Aeração – Ar Difuso – Difusores| Consumo Energia

Com a introdução do sistema de tratamento biológico de efluentes em 1900, a aeração passa a ser usada para promover o ambiente aeróbico e propiciar o desenvolvimento dos microrganismos que fazem a degradação da matéria orgânica e agitação.

O suprimento de oxigênio passa a ser, de longe, o maior item de consumo de energia (50 a 90% do consumo total), fazendo-se atualmente, necessário a substituição dos sistemas mecânicos de aeração existentes, menos eficientes. A aeração de escolha, pela economia é a aeração por ar difuso que economiza ate 50% dos custos. Hoje mais de 1300 estações de tratamento de efluentes, municipais e industriais passaram a usar aeração por ar difuso em substituição aos aeradores mecânicos. (EPA-USA em 1989).

Os aeradores podem ser classificados em dois grupos: os aeradores de superfície ou mecânicos e os submersos. Os primeiros agitam o efluente para introduzir ar da atmosfera usando pás, laminas, brochas e sistemas propelentes diversos, enquanto que os submersos, formadores bolhas, injetam o ar na base do sistema.

A partir da crise energética dos anos 70 houve a adoção do sistema de micro bolha submerso por sua maior eficiência na transferência de oxigênio. Nos anos subsequentes houve um aprimoramento dos equipamento para evitar o entupimento, principalmente derivado dos difusores de cerâmica chegando-se aos aeradores de membrana flexível micro perfurada – os difusores de ar. Estações de tratamento de efluentes americanas onde os equipamentos mecânicos substituíram os de aeração.

Caso 1 – Estação de Tratamento de Efluentes de Saukville, Wisconsin

Esta unidade usava aeradores macro bolha-aço inox e em 1985 passou usar aeradores de cerâmica micro bolha. Conseguiu aumentar a eficiência de transferência de oxigênio com redução de custos, em vez de dois sopradores passou a usar apenas um. Posteriormente, em 1990, após alguns problemas por entupimento e desequilíbrio de distribuição do ar nos tanques, os difusores foram substituídos por aeradores de membrana. Depois de alguns acertos no volume de ar requerido, o sistema ganhou o premio de “ÜS EPA Award of Excellence” in 1991 devido à otimização das operações e práticas de manutenção.

Caso 2 – Estação de Tratamento de Efluentes de Renton, Washington

Em 1982, devido ao aumento de custos de energia esta estação mudou o sistema de aeração por macro bolha para o de micro bolha por membrana perfurada em dois tanques deixando outros dois no sistema antigo. Comparou-se o oxigênio dissolvido e verificou-se que os tanques a ar difuso por micro bolha precisavam 30-40% menos ar do que os do sistema velho. Com a mudança, de 390 KW passaram a consumir 355 KW/1000 m3 após instalação dos difusores micro bolha.

Caso 3 – Estação de Tratamento de Efluentes de Ridgewood, Nova Jersey

Esta unidade teve seu sistema de aeração por macro bolha trocado em 1983 por um sistema de difusores de cerâmica micro poros obtendo-se um resultado de economia de energia de aproximadamente 28% além de melhor nitrificação resultante no efluente.

Difusores de Micro poros

Difusores de micro poros existem na forma de discos, tubos e domos. São feitos de cerâmica, plástico ou membranas flexíveis perfuradas. Produzem bolhas de diâmetro aproximado 1-5 mm em água limpa, a um dado fluxo de ar/minuto.

- Discos – Difusores de disco medem em geral de 18-24 cm de diâmetro. São desenhados para vazões de 0,25 a 1,5 litros/s por difusor;
- Tubos – Podem ser feitos com 0,50 a 2 m de comprimento, sendo usual o diâmetro de 6,4 –7,6 cm. O fluxo de ar pode variar de 1 a 5 litros de ar/s;

- Difusores tipo “Dome” – Feitos geralmente de cerâmica ou plástico poroso, são geralmente circulares com 18 cm de diâmetro e 3,8 com de altura. São desenhados para vazões de 0,25 a 1 litro de ar/s;

- Difusores Tipo Bandeja – De cerâmica ou membrana perfurada, são retangulares e têm aproximadamente 30 cm2 em área por 2-3 cm de espessura. Em desuso, foram substituídos pelos anteriores.

A eficiência do sistema de aeração está relacionada às características do efluente, ao processo, ao regime de vazão, às condições de carga, à geometria do tanque, ao tipo de difusor, tamanho, forma, densidade e ao fluxo de ar. Características como DBO, nitrogênio amoniacal e vazão, estão entre os parâmetros que ditam a demanda total de ar e oxigênio. O entupimento do sistema pode advir de partículas do próprio ar ou do meio liquido que se precipitam sobre os poros. A presença de surfactantes, sólidos dissolvidos ou em suspensão, podem afetar o formato e tamanho da bolha de ar e a capacidade de oxigenação do sistema.

Controle efetivo do processo no longo prazo levará em conta tempo de retenção e integração dos sólidos, relação alimento/microrganismo e vazão do efluente. O controle de curto prazo, por parte do operador, inclue controle do fluxo de ar do difusor e oxigênio dissolvido (OD) no liquido.