Os processos básicos do tratamento de águas residuais
A água é um bem precioso. Para proteger as nossas águas naturais e para apoiar a produção de água potável, todas as águas residuais são, por isso, primeiro limpas de substâncias e poluentes, antes de serem devolvidas ao ciclo da água. Para tratar a água e obter a melhor qualidade natural possível, são utilizados diferentes processos. Geralmente, o tratamento de águas residuais pode ser dividido em dois tipos básicos. Em primeiro lugar, as substâncias problemáticas são removidas da água. Isto é feito através da limpeza, remoção de ferro, remoção de manganês, esterilização, dessalinização ou amaciamento. Em segundo lugar, as substâncias são especificamente suplementadas para melhorar a qualidade e influenciar parâmetros como o valor de pH ou a condutividade.
As etapas de tratamento da água
Estão à sua disposição vários processos para implementar as várias etapas de preparação de tratamento da água:
- Processos físicos para preparação mecânica, como aeração, sedimentação ou influência térmica. Isto inclui também a utilização de peneiras, filtros e crivos.
- Processos biológicos como o tratamento anaeróbico de águas residuais, a oxidação bioquímica ou a digestão de lamas
- Processos químicos como a neutralização, desinfeção, floculação e precipitação
- Processos de membrana como a filtração, osmose e nanofiltração
O maior volume de águas residuais a tratar é nas estações municipais de tratamento de águas residuais, razão pela qual é necessária aqui uma combinação mais diversificada e um procedimento mais eficaz. Os procedimentos utilizados dependem do tipo de estação de tratamento de águas residuais.
Os processos de tratamento em estações de tratamento de águas residuais podem ser divididos em diferentes etapas.
Etapa 1: tratamento mecânico da água
Na primeira etapa, as águas residuais ainda completamente não tratadas são tratadas mecanicamente, o que remove cerca de 20 a 30% dos sólidos contidos. Para tal, as águas residuais são conduzidas para uma estação de crivagem, onde uma peneira ou um tambor de crivo filtra as impurezas grosseiras, tais como folhas, papel ou têxteis. Várias peneiras, desde peneiras grosseiras com vários centímetros de largura de fenda, até peneiras finas com alguns milímetros de largura de fenda, através das quais a água corre a diferentes velocidades, filtram passo a passo os materiais grosseiros. Os resíduos de peneiras mecanicamente recuperados são drenados e eliminados numa instalação de incineração.
A água pré-purificada passa então para aquilo a que se chama um coletor de areia. Na tecnologia de tratamento de águas residuais, é utilizado um tanque de sedimentação para remover partículas grosseiras, tais como pedras, fragmentos de vidro ou areia, bem como material orgânico grosseiro que não tenha sido separado pelas peneiras. Isto acontece com uma velocidade de fluxo relativamente elevada de cerca de 0,3 m/s. É feita uma distinção entre o coletor de areia longo não aerado, o coletor de areia longo aerado - também chamado coletor de areia cilíndrico -, e o coletor de areia redondo.
O coletor de areia aerado remove as gorduras e óleos adicionais das águas residuais, ocorrendo o seguinte: o ar de processo introduzido produz um movimento de rolamento na água, que transporta substâncias mais leves, tais como óleos e gorduras, para a superfície. Aqui podem ser facilmente removidos da água.
O coletor de areia redondo separa as substâncias das águas residuais com força centrífuga e aspira-as. Após a limpeza no coletor de areia, os resíduos do coletor de areia são lavados e libertados de substâncias orgânicas. Isto melhora o desaguamento do material inorgânico recolhido, que pode, por exemplo, ser reutilizado na construção de estradas. Se não for possível uma maior reciclagem, os resíduos dos coletores de areia devem ser eliminados adequadamente; são depositados em aterros ou destruídos em instalações de incineração de resíduos.
O tanque de tratamento primário de águas residuais é a etapa seguinte do tratamento de águas residuais. A velocidade das águas residuais é de aproximadamente 1,5 cm/s, significativamente mais lenta do que no coletor de areia. A redução da velocidade de fluxo é conseguida através do alargamento da bacia. É necessária uma baixa velocidade de fluxo para que as partículas de sujidade mais finas possam, dependendo da sua natureza, assentar no fundo ou na superfície da água. A lama produzida por sedimentação (sedimentação até ao fundo) é denominada lama primária. Consiste normalmente em matéria orgânica. A lama primária é empurrada do fundo para uma tremonha de lama fresca por um raspador. As substâncias flutuantes são transferidas para uma conduta de lamas flutuantes. Uma bomba transporta as lamas frescas para o que é conhecido como torre de digestão.
Na torre de digestão, o gás metano é produzido em quatro fases (hidrólise, acidificação, fase acetogénica e metanogénica); é convertido em eletricidade numa unidade produtora de energia total e pode ser utilizado para abastecer a estação com energia. O processo de digestão na torre de digestão é concluído após aproximadamente quatro semanas. O que resta é uma lama inodora, que é frequentemente utilizada na agricultura após desidratação por centrifugação ou filtração.
A etapa de limpeza mecânica termina aqui. Em média, nesta fase, 30% a 40% da poluição é removida das águas residuais. No seu percurso através da estação de tratamento de águas residuais, as águas residuais chegam agora à etapa seguinte do tratamento de águas residuais.
Etapa 2: limpeza biológica
Na maioria das estações de tratamento de águas residuais, a água pré-purificada na fase de tratamento mecânico atinge agora os chamados tanques de aeração, que são frequentemente concebidos como tanques de circulação. É aqui que a limpeza biológica tem lugar.
A água é posta em circulação através do fornecimento de oxigénio e com a ajuda de hélices. São criadas áreas mais ou menos ventiladas nas quais são criadas condições diferentes para as bactérias e microrganismos. Estes microrganismos alimentam-se dos contaminantes orgânicos ainda presentes na água e convertem-nos em substâncias inorgânicas. As bactérias formam flocos de lama ativada que flutuam livremente na água. O fornecimento de oxigénio estimula a multiplicação de bactérias e promove assim a formação de lamas ativadas. Este processo de tratamento biológico de águas residuais é, por conseguinte, também designado por processo de lamas ativadas.
As águas residuais com as lamas ativadas são descarregadas no tanque secundário de tratamento de águas residuais. A velocidade do fluxo de águas residuais é aqui novamente reduzida. Ocorre a sedimentação: A lama ativada assenta no fundo da água purificada, onde pode ser separada da água límpida por dispositivos mecânicos de limpeza no fundo. Parte dela é transferida para a torre de digestão como biomassa adicional. A outra parte da lama, também conhecida como "lama de retorno", é devolvida ao tanque de aeração para garantir que existam microrganismos suficientes no tanque de aeração para decompor a sujidade. Após o tratamento biológico, cerca de 90% das águas residuais estão limpas de substâncias biodegradáveis. Como o oxigénio é fornecido por compressores, a fase de limpeza biológica é a fase com maior consumo de energia de todo o processo de limpeza. Quando a água tiver atingido a qualidade legalmente prescrita, pode ser devolvida ao ciclo da água - por exemplo, a um rio.
Em muitos outros casos, a limpeza biológica não é suficiente. Nestes casos, são necessários outros processos de tratamento de águas residuais - por exemplo, a preparação sob a forma de um tratamento químico. Neste processo, são também utilizados aditivos químicos.
Etapa 3: tratamento químico de águas residuais
Nesta etapa do tratamento das águas residuais, são utilizados processos químicos para o tratamento das águas residuais. Para o efeito, são utilizados compostos químicos para atingir os valores-padrão da água legalmente prescritos. O tratamento químico em estações de tratamento de águas residuais inclui a neutralização, desinfeção, precipitação de fosfatos, eliminação de azoto, degelo e remoção de manganês.
A neutralização é utilizada para produzir o valor de pH prescrito, que é obtido através da adição de um ácido, por exemplo, HCL, ou de uma base, por exemplo, leite de cal.
Durante a desinfeção, os agentes patogénicos são eliminados por adição de cloro ou dióxido de cloro. A irradiação das águas residuais com luz UV é uma boa alternativa à adição de produtos químicos, mas é utilizada com menos frequência. Eliminação de fosfatos: as nossas águas residuais estão frequentemente contaminadas com fosfatos de detergentes, fertilizantes, aditivos alimentares e fezes. Se permanecerem nas águas residuais, levam à sobrefertilização das massas de água e ao enriquecimento com nutrientes, o que pode levar a um crescimento inútil das plantas (eutrofização) prejudicial para o ecossistema.
Os fosfatos são removidos através de um processo químico de precipitação ou floculação. A eliminação de fosfatos é parcialmente desencadeada pela adição de sais de alumínio ou de ferro no coletor de areia ou no tanque de tratamento secundário de águas residuais. Os flocos de metal e fosfato que se formam durante esta clarificação secundária são então retirados das águas residuais juntamente com as lamas ativadas. Dependendo do modo de operação, o fosfato também pode ser "capturado" das águas residuais com a ajuda de microrganismos. Neste caso, falamos de uma eliminação biológica do fósforo, que, no entanto, ainda é raramente utilizada.
A purificação química da água inclui também a eliminação de nitrogénio: é utilizada para remover compostos azotados nocivos para a água, como o amoníaco e o amónio, das águas residuais. Os compostos de azoto removem o oxigénio vital da água e podem mesmo causar a morte dos peixes quando descarregados nos corpos de água.
O nitrogénio é eliminado por nitrificação e desnitrificação: Durante a nitrificação, o amónio é convertido em nitrito com a adição de bactérias anaeróbias e oxigénio - e depois em nitrato, numa segunda fase. A desnitrificação subsequente é também desencadeada pela adição de microrganismos anaeróbios. Estes decompõem o nitrato em gás nitrogénio através de atividades enzimáticas, gás esse que depois é devolvido à atmosfera.
Desferrização: Para reduzir o teor de ferro das águas residuais ao valor prescrito, os catiões de ferro (II) são oxidados através da adição de oxigénio. Para desencadear o processo de oxidação, é também necessário adicionar soda cáustica às águas residuais.
Remoção de manganês: O manganês está normalmente presente nas águas residuais como hidrogenocarbonato de manganês. A adição de oxigénio forma compostos de manganês IV pouco solúveis, que podem ser facilmente removidos da água.
4. Etapa: Processos por membrana/Nanofiltração
Na quarta e última etapa de limpeza, são utilizados processos de membrana e filtragem. Em parte, esta fase de purificação é combinada com os processos químicos de precipitação e floculação. Isto cria, por exemplo, o método de filtragem da floculação. Os precipitantes e floculantes são adicionados às águas residuais, o que provoca a floculação das substâncias que serão separadas. As águas residuais com o material floculado passam então através de um pano ou filtro de areia,
transpondo lentamente a camada filtrante. Até mesmo os mais pequenos sólidos orgânicos em suspensão são removidos.
A nanofiltração funciona de forma muito semelhante. Ao contrário da filtração normal, porém, a água passa sob pressão através de uma membrana que retém mesmo as partículas dissolvidas mais pequenas, tais como moléculas ou iões de metais pesados. O mesmo acontece com a osmose inversa, na qual são utilizadas pressões de trabalho ainda mais elevadas e membranas mais finas.
Os poluentes retidos durante a filtração, nanofiltração e osmose inversa são filtrados para o tratamento das lamas, sob a forma de lamas filtrantes, através do tanque de tratamento primário de águas residuais.
A água chega agora à última área da estação de tratamento de águas residuais, o tanque de armazenamento de água tratada. Aqui são novamente recolhidas amostras de água e a qualidade da água é verificada. A água purificada só regressa ao ciclo da água quando estiverem cumpridos os parâmetros legalmente prescritos.
