Estação de Tratamento de Efluentes: Fundamentos e escolha de tratamento no ramo industrial

A eficiência e a capacidade nominal de uma estação de tratamento de esgotos são definidas a partir de uma série complexa de fatores específicos a cada caso estudado. Quando o efluente a ser tratado é um esgoto sanitário, como é o caso do tratamento de esgoto de uma cidade, esse líquido é composto predominantemente por compostos orgânicos complexos (carboidratos, proteínas, lipídios), que quando expostos a um meio rico em microrganismos, transformam em compostos orgânicos simples (açúcares, aminoácidos, ácidos graxos) por meio da hidrólise. Esses orgânicos simples posteriormente são decompostos em ácidos orgânicos voláteis (cadeia longa), que se convertem em hidrogênio, gás carbônico e acetato, através da acidogênese e acetogênese. Por fim, esses gases e íons passam pela metanogênese e se desprendem do meio líquido para a atmosfera em forma de metano. Dessa forma, um composto orgânico complexo, através das etapas de tratamento e da ação biológica é reduzido em gases simples, que escapam para a atmosfera, ou, no caso do metano, queimado por meio de flares de biogás; e lodo, composto pela massa de microorganismos que se multiplicou e restos inorgânicos presentes no efluente original, que não foram decompostos. Esse lodo pode ser utilizado novamente no tratamento do esgoto afluente (lodos ativados), mas quando ele estabiliza (sem ação biodigestiva), é desidratado e encaminhado a aterro sanitário, ou ainda, adubo.

Porém, quando o efluente se trata de um resíduo industrial, a velocidade de degradação da matéria orgânica varia conforme a característica de cada tipo de indústria, em relação ao uso da água em seus processos, e seus substratos. A primeira análise a ser feita, é se o efluente tem características biodegradáveis suficientes para seguir na linha de tratamento biológico. Caso contrário, deverão ser adotadas etapas de tratamento físico-químicas.

Se for uma indústria sucroalcooleira, do ramo alimentício, por exemplo, a relação entre Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) e a Demanda Química de Oxigênio (DQO) é superior a 0,5, ou seja, há presença de complexos orgânicos que retornam uma DBO suficiente para que os microrganismos se reproduzam de forma saudável e auxiliem na degradação do efluente. Caso essa relação seja abaixo de 0,5, por exemplo em indústrias têxteis, mineradoras, de borracha, de papel e celulose, entre outros, a melhor via de tratamento será físico-química.

• DBO/DQO > 0,5: A maior parte da matéria orgânica é biodegradável. Tratamento indicado: biológico convencional.
• DBO/DQO << 0,5: A parte da matéria orgânica não é biodegradável. Tratamento indicado: há duas alternativas:
o a) quando a parcela refratária não é poluidora, o tratamento indicado é o biológico convencional.
o b) quando a parte refratária é considerada poluidora (os parâmetros de lançamento não atendem à legislação vigente), é indicado o tratamento físico e/ou químico, por exemplo coagulação e decantação, oxidação química.
Dentro da alternativa de tratamento físico-químico, cabe ainda considerar a relação entre Sólidos Suspensos Voláteis (SSV) e Sólidos Voláteis totais (SV).

• SSV/SV> 0,8: A maior parte da matéria orgânica se encontra na forma de sólidos suspensos. Tratamento indicado: físico ou físico-químico convencional, por exemplo decantação primária, flotação, coagulação e decantação.
• SDV/SV > 0,8: A matéria orgânica se encontra na forma de sólidos dissolvidos. Tratamento: físico-químico avançado, por exemplo carvão ativado, oxidação química, combustão.

MATÉRIA NITROGENADA

Diversas indústrias possuem ainda efluentes com alta concentração de nitrogênio em forma amoniacal, como é o caso da indústria sucroalcooleira (presença de vinhaça). Algumas indústrias optam por aproveitar esse nitrogênio (N) e também o fósforo (P) presente no efluente para utilizar na técnica de Fertirrigação, que é a aplicação do efluente após o devido tratamento biológico em plantações, como forma de fertilizante. Essa aplicação deve ser avaliada, em relação à concentração de N e P, a vazão efluente e a área necessária para aplicação, bem como alternância do local de aplicação. Geralmente esse estudo é realizado por engenheiros agrônomos.

Porém, quando não há disponibilidade para aplicação, ou algum impedimento pelos órgãos ambientais competentes, é imprescindível que seja realizada a remoção desses compostos antes da disposição em corpos hídricos. A amônia é um elemento prejudicial ao meio ambiente se descartado de forma errada. Ela está presente nos efluentes na forma de hidróxidos e, dependendo do pH, o equilíbrio se desloca no sentido da amônia ou no sentido do hidróxido de amônio. Se o pH estiver elevado, acima de 8, o sentido da reação é deslocado para o reagente (amônia), se o pH estiver abaixo de 6, o sentido da reação é deslocado para o produto (amônio).

ETAPAS DE TRATAMENTO

O tratamento de efluentes pode atingir diferentes níveis de tratamento: pré-tratamento, tratamento primário, secundário e terciário.

O pré-tratamento envolve a remoção de sólidos grosseiros e desarenação através de peneiras, grades e/ou sedimentação de areia (caixa retentora de areia e decantador). Essa fase produz uma quantidade de sólidos que deve ser disposta adequadamente. De maneira geral, os sólidos retirados em caixas retentoras de areia e aqueles retirados das peneiras ou grades são encaminhados a aterros sanitários.

Nas indústrias em geral, um pré-tratamento essencial também é a separação de óleos, muitas vezes utilizados em locais de manobras, lavagem e manutenção de máquinas movidas à óleo diesel, óleos e graxas, com caixas tipo SAO (separadoras de água e óleo). E em casos de indústrias que produzem óleos (soja, milho), deve haver uma etapa específica no tratamento para remoção desse óleo suspenso.

O tratamento primário irá continuar na remoção de sólidos que não foram removidos na etapa anterior, principalmente sólidos suspensos. É realizado através de floculação e flotação, ou decantação. O lodo removido nessa etapa deverá ser adensado e digerido adequadamente para posterior secagem e disposição em locais apropriados.

O tratamento secundário se destina à degradação biológica de compostos carbonáceos. Quando é feita essa degradação, naturalmente ocorre a decomposição de carboidratos, óleos e graxas e proteínas a compostos mais simples, tais como: CO2, H2O, NH3, CH4 e H2S, dependendo do tipo de processo predominante. As bactérias que efetuam o tratamento, reproduzem-se e têm sua massa total aumentada em função da quantidade de matéria degradada.

Após a fase em que é feita a degradação biológica, os sólidos produzidos devem ser removidos em unidades específicas para esse fim (lagoas de sedimentação, decantadores, flotadores, etc) e, posteriormente são submetidos a adensamento, digestão, secagem e disposição adequada.

Dependendo do tipo de processo adotado pode-se recircular uma parcela da massa de bactérias ativas, de volta ao reator biológico (lodo ativado). Essa alternativa permite o aumento da produtividade do sistema e maior estabilidade no seu desempenho.

De maneira geral, a maioria das estações construídas alcançam apenas o nível de tratamento secundário, aqui descrito, porém em algumas situações, pode ser obrigatório que esse tratamento alcance o nível denominado terciário.

O tratamento terciário é utilizado para obter um efluente de alta qualidade com a remoção de outras substâncias contidas nas águas residuárias, não removidas normalmente em etapas anteriores. Em esgotos sanitários ou efluentes de indústrias sucroalcooleiras, por exemplo, há concentrações importantes de Nitrogênio (N) e Fósforo (P). A remoção nesse caso geralmente é feita através do processo biológico denominado nitrificação e desnitrificação. A remoção de fósforo também pode ser efetuada através de tratamento químico, com sulfato de alumínio, por exemplo. Na nitrificação, o nitrogênio é levado à forma de nitrato e posteriormente, na desnitrificação, é levado à produção de N2, principalmente, que é volatizado para o ar. O tratamento terciário também produz lodo, que deve ser adensado, digerido, secado e disposto corretamente.

Outra forma de realizar o tratamento terciário é por meio da osmose reversa, uma alternativa com finalidade de remover impurezas por meio de retenção física das moléculas. Para isso são empregadas membranas semipermeáveis, com diferentes espessuras de malha, dependendo da qualidade que se quer atingir. Vai desde microfiltração, na retenção de bactérias e matéria orgânica, até a ultrafiltração, que retém inclusive vírus e íons.

Para lançamento do efluente, e reuso com contato humano, o efluente sempre deverá eliminar os patógenos, passando pelo pós-tratamento: desinfecção. Essa etapa é geralmente realizada por cloração, mas também podem ser empregados outros métodos, como ozonização, radiação ultravioleta e sistemas naturais como lagoas de maturação ou polimento.