrato (NO₃-) por bactérias nitrificantes (por exemplo, Nitrosomonas e Nitrobacter).
- Requer condições aeróbicas (fornecimento de oxigénio).
Desnitrificação:
- Redução de nitrato a azoto gasoso (N₂) em condições anóxicas.
- é necessária uma fonte de carbono (por exemplo, metanol ou ácido acético).
Remoção de amoníaco:
- Remoção de amónio por sopragem com ar ou vapor a um valor de pH aumentado.
Foto: Pós-tratamento das águas residuais da nossa unidade de biogás com recirculação de biomassa, nitrificação e desnitrificação
2. Remoção de fósforo
- Adição de precipitantes como o cloreto de ferro (III), o sulfato de alumínio ou a cal.
- Ligação do fósforo a sais insolúveis (por exemplo, fosfato de ferro), que podem ser sedimentados ou filtrados.
Remoção biológica de fósforo:
- Utilização de organismos acumuladores de polifosfatos (PAO) que absorvem o fósforo nas suas células.
- É necessária uma mudança cíclica entre condições aeróbias e anaeróbias.
3. processos baseados em membranas
- Remoção de nutrientes dissolvidos por separação física.
Nanofiltração (NF):
- Remoção selectiva de iões divalentes como o fosfato.
4. biofiltração
- Utilização de filtros bioactivos que reduzem os nutrientes através de processos biológicos e de adsorção.
- Ideal para a fase de polimento após o tratamento biológico.
Foto: O nosso sistema de biofiltração ALMA BioFil Compact com nitrificação e desnitrificação
Desafios no controlo da carga de nutrientes
Cargas flutuantes:
- Os picos de produção e os ciclos de limpeza conduzem a flutuações na carga de nutrientes.
- Solução: Utilização de tanques de amortecimento e de mistura.
Desequilíbrio de nutrientes:
- A distribuição desigual de carbono, azoto e fósforo pode prejudicar a biodegradação.
- Solução: Dosagem de fontes externas de carbono ou precipitação química.
Custos:
- Os precipitantes e a necessidade de energia para o arejamento aumentam os custos de funcionamento.
- Solução: Integração de tecnologias eficientes do ponto de vista energético, como o tratamento anaeróbio.
Conclusão
A carga de nutrientes é um parâmetro fundamental para o planeamento, controlo e otimização das estações de tratamento de água e de águas residuais. O seu controlo é crucial para cumprir os requisitos legais, estabilizar os processos biológicos e minimizar o impacto ambiental. As tecnologias modernas, como a biofiltração, os processos de membrana e a precipitação química, oferecem soluções eficazes para a redução do azoto e do fósforo. Uma boa compreensão da carga de nutrientes não só permite o funcionamento eficiente das estações de tratamento de águas residuais, como também contribui para a sustentabilidade e a conservação dos recursos.
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