O tempo de retenção é um parâmetro fundamental no tratamento de águas industriais e de águas residuais. Descreve o período de tempo que um meio - por exemplo, água ou águas residuais - permanece num processo ou sistema de tratamento específico. O tempo de residência é decisivo para a eficiência dos processos químicos, físicos e biológicos, uma vez que influencia diretamente o tempo de reação, o tempo de contacto com substâncias activas ou a eficiência da sedimentação.
Na prática, o tempo de retenção é frequentemente referido como tempo de retenção hidráulica (HRT) e desempenha um papel decisivo na conceção de reactores, tanques de sedimentação, módulos de membranas e outros sistemas técnicos.
Índice
Definição e cálculo do tempo de permanência
O tempo de permanência t é calculado a partir do rácio do volume de um sistema V para o caudal volúmico :
- tTempo de espera (em horas, minutos ou segundos)
- VVolume do reator, tanque ou sistema (em metros cúbicos), m3)
- QFluxo volúmico do meio (em metros cúbicos por hora), m3/h)
Factores que influenciam o tempo de permanência:
Conceção do sistema:
- Geometria e dimensão do reator ou tanque.
- Instalações como agitadores ou pacotes de lamelas.
Parâmetros de funcionamento:
- Caudal e condições de entrada.
- Variabilidade do fluxo de águas residuais ou do abastecimento de água bruta.
Tipo de processo:
- As reacções químicas, a sedimentação ou os processos de degradação biológica exigem tempos de retenção diferentes.
Importância do tempo de retenção na tecnologia da água e das águas residuais
1. processos químicos
Precipitação e floculação (sistemas CP)
O tempo de retenção é de importância central na precipitação química e subsequente floculação em sistemas de PC. Ambos os processos servem para converter os poluentes dissolvidos ou coloidais em partículas sólidas, que podem depois ser removidas por sedimentação ou filtração.
Formação e estabilidade dos flocos:
A precipitação química, por exemplo de metais pesados ou fosfatos, requer um tempo de contacto suficiente com os precipitantes (por exemplo, sais de ferro ou alumínio) para formar compostos insolúveis. Subsequentemente, os floculantesfazem com que as partículas formadas se agreguem em flocos maiores que podem facilmente sedimentar.- Se o tempo de residência for demasiado curto: a formação de flocos permanece incompleta, o que reduz a eficiência da sedimentação e resulta num efluente turvo.
Mistura óptima:
A distribuição uniforme dos produtos químicos no reator é essencial. Os agitadores e misturadores estáticos asseguram que os precipitantes e floculantes têm tempo suficiente para atuar.
Neutralização
A neutralização é utilizada para ajustar o valor do pH a um intervalo específico que é necessário para processos subsequentes, como a precipitação, processos de degradação biológica ou descarga no sistema público de esgotos.
Tempo de contacto com ácidos ou bases:
Para ajustar uniformemente o valor do pH do meio, o ácido ou a base deve ter tempo suficiente para se misturar completamente com a água ou com as águas residuais.Influência do tempo de residência na uniformidade da reação:
- Se os tempos de permanência forem demasiado curtos, isto leva a flutuações de pH que podem prejudicar os processos subsequentes.
- Um tempo de permanência mais longo permite uma distribuição uniforme do pH e evita a sobredosagem localizada de produtos químicos.
Foto: O nosso sistema CP ALMA CHEM MCW para a remoção de metais pesados, AOX, hidrocarbonetos e cianeto
2. processos físicos
Sedimentação
A sedimentação é um processo físico em que os sólidos são removidos do líquido por gravidade. É efectuada em tanques de sedimentação, clarificadores de lamelas ou tanques de sedimentação.
Tamanho das partículas e velocidade de sedimentação:
O tempo de permanência deve ser suficiente para que as partículas com diferentes velocidades de sedimentação tenham tempo de se depositar no fundo do tanque.- As partículas finas requerem um tempo de permanência mais longo, uma vez que a sua velocidade de afundamento é menor.
- Os clarificadores de lamelas podem aumentar o tempo de retenção efetivo através do aumento da área de sedimentação.
Se o tempo de retenção for demasiado curto:
Os sólidos em suspensão permanecem na água e aumentam a turvação do efluente, o que exige um tratamento adicional.
Tratamento UV
O tempo de permanência desempenha um papel importante no tratamento UV, que é frequentemente utilizado para desinfetar a água.
Tempo de contacto com a radiação UV:
Os microrganismos, tais como bactérias, vírus e parasitas, são inactivados pela exposição à luz UV. O tempo de permanência na câmara de UV é crucial para garantir uma dose suficiente de radiação UV.Influência do tempo de permanência:
- Se o tempo de permanência for demasiado curto, a dose de radiação é insuficiente, o que impede a desinfeção completa.
- Os tempos de retenção ideais garantem a inativação completa dos organismos patogénicos e uma elevada qualidade da água.
Foto: O nosso tanque de sedimentação com raspador circular e retorno da biomassa à fase de tratamento anaeróbio (processo: ALMA BHU GMR)
3. processos biológicos
Processo de lamas activadas
O processo de lamas activadas é um processo aeróbio em que os microrganismos decompõem as substâncias orgânicas. O tempo de retenção é um fator chave para o desempenho da degradação e para a estabilidade do sistema.
Tempo de contacto entre os microrganismos e os substratos:
O tempo de residência determina o tempo que os microrganismos têm para decompor as substâncias orgânicas.Se o tempo de retenção for demasiado curto:
As substâncias orgânicas não são completamente degradadas, o que leva a um aumento das cargas de CQO e CBO no efluente.Otimização do tempo de retenção:
A conceção cuidadosa do tanque de arejamento garante que a decomposição das cargas orgânicas ocorre de forma eficiente e que, ao mesmo tempo, se poupa energia para o arejamento.
Reactores anaeróbios
Nos processos de tratamento anaeróbio, como os sistemas UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), a matéria orgânica é decomposta em metano e dióxido de carbono na ausência de oxigénio. O tempo de retenção é decisivo para a eficiência deste processo.
Produção de metano:
Os microrganismos necessitam de um certo tempo de permanência para decompor completamente as substâncias orgânicas e produzir metano.Se o tempo de retenção for insuficiente:
As substâncias orgânicas permanecem nas águas residuais e o rendimento em metano diminui, o que reduz a eficiência energética do sistema.
Biofiltração
A biofiltração é outro processo biológico que utiliza o tempo de retenção para a decomposição de substâncias orgânicas e a remoção de poluentes.
Como funciona:
Nos sistemas de biofiltração, os microrganismos são colonizados num material de suporte através do qual a água flui. O tempo de retenção determina o tempo que a água permanece em contacto com os microrganismos.Influência do tempo de permanência:
- Um tempo de retenção mais longo permite a decomposição completa das substâncias orgânicas e a remoção de poluentes como o amónio ou os nitratos.
- Tempos de espera demasiado curtos levam a um desempenho de limpeza insuficiente.
Vantagens da biofiltração:
Graças à elevada densidade de microrganismos e à sua conceção compacta, os sistemas de biofiltração podem funcionar eficazmente mesmo em espaços limitados.
Foto: O nosso sistema de biofiltração ALMA BHU BioFil para remover a contaminação orgânica residual antes do tratamento em sistemas de osmose inversa (WaterReUse)
Otimização do tempo de permanência
Um tempo de permanência optimizado garante a eficiência e a rentabilidade do processo de tratamento. Por favor, tenha em atenção
Hidráulica e condições de escoamento:
- Evitar espaços mortos ou fluxos de curto-circuito, que podem reduzir o tempo de permanência efetivo.
Dimensão e capacidade das instalações:
- O dimensionamento dos reactores ou reservatórios deve ser adaptado aos fluxos volumétricos previstos.
Automatização e monitorização:
- A tecnologia de sensores e o controlo do processo permitem o ajuste contínuo do tempo de permanência às condições de alimentação flutuantes.
Combinações de processos:
- A combinação de processos físicos, químicos e biológicos pode reduzir o tempo de permanência necessário em fases individuais do processo.
Foto: A nossa central de biogás anaeróbio ALMA BHU GMR para a produção de energia a partir de águas residuais
Os desafios
Condições de entrada variáveis:
- Fluxos volumétricos ou concentrações flutuantes podem influenciar fortemente o tempo de residência efetivo.
Dimensionamento insuficiente:
- Uma conceção incorrecta conduz a uma sobrecarga do sistema ou a um funcionamento ineficaz.
Correntes de curto-circuito:
- Padrões de fluxo desfavoráveis podem encurtar o tempo de permanência efetivo.
Conclusão
O tempo de retenção é um parâmetro fundamental no tratamento de água e de águas residuais que determina a eficiência e a eficácia de um processo. Das estações de tratamento de PC aos sistemas de tratamento biológico, o dimensionamento e o controlo ideais do tempo de retenção desempenham um papel central no cumprimento dos requisitos legais e na operação económica.
Com a moderna tecnologia de sensores, um planeamento cuidadoso e uma otimização regular dos processos, as empresas podem assegurar que os seus sistemas mantêm o tempo de retenção necessário e garantir um tratamento fiável e sustentável da água e das águas residuais.
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