Aditivos fiáveis para estações de tratamento de águas residuais e de água

Antecedentes e cargas típicas
As águas residuais industriais e municipais contêm frequentemente ortofosfato (PO₄-P), fosfatos condensados e metais pesados como Zn, Cu, Ni, Pb, Cr. O objetivo é conseguir uma conformidade estável com os valores-limite, apesar das flutuações do fluxo de entrada e dos agentes complexantes (por exemplo, EDTA, aminas).

Princípios químicos 

• Precipitação de fósforo: Formação de fosfatos de Fe/Al pouco solúveis utilizando sais de ferro/alumínio (FeCl₃, Fe₂(SO₄)₃, Al₂(SO₄)₃).

• Precipitação de metais pesados: Precipitação sob a forma de hidróxidos (aumento do pH) ou de sulfuretos (no caso de metais complexados e de valores residuais rigorosos).

• Coagulação/floculação: neutralização de cargas + polímeros (aniónicos/catiónicos) → flocos macroscopicamente separáveis para sedimentação ou DAF/flotação.

Janela de pH ótimo (valores práticos)

• Fe/Al-Phosphat: pH 6,0–7,2 (gute P-Restwerte < 1 mg/L möglich).

• Cu: pH 8-9, Zn: pH 9-10, Ni: pH 9,5-10,5 (precipitação de hidróxidos).

• Cr(VI): primeiro redução a Cr(III) (por exemplo, com FeSO₄/bissulfito de sódio), depois precipitar a pH 7,5-8,5.

• Para agentes complexantes fortes: precipitação de sulfuretos (por exemplo, sistemas de ditiocarbamatos/tio) + polímeros.

Soluções aditivas (ALMA AQUA)

• Coagulantes Fe/Al em diferentes basicidades para valores baixos de P residual.

• Craqueador de complexos para complexos EDTA/amina antes da precipitação.

• Reagentes sulfídricos especiais para baixos valores de metais residuais.

• Polímeros de alto desempenho (pó/emulsão) adaptados à água bruta, à temperatura e ao regime de agitação.

• Reguladores de pH (NaOH, leite de cal, tira de CO₂) para uma manutenção exacta das janelas.

Vantagens práticas

• Cumprimento fiável dos valores-limite mesmo com flutuações de entrada.

• Custos químicos mais baixos graças ao funcionamento optimizado em termos de pH e às sinergias de polímeros.

• Separação robusta em sistemas de flotação com correntes ricas em óleo/tensidos.

Definição do problema
As lamas de precipitação/floculação e as lamas em excesso têm um elevado teor de água. Os custos de eliminação estão diretamente relacionados com o volume de lamas e com a substância seca (SS) alcançável. Objetivo: a melhor desidratação possível com uma utilização mínima de produtos químicos.

Mecanismos de ação e aditivos

• Polímeros catiónicos (pó/emulsão): Ligação e neutralização de cargas → flocos maiores e mais firmes.

• Agentes condicionadores (minerais/orgânicos): alteram a carga superficial e a camada de hidratação, reduzem o CST (Tempo de Sucção Capilar) e o SRF (Resistência Específica à Filtração).

• Sinergias: A pré-coagulação (por exemplo, FeCl₃) + polímero de baixa dose pode aumentar significativamente a TS.

• Aditivos: Cal para melhorar a estrutura (consoante o modo de utilização).

Dispositivos e regime de tosquia (importante!)

• Filtro prensa de câmara: elevado teor de matéria seca (frequentemente 35-45 % para lamas químico-físicas).

• Centrifugadora: flexível, matéria seca 20-30 % (consoante o tipo de lama/polímero).

• Prensa de filtro de correia: TS 18-28 %, mas baixa necessidade de energia.

• Sensibilidade ao cisalhamento: Não "quebrar" o polímero após uma floculação lenta (ajustar a entrada do agitador/parafuso).

Desempenho do ALMA AQUA

• carteira de polímeros (densidade de carga/viscosidade) para corresponder exatamente ao comportamento isotérmico das suas lamas.

• Definir o tempo de pré-contacto e envelhecimento em linha para polímeros em pó.

• Desidratação piloto (móvel) para definir o ponto de dosagem, o cisalhamento e a receita.

Vantagens práticas

• Melhoria do TS até dois dígitos: redução significativa dos custos de eliminação.

• Funcionamento estável da máquina (menos rasgões/sobrefluxos).

• Redução do consumo de polímero através de uma pré-configuração e formação adequadas.

Situação inicial
Muitas águas residuais industriais são ricas em carbono (elevada CQO/CSB) mas pobres em azoto e fósforo. Além disso, os oligoelementos (por exemplo, Fe, Mg, Co, Ni, Zn) estão frequentemente em falta, o que limita a atividade da biomassa (nitrificação, desnitrificação, absorção de P).

Barreiras de proteção e valores-alvo (regras de ouro)

• Rácio C:N:P (com base na CBO₅/COD):

  • aproximadamente 100 : 5 : 1 (base CBO₅) ou 100 : 2,5 : 0,5 (base CQO).

• Nitrificação: requer alcalinidade suficiente (∼ 7,1 mg CaCO₃ por mg NH₄-N oxidado) e DO ≥ 1,5-2,0 mg/L.

• Desnitrificação: requer um reabastecimento de fontes de C prontamente disponíveis (controlo da carga).

• Manter o rácio F/M e o SVI dentro do corredor de objectivos (evitar a formação de lamas).

Soluções aditivas (ALMA AQUA)

• Macronutrientes:

  • Nitrogénio como NH₄⁺/NO₃- (pode ser doseado dependendo do processo),

  • Fósforo como PO₄³- (dinâmico, para controlar os valores de P residual e os riscos de estruvite).

• Misturas de oligoelementos: Fe, Mg, Co, Ni, Zn, Cu, Mn em formas biodisponíveis (estáveis em quelatos, evitar a sobredosagem).

• Soluções combinadas para saltos de arranque/carga (proteção da atividade a curto prazo).

Monitorização e controlo

• Online: NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P, pH, DO, temperatura.

• Laboratório: testes OUR/ATU (desempenho da nitrificação), SVI, F/M, microscopia (monitorização dos filamentos).

• Controlo de tendências: dose adaptativa de C:N:P associada à CQO e à carência de oxigénio do afluente.

Vantagens práticas

• Valores de descarga constantes (NH₄-N, NO₃-N, PO₄-P) apesar das flutuações da entrada.

• Biologia robusta com regeneração rápida após choques (toxinas, temperatura).

• Redução das entradas externas de carbono através de uma gestão orientada de micro/macronutrientes.

Desafio
Muitas águas residuais industriais - por exemplo, das indústrias química, alimentar ou têxtil - contêm resíduos orgânicos que são difíceis de biodegradar. Estes incluem hidrocarbonetos de cadeia longa, compostos aromáticos, surfactantes e corantes. Estes conduzem a valores muito elevados de CQO (carência química de oxigénio) e sobrecarregam as fases biológicas, uma vez que os microrganismos só podem utilizar estas substâncias lentamente ou não o fazem de todo.

Abordagens de solução com aditivos de processo
Os processos químico-oxidativos são a primeira escolha neste domínio. O processo de Fenton, no qual o peróxido de hidrogénio forma radicais hidroxilo altamente reactivos na presença de ferro como catalisador, provou ser particularmente eficaz. Estes atacam mesmo as moléculas orgânicas estáveis e decompõem-nas em compostos mais pequenos e biodegradáveis. O ácido peracético ou o ozono podem também ser utilizados para aumentar a taxa de degradação.

Uma combinação adicional com precipitantes e floculantes é frequentemente útil. Os produtos de degradação resultantes da oxidação são diretamente precipitados e separados, o que reduz ainda mais os valores de CQO residual. As condições precisas de pH (geralmente ligeiramente ácidas a neutras) e a estratégia de dosagem correta são cruciais para a eficácia, uma vez que a sobredosagem ou subdosagem conduz à perda de eficácia ou ao aumento do consumo de produtos químicos.

Vantagens práticas
É possível obter reduções de CQO de 50-80% com uma fase de oxidação a montante. Isto reduz significativamente a carga nas fases de tratamento biológico, reduz a energia necessária para o arejamento e assegura o cumprimento dos limites de descarga - mesmo com águas residuais industriais altamente contaminadas.

Desafio
Os sistemas de membranas, como a ultrafiltração (UF), a nanofiltração (NF) ou a osmose inversa (RO), são componentes fundamentais do tratamento moderno da água. No entanto, são sensíveis a depósitos. A incrustação causada por carbonato de cálcio, sulfato de cálcio ou silicatos, bem como a incrustação causada por substâncias orgânicas, partículas ou biofilme, conduzem a aumentos de pressão, perdas de desempenho e vidas úteis mais curtas das membranas. Mesmo pequenas quantidades de precipitação podem piorar o Índice de Densidade de Silte (SDI) e encurtar significativamente os ciclos de limpeza.

Abordagens de solução com aditivos
Os anti-incrustantes são inibidores especiais que inibem a cristalização dos formadores de dureza e mantêm os sais em solução. São eficazes mesmo com dosagens baixas e permitem um grau de concentração significativamente mais elevado no sistema. Os dispersantes complementam esta ação estabilizando as partículas finas e os colóides e impedindo a sua aderência à superfície da membrana.

O controlo específico do pH também aumenta a solubilidade dos sais críticos e ajuda a proteger a membrana. O pré-tratamento da água bruta também é importante: a floculação, a sedimentação ou a filtração reduzem o grau de turvação e minimizam a carga sobre a membrana.

Vantagens práticas
Com uma estratégia de aditivos personalizada, os intervalos de limpeza podem ser significativamente alargados e a vida útil da membrana aumentada em vários anos. Ao mesmo tempo, a qualidade do permeado permanece consistentemente alta e os custos operacionais de energia e agentes de limpeza são significativamente reduzidos.

O desafio
As estações de tratamento de águas residuais produzem numerosos fluxos secundários - como a água de retrolavagem dos filtros de areia, os fluxos de dessalinização dos sistemas de arrefecimento ou os regenerados dos permutadores de iões. Estes contêm cargas altamente concentradas de sais, metais pesados ou resíduos orgânicos. Se forem introduzidos na linha principal de forma descontrolada, podem dar origem a picos de carga e pôr em risco o cumprimento dos limites de descarga.

Abordagens de solução com aditivos
O excesso de ácidos, bases ou metais no fluxo de bypass é separado através de neutralização e precipitação direcionadas. Os floculantes apoiam a formação de partículas separáveis. Para fluxos organicamente contaminados, podem ser utilizados agentes oxidantes para decompor a CQO residual e as substâncias tóxicas. Em muitos casos, o retorno à linha principal é possível se os caudais secundários forem previamente estabilizados. Em alternativa, podem ser tratados de modo a que a água possa ser reutilizada como água de processo ou de circulação.

Benefícios práticos
Estas medidas reduzem a carga total no fluxo principal, aumentam a estabilidade do processo da estação de tratamento de águas residuais e poupam água fresca ao mesmo tempo. Os operadores beneficiam de custos de eliminação mais baixos e da utilização sustentável da água como recurso.

Desafio
As fases convencionais (precipitação/floculação, ativação) apenas removem micropoluentes como resíduos farmacêuticos, pesticidas ou produtos químicos industriais de forma limitada. Os PFAS são um caso especial: substâncias muito estáveis, solúveis em água, dificilmente biodegradáveis e que só podem ser tratadas de forma inadequada com a oxidação padrão.

Métodos de tratamento e aditivos

• Adsorção com carvão ativado: PAC (carvão ativado em pó) é doseado e separado após floculação/filtração; GAC (granulado) em filtros de leito fixo com mudança/regeneração periódica. Do lado dos aditivos, controlamos a suspensão de PAC, os auxiliares de dosagem e o ajuste fino do pH para que a redução de DOC/UV254 se mantenha estável.

• Ozonização + filtros biologicamente activados (BAF): O ozono decompõe muitas substâncias orgânicas vestigiais em fragmentos mais facilmente degradáveis; a fase BAF a jusante decompõe-nas ainda mais biologicamente. Acompanhamos este processo com a gestão do pH/alcalinidade e o ajuste fino da coagulação para minimizar a formação de bromato/subprodutos.

• Estratégias PFAS: permutador de aniões (AIX) e/ou RO (osmose inversa). Do lado dos aditivos, os anti-incrustantes/dispersantes asseguram condições de funcionamento que são suaves para as membranas e resinas; os conceitos de CIP são adaptados para se adequarem ao material. (Nota: os processos AOP convencionais não são geralmente suficientes para os PFAS - a separação mecânica/adsorvente é a norma).

Monitorização e valores-alvo
Para além do DOC/TOC e do UV254, devem ser planeadas análises específicas (por exemplo, LC-MS para substâncias com chumbo). A SDI, a condutividade e as pressões diferenciais são decisivas para a membrana/AIX.

Vantagens práticas
As linhas combinatórias (PAC/GAC, ozono+BAF, AIX/RO) proporcionam uma redução robusta de substâncias vestigiais com custos de funcionamento estáveis - graças ao controlo do pH, do anti-incrustante e da floculação suportados por aditivos.

Desafio
O amónio (NH₄⁺), o fosfato (PO₄³-) e o magnésio (Mg²⁺) juntam-se em fluxos de centrado/filtrado (água de lamas). Isto leva a depósitos de estruvite(fosfato de amónio e magnésio, MAP) em tubagens, bombas e tecnologia de drenagem - ou abre a oportunidade para a recuperação direcionada de N e P.

Dois objectivos operacionais - duas estratégias

• Prevenção de depósitos: ligar o fosfato na cadeia a montante com coagulantes de ferro/alumínio; utilizar anti-incrustantes para evitar a nucleação do MAP; manter o pH moderado (normalmente 6,5-7,2 na linha crítica) para aumentar a solubilidade do MAP.

• Recuperação direcionada: Aumentar deliberadamente o pH para ~8,0-8,5 num reator de cristalização e dosear o sal de Mg (por exemplo, MgCl₂). Os agentes nucleantes/material de semente melhoram o tamanho do grão e a descarga. Do lado dos aditivos, controlamos o controlo do pH/alcalinidade (NaOH/NaHCO₃) e a floculação fina para a separação sólido-líquido.

Detalhes do processo e papel dos aditivos
A formação de estruvite segue a atividade iónica - o pH, a temperatura, a força iónica e o tempo de retenção hidráulica são, portanto, alavancas fundamentais. Os nossos pacotes de aditivos (coagulante/antiscalante/regulador de pH) são concebidos fio a fio para evitar depósitos nos pontos de estrangulamento e para criar condições de cristalização estáveis.

Vantagens práticas

• Estratégia de revestimento: menos tempo de paragem, menos custos de limpeza e de peças sobresselentes.

• Estratégia de recuperação: utilização de materiais (adubo MAP), alívio da linha principal (carga de PO₄, NH₄) e OPEX planeável.

Desafio
Alimentações flutuantes e cargas mistas tornam ineficientes os esquemas de dosagem rígidos. Sem dados em tempo real, existe o risco de sobredosagem (custos/lamas) ou subdosagem (risco de valor limite).

Variáveis medidas e filosofia de controlo

• Alimentação direta (proporcional à carga): A dose segue Q-C (por exemplo, caudal × PO₄-P online, NH₄-N, UV254/TOC). Desta forma, o sistema de controlo responde às tendências de alimentação antes do processo.

• Feed-back (led residual): Ajuste fino de acordo com os valores residuais (por exemplo, PO₄ do efluente, turbidez da água limpa/NTU, corrente de fluxo/potencial zeta para coagulação, SDI para proteção da membrana).

• Específico do processo:

  • Oxidação/Fenton via pH/ORP/resíduo de peróxido;

  • Biologia através de NH₄-N/NO₃-N/PO₄-P/DO (incl. alcalinidade);

  • Membrana via Δp , condutividade do permeado, SDI;

  • Linhas de estruvita via pH, PO₄, NH₄-N, Mg²⁺.

Integração de aditivos e segurança
Os pontos de dosagem são definidos de modo a que a intensidade da mistura e o tempo de contacto sejam adequados (misturador de alta velocidade → floculação → separação). Os skids estão equipados com válvulas anti-retorno, monitorização de fugas, limites do regulador e - para meios críticos - acessórios compatíveis com o material. As nossas misturas personalizadas (fabricadas na Alemanha) permitem o acoplamento ao SCADA e a adaptação a sensores específicos do local (por exemplo, dose em função do PO₄ e pH online).

Vantagens práticas
Com a monitorização limpa em linha e o controlo em duas fases, o OPEX químico e os volumes de lamas são reduzidos, enquanto os valores-limite, a proteção da membrana e a estabilidade do processo são aumentados de forma mensurável.