O planeamento ideal na construção de estações assegura um tratamento eficiente das águas residuais
O tratamento biológico no tanque de aeração não é apenas a fase chave nos processos de tratamento de águas residuais predominantes, é também a que consome mais energia. Se as entidades exploradoras pretenderem melhorar o balanço energético da sua estação de tratamento de águas residuais, a otimização da aeração nos tanques de aeração dá-lhes uma grande margem de manobra em termos de conceção. O dimensionamento correto dos aeradores, a seleção das tecnologias adequadas e o comando inteligente, orientado por dados, da operação do tanque de aeração são, por isso, o foco da construção das estações. O consumo de energia e as emissões podem ser significativamente reduzidos através de um planeamento integrado no planeamento de novos projetos e remodelações.
Factors for efficient wastewater treatment
For holistic work of the wastewater treatment to be successful, it is crucial that all relevant target dimensions are sufficiently considered:
- Cleaning performance
- Operational stability
- Costs
Como medida da qualidade do tratamento das águas residuais, o desempenho da limpeza representa a maior prioridade numa estação de tratamento de águas residuais. No fim de contas, é necessário cumprir os limites legais aplicáveis que, dependendo da utilização da água tratada, podem mesmo exceder os requisitos mínimos do decreto alemão sobre águas residuais. A estabilidade da estação deve ser vista num contexto semelhante. Uma estação de tratamento de águas residuais deve atingir os dados de funcionamento exigidos, mesmo sob cargas de choque. No entanto, a tecnologia que excedeu a sua vida útil e os modos de operação com elevado desgaste do material podem colocar isso em perigo.
Os custos de energia são praticamente o único fator de custo que pode ser significativamente influenciado no funcionamento diário de uma estação de tratamento de águas residuais. Outros custos, como os do pessoal operacional ou de manutenção, devem ser considerados fixos, na medida do possível. Na construção de uma nova estação, as decisões cruciais para a procura de energia posterior são tomadas nas fases iniciais. No entanto, com cerca de 10.000 estações municipais de tratamento de águas residuais em todo o país, as novas construções são claramente uma exceção.
Por conseguinte, a substituição de componentes das instalações é muito mais frequente. Na prática, porém, isso só acontece quando se torna necessário substituir uma tecnologia defeituosa - em muito poucos casos isso é feito "apenas" para otimizar as estruturas de custos. Quem quiser reduzir efetivamente os custos de funcionamento da operação de águas residuais deve, no entanto, começar pela necessidade de energia, onde podem ser alcançadas melhorias significativas, mesmo sem substituir componentes maiores da instalação.
A conceção da configuração da instalação e a escolha dos parâmetros de funcionamento também têm impacto noutros fatores importantes, como a natureza e a quantidade das lamas das águas residuais e as possibilidades de recuperação de nutrientes.
Tratamento de águas residuais: aspetos energéticos
Wastewater treatment plants account for around 20 percent of the energy consumption of municipal facilities. This shows what a beneficial impact energy savings can have on a municipality's finances. However, the fact that wastewater treatment is energy-intensive and therefore represents a large savings potential is also true of commercial plants. In addition to the financial perspective, there is the ecological perspective: In a study conducted by the Federal Environment Agency, operators can achieve average savings of 30 percent without investing in new machinery, thus avoiding emissions of around 900,000 tonnes of CO2 per year.
A aeração das águas residuais no tanque de aeração, onde é efetuado o tratamento biológico, é responsável por cerca de 50% do consumo de energia de uma estação de tratamento de águas residuais. Além disso, as instalações de tratamento de lamas de águas residuais têm agitadores em funcionamento contínuo. As outras fases do processo representam, cada uma delas, uma proporção relativamente pequena do consumo total de energia e têm, consequentemente, menor prioridade nos projetos de otimização da construção de instalações.
No entanto, as estações de tratamento de águas residuais não são apenas consumidores de energia; em muitos casos, também a produzem. As estações de tratamento de águas residuais das classes de tamanho 4 e 5, que na Alemanha representam a maioria da população (EP), bombeiam as lamas das águas residuais (um subproduto do tratamento das águas residuais) para as chamadas torres de digestão. Com a adição de energia térmica, a decomposição dos componentes orgânicos das lamas produz gás digestor termicamente utilizável.
As centrais termo-elétricas tipo bloco convertem o gás em eletricidade e calor. Por conseguinte, a redução das necessidades energéticas não é o único ponto de partida para melhorar a eficiência. Além disso, existe também um grande potencial para aumentar a sua própria produção de eletricidade e calor, reduzindo assim a energia adquirida externamente para o funcionamento de sobrepressores, bombas e agitadores, bem como para o aquecimento do digestor. A AERZEN também oferece soluções e conceitos para esta abordagem abrangente à construção de instalações e integra a produção de energia no planeamento.
A aeração como ponto focal na construção de estações
A aeração de um tanque de aeração ativado necessária para o tratamento biológico representa cerca de 50% do consumo total de energia de grandes estações de tratamento de águas residuais, e a proporção tende a ser ainda maior nas estações mais pequenas. Por conseguinte, os esforços para reduzir os custos de funcionamento devem começar aqui. Quer se trate de um planeamento de raiz ou de um investimento de substituição, o ajuste especializado da configuração do sistema aos requisitos individuais da estação de tratamento de águas residuais pode alcançar melhorias significativas. A tecnologia de sobrepressores, o número e o tamanho dos sobrepressores individuais e o comando inteligente dos mesmos oferecem uma margem considerável para a conceção. Há décadas que a AERZEN trabalha em estreita colaboração com as entidades exploradoras de estações de tratamento de águas residuais, tendo incorporado estes requisitos no desenvolvimento de produtos e soluções.
Para apoiar os clientes na otimização global da sua aeração, a AERZEN não só oferece uma tecnologia de sobrepressores altamente desenvolvida como parte do conceito Performance3, mas também o software de comando correspondente e a experiência para coordenar o sistema. A AERZEN apoia os clientes logo na fase de planeamento e elabora os respetivos projetos em conjunto com eles. A experiência adquirida numa vasta gama de projetos e ferramentas de planeamento especialmente desenvolvidas ajudam a encontrar uma solução rápida, prudente e preparada para o futuro.
A escolha do sistema de aeração determina as necessidades energéticas da fase biológica do tratamento durante um período de tempo considerável. Isto porque, muitas vezes, as estações de sobrepressores só podem ser substituídas como parte de um investimento de substituição. Em ambos os casos de planeamento, ou seja, na construção nova e na renovação, é, portanto, crucial selecionar a tecnologia ideal e o modelo adequado. Por razões técnicas, diferentes tecnologias de sobrepressores têm diferentes caraterísticas de funcionamento e o tamanho das unidades individuais também desempenha um papel importante.
A AERZEN oferece aos seus clientes o sobrepressor de êmbolo rotativo Delta Blower, o compressor de êmbolo rotativo Delta Hybrid e o turbo Aerzen Turbo. Embora os turbos sejam particularmente eficientes em termos energéticos no ponto de design, a sua gama de carga é menos ampla do que com outras tecnologias. Em contrapartida, uma máquina de êmbolo rotativo tem uma gama de controlo maior. Portanto, o sistema pode lidar com cargas variáveis de forma muito eficiente, pois a eficiência permanece quase a mesma em todos os pontos de operação.
Isto significa que estão disponíveis diferentes tecnologias de sobrepressores com pontos fortes individuais; a tarefa do projetista do sistema é configurá-los num sistema de aeração de forma a combinar os seus pontos fortes e a servir de forma ideal todos os perfis de carga. A possibilidade de operar unidades de diferentes dimensões em conjunto e de as organizar de diferentes formas cria uma maior liberdade de planeamento. Os especialistas em aplicações da AERZEN apoiam a análise dos perfis de consumo e de carga, a fim de fornecer uma base de dados para o planeamento posterior.
A base para a utilização ideal deste ganho em flexibilidade é, no entanto, uma base de dados suficiente. A falta de informação sobre as condições de funcionamento dos componentes relevantes da instalação e as caraterísticas de carga da estação de tratamento de águas residuais dificultam a realização do potencial da tecnologia moderna de estações.
Embora o funcionamento das estações de tratamento de águas residuais tenha sido, de um modo geral, fortemente influenciado pela experiência do seu pessoal, a utilização dos potenciais de eficiência existentes requer uma mudança de mentalidade. Isto aplica-se particularmente à fase de aeração, onde as cargas variáveis e as estações de sobrepressão, que são constituídas por conjuntos com caraterísticas diferentes, tornam necessários comandos inteligentes baseados em dados. A monitorização do consumo de energia dos componentes com maior consumo de energia da estação e a medição das perdas de pressão são um pré-requisito para a otimização energética e a deteção precoce de falhas. Dito isto, a recolha de dados ainda não é uma norma, especialmente nas estações de tratamento de águas residuais mais pequenas. No entanto, a descida dos preços da tecnologia de medição relevante facilita a adaptação.
Ao reconfigurar a estação de sobrepressor e definir a estratégia de comando individual, a aquisição de dados é uma parte integrante do processo de planeamento. Durante uma AERaudit, os especialistas da AERZEN registam o desenvolvimento do caudal, pressão do sistema, temperaturas e consumo de energia ao longo do tempo. Estes dados permitem análises exaustivas do perfil de carga do tanque de aeração. Com base nisto, os especialistas em construção de instalações desenvolvem um conceito de instalação que se adapta da melhor forma às caraterísticas individuais da estação de tratamento de águas residuais. O objetivo neste contexto é expandir as caraterísticas das diferentes tecnologias de sobrepressores e tamanhos de montagem de uma forma vantajosa.
O comando da estação determina qual dos sobrepressores do conjunto deve funcionar em que ponto de operação, para uma determinada carga total da estação de tratamento de águas residuais. O comando integrado AERsmart distribui o caudal pelas máquinas individuais de forma a garantir que os seus níveis de eficiência sejam otimizados o máximo possível. Isto permite que o comando reaja numa fase inicial a alterações de carga com elevados volumes de águas residuais e altos níveis de contaminação. O comando global pode conseguir poupanças de energia até 15%. Ao utilizar a tecnologia de sobrepressores de última geração, entidades exploradoras das estações podem reduzir a energia de aeração até 50%. No entanto, o desenvolvimento de um conceito global coerente por parte do fabricante da estação é sempre o fator decisivo.
A otimização energética da aeração permite uma redução considerável dos custos energéticos e das emissões de uma estação de tratamento de águas residuais. A aplicação é muitas vezes difícil na prática, nomeadamente nas instituições municipais. Embora os investimentos em tecnologia de sobrepressores se paguem rapidamente graças aos elevados ganhos de eficiência, a libertação dos fundos constitui um obstáculo à implementação.
Muitas vezes, uma estação de sobrepressores só pode ser substituída pelos construtores da estação como parte de uma aquisição de substituição já necessária. Isto torna o Performance3 da AERZEN particularmente flexível, o que significa que todas as estações de tratamento de águas residuais podem melhorar a sua eficiência energética. Para além das mais recentes tecnologias de sobrepressores do portefólio da própria empresa, as unidades existentes de fabricantes terceiros também podem ser integradas no comando global inteligente. Naturalmente, a unidade de comando também pode gerir uma única máquina. Mesmo os entidades exploradoras de sistemas que não possam substituir completamente a unidade de aeração a médio prazo podem, assim, alcançar melhorias percentuais de dois dígitos na eficiência energética.
