O tratamento biológico das águas residuais é um processo fundamental para a purificação das águas residuais industriais e municipais. Utiliza os processos metabólicos naturais dos microorganismos para remover compostos orgânicos, nutrientes e poluentes das águas residuais. Os processos biológicos utilizados baseiam-se na capacidade das bactérias, fungos e outros microrganismos para decompor substâncias orgânicas e convertê-las em produtos finais inofensivos, como o dióxido de carbono (CO₂), água (H₂O) e biomassa. Isto ocorre em condições aeróbias ou anaeróbias, dependendo do tipo de água residual a ser tratada e do processo selecionado.
Índice
Fundamentos técnicos
Na prática industrial, o tratamento biológico das águas residuais é efectuado em vários tipos de reactores que optimizam a degradação biológica. Os processos mais comuns são
1. tratamento biológico aeróbio de águas residuais
- Neste processo, os microrganismos são utilizados num ambiente rico em oxigénio para decompor os compostos orgânicos em dióxido de carbono, água e biomassa. Os processos mais comuns incluem o processo de processo de lamas activadasprocessos de biofilme (por exemplo, filtros de gotejamento e reactores de leito fixo) e bioreactores de membrana (MBR).
Processo de lamas activadas:
- Nos tanques de lamas activadas, as águas residuais são misturadas com lamas activas que contêm um grande número de microrganismos. Os microrganismos decompõem a carga orgânica enquanto o ar ou o oxigénio é insuflado para assegurar o fornecimento de oxigénio necessário.
Foto: Tanque de arejamento com desnitrificação e nitrificação para águas residuais da indústria alimentar (processo: ALMA BHU BIO)
Bioreactores de membrana (MBR):
- Uma combinação da tecnologia clássica das lamas activadas e da filtração por membranas. Estes sistemas oferecem a vantagem de uma eficiência muito elevada na separação de microrganismos e água purificada, o que é particularmente importante na reutilização da água (reciclagem de água).
Foto: Biorreactor de membrana compacto de conceção modular(ALMA BIO MBR)
2. tratamento biológico anaeróbio de águas residuais
- No tratamento anaeróbio, os microrganismos trabalham na ausência de oxigénio. Este processo é particularmente adequado para águas residuais com uma elevada carga orgânica, por exemplo, da indústria alimentar ou da indústria química. Os produtos destes processos incluem metano, dióxido de carbono e amoníaco. Os processos anaeróbios são eficientes em termos energéticos, uma vez que não requerem a introdução de oxigénio e também geram biogás como fonte de energia.
- Um processo frequentemente utilizado é o digestor anaeróbio de lamas ou o reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), no qual as substâncias orgânicas são decompostas por uma lama anaeróbia granulada.
Foto: Tratamento anaeróbico no reator de biogás ALMA BHU GMR
Relevância na prática
O tratamento biológico de águas residuais é um processo rentável e amigo do ambiente para a remoção de matéria orgânica, nutrientes (como o azoto e o fósforo) e poluentes. É utilizado numa vasta gama de indústrias, incluindo
- Indústria alimentar e de bebidas: Esta indústria produz grandes quantidades de águas residuais contaminadas organicamente que podem ser tratadas eficazmente através de processos biológicos.
- Indústria química: O tratamento biológico é utilizado aqui para decompor solventes orgânicos, tensioactivos e outros compostos.
- Indústria da pasta e do papel: Esta indústria produz águas residuais com elevadas concentrações de substâncias orgânicas e nutrientes que necessitam de ser biodegradados.
Processos e mecanismos
Degradação orgânica: A degradação de substâncias orgânicas por microrganismos ocorre através da absorção dos compostos como nutrientes. Os microrganismos convertem compostos orgânicos complexos em moléculas mais simples, que são depois decompostas em dióxido de carbono, água e biomassa.
Remoção de azoto (nitrificação e desnitrificação):
- Nitrificação: O amónio (NH₄⁺) contido nas águas residuais é primeiro convertido em nitrito (NO₂-) e depois em nitrato (NO₃-) em condições aeróbias por bactérias nitrificantes.
- Desnitrificação: Em condições anaeróbias, as bactérias desnitrificantes reduzem o nitrato a azoto gasoso (N₂), que escapa para a atmosfera como um gás inofensivo.
Eliminação de fósforo: O teor de fósforo nas águas residuais pode ser reduzido através da eliminação biológica de fosfatos. Certos microrganismos armazenam o fósforo nas suas células sob a forma de polifosfatos, que são depois removidos do sistema sob a forma de lamas.
Desafios e otimização
Embora o tratamento biológico de águas residuais ofereça muitas vantagens, existem também desafios que devem ser tidos em conta na prática industrial:
Concentrações elevadas de substâncias tóxicas: Algumas águas residuais industriais contêm substâncias tóxicas (por exemplo, metais pesados, fenóis ou compostos clorados) que inibem a atividade dos microrganismos. Nesses casos, devem ser utilizadas fases adicionais de pré-tratamento, como a precipitação química, a oxidação (por exemplo, o processo Fenton) ou processos de membrana (por exemplo, osmose inversa), para remover ou reduzir os poluentes.
Instalações de precipitação e de floculação (instalações CP):
- Nalguns casos, em combinação com o tratamento biológico das águas residuais, os sistemas químico-físicos (como o ALMA CHEM MCW) são utilizados para remover substâncias que são difíceis de degradar ou para melhorar a sedimentação de sólidos.
Foto: Instalação CP para a eliminação de substâncias pouco biodegradáveis(ALMA CHEM MCW)
Biofouling em sistemas de membranas:
- O biofouling pode ocorrer em instalações de tratamento biológico que funcionam em combinação com processos de membrana (por exemplo, MBR ou osmose inversa). Trata-se da acumulação de microorganismos e dos seus produtos metabólicos na membrana, o que reduz o desempenho. Um pré-tratamento eficaz, como a filtração biologicamente activada ALMA BioFil Compact ou o ALMA BHU BAF, pode ajudar a remover a matéria orgânica residual e minimizar a biofouling.
Foto: Filtração biologicamente activada em construção de betão com esferas de argila como suporte de crescimento e material filtrante(ALMA BHU BAF)
Conclusão
O tratamento biológico de águas residuais é uma tecnologia chave para a purificação de águas residuais na indústria. Utiliza a capacidade natural dos microorganismos para decompor a matéria orgânica e os nutrientes, oferecendo uma solução económica, sustentável e amiga do ambiente. Ao combinar vários processos biológicos, químicos e físicos, a eficiência pode ser aumentada e adaptada aos requisitos específicos da respectiva indústria.
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