Um reator de biofilme de leito móvel (MBBR) é uma tecnologia moderna para o tratamento biológico da água e das águas residuais baseada na utilização de biofilmes. No reator são utilizados materiais de suporte especialmente desenvolvidos, sobre os quais os microrganismos colonizam e formam biofilmes. Estes biofilmes são responsáveis pela degradação de substâncias orgânicas e inorgânicas.
O reator de leito flutuante caracteriza-se pela sua elevada eficiência, design compacto e flexibilidade e é utilizado no tratamento de águas municipais e industriais e de águas residuais.
Índice
Construção de um reator de leito flutuante
Um reator de leito flutuante é constituído pelos seguintes componentes principais
cuba do reator:
- Feitos de betão ou aço, frequentemente cilíndricos ou rectangulares.
- O tamanho e a forma dependem da aplicação e da carga pretendidas.
Material de suporte:
- Suportes de plástico especialmente moldados com uma grande superfície específica (500-1500 m²/m³), que servem de superfície de colonização para os microrganismos.
- Material: Polietileno (PE) ou polipropileno (PP).
- Propriedades:
- Flutuante devido ao facto de a sua densidade ser inferior à da água.
- Elevada resistência química e mecânica.
Sistema de ventilação:
- Difusores de bolhas finas ou aeradores fornecem oxigénio, necessário para a degradação aeróbica, e mantêm os transportadores em movimento.
Sistema de retenção:
- As concepções de crivos ou dispositivos especiais de retenção garantem que os transportadores permanecem no reator enquanto a água purificada sai do sistema.
Controlo e monitorização:
- Os sensores medem parâmetros importantes, como o teor de oxigénio, o valor do pH, o amónio, o nitrato e a temperatura, a fim de otimizar o funcionamento.
Funcionalidade
O reator de leito suspenso funciona com base no princípio da formação de biofilmes e da degradação de poluentes por microrganismos:
Formação de biofilme:
- Os microrganismos colonizam a superfície do material de suporte e formam biofilmes. Estes são constituídos por uma mistura de bactérias aeróbias e anaeróbias facultativas, bem como por fungos e protozoários.
Mistura:
- O material de transporte é mantido em constante movimento pelo arejamento ou por uma bomba de fluxo, o que assegura uma distribuição uniforme dos microrganismos e das águas residuais.
Processos de degradação:
- Degradação aeróbia:
- As substâncias orgânicas (CBO/COD) são oxidadas a dióxido de carbono e água por microrganismos que utilizam oxigénio.
- Nitrificação:
- Amónio (NH4+) é convertido pelas bactérias nitrificantes em nitrito (NO2-) e depois em nitrato (NO3-) é convertido.
- Desnitrificação:
- Em condições anóxicas, o nitrato é convertido por microrganismos heterotróficos em azoto gasoso (N2) por microrganismos heterotróficos.
- Degradação aeróbia:
Autolimpeza do biofilme:
- O excesso de componentes do biofilme é cortado pelo movimento constante dos transportadores e descarregado com as águas residuais, permitindo que o sistema se auto-regularize.
Foto: A nossa instalação ALMA BIO MBBR em contentor
Contexto técnico
materiais de transporte:
- A conceção dos transportadores influencia a eficiência do sistema:
- Elevada área de superfície específica para o crescimento de biofilme.
- Tamanho ótimo dos poros para evitar o entupimento.
- Exemplo: tipo de carroçaria K1 ou viga MBBR com estrutura lamelar.
- A conceção dos transportadores influencia a eficiência do sistema:
Hidráulica:
- O reator de leito flutuante funciona com um fluxo contínuo, o que garante uma carga uniforme.
- Tempo de permanência hidráulico típico: 2-6 horas, dependendo da carga e dos parâmetros do objetivo.
Ventilação:
- A entrada de oxigénio é crucial para a degradação aeróbica. O arejamento por bolhas finas assegura um elevado coeficiente de transferência de oxigénio e reduz o consumo de energia.
Carga de lamas:
- Em comparação com os processos de lamas activadas, o reator de leito móvel funciona com uma concentração específica de biomassa mais elevada, uma vez que o biofilme está altamente concentrado nos suportes.
Domínios de aplicação
1. tratamento de águas residuais municipais
- Complemento ou substituição de processos de lamas activadas em estações de tratamento de águas residuais.
- Ideal para sistemas com restrições de espaço ou expansão de capacidade.
- Combinação com filtros de areia a jusante ou sistemas de membrana para purificação adicional da água.
2. tratamento de águas residuais industriais
- Indústria alimentar:
- Tratamento de águas residuais organicamente contaminadas, por exemplo, de fábricas de lacticínios ou de cerveja.
- Indústria química:
- Remoção de substâncias tóxicas e degradação de compostos orgânicos pouco degradáveis.
- Petroquímica:
- Tratamento de águas residuais oleosas e ricas em azoto.
3. reciclagem da água
- Utilização em circuitos fechados de água para a reutilização de água de processo.
- Combinação com osmose inversa para a produção de água ultrapura.
Vantagens do reator de leito flutuante
Alta eficiência:
- A elevada concentração específica de biomassa significa que mesmo as águas residuais altamente contaminadas podem ser tratadas eficazmente.
Design compacto:
- Em comparação com os processos de lamas activadas, o reator de leito móvel requer menos espaço, uma vez que não são necessários clarificadores secundários separados.
Autorregulação:
- Ajuste automático da concentração de biomassa através da auto-limpeza do biofilme.
Flexibilidade:
- Fácil integração em sistemas existentes ou modificação para expandir a capacidade.
Baixa sensibilidade:
- Estável face às flutuações de carga hidráulica e orgânica.
Manutenção reduzida:
- Não há partes móveis no interior do reator, o que minimiza os requisitos de manutenção.
Desafios e otimização
Formação de biofilme:
- A inicialização do biofilme pode demorar várias semanas, mas requer um controlo cuidadoso dos parâmetros operacionais.
Perdas da transportadora:
- O desgaste mecânico ou sistemas de retenção inadequados podem levar à perda de material de suporte.
Consumo de energia:
- A aeração pode ser responsável por uma proporção significativa do consumo de energia. A otimização da eficiência da transferência de oxigénio é crucial.
Limitação de nutrientes:
- Nas águas residuais com uma baixa concentração de azoto ou fósforo, é necessário adicionar nutrientes para promover o crescimento do biofilme.
Conclusão
O reator de leito flutuante (MBBR) é uma tecnologia altamente eficiente e flexível para o tratamento biológico de águas residuais. Através da utilização de materiais de suporte e da combinação de processos de biofilme e de fluxo, o MBBR atinge um elevado desempenho de purificação num espaço reduzido. O reator de leito flutuante oferece uma solução económica e sustentável, particularmente para o tratamento de águas residuais industriais e para a expansão da capacidade das estações de tratamento de águas residuais. A sua robustez face às flutuações de carga e a possibilidade de expansão modular fazem dele uma das tecnologias mais preparadas para o futuro no domínio da água e das águas residuais.
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