Análise das causas de falhas no sistema de tratamento por lodo ativado em estações de tratamento de efluentes de papelaria

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O sistema de tratamento por lodo ativado na indústria papelícola apresenta muitos problemas de funcionamento nos vários componentes do sistema. A análise desses problemas é algo que precisa ser resolvido e compreendido com atenção, pois isso ajuda muito a melhorar nossa capacidade de tomada de decisões em relação ao sistema. A seguir, é apresentada uma análise detalhada das causas dos problemas mais comuns em todo o sistema, com o objetivo de ajudar os gestores operacionais a terem uma melhor compreensão das falhas do sistema. As flutuações anormais no valor do pH são causadas, principalmente, pela emissão de substâncias ácidas e alcalinas no local de produção. No caso das grandes empresas de papel, as águas residuais ácidas e alcalinas provêm principalmente da limpeza periódica dos equipamentos. 2. Análise de anomalias no volume e na qualidade da água de entrada O volume de água de entrada geralmente permanece constante; no entanto, em caso de vazamentos acidentais, a linha de produção também gera uma grande quantidade de água de lavagem para limpar os tanques, equipamentos, etc. Em casos de acidentes, uma grande quantidade de matérias-primas e produtos químicos também é descartada. Essas águas residuais, ao chegarem às estações de tratamento, muitas vezes causam um grande impacto no sistema. Este é também o motivo pelo qual o teor de COD nas águas que saem dos tanques de sedimentação primária e dos tanques biológicos tende a ser elevado. Como as matérias-primas presentes nas águas residuais são, em sua maioria, fibras e amido de cadeia linear, especialmente o amido de cadeia linear, que possui um peso molecular elevado e uma baixa capacidade de precipitação físico-química, além disso, os dispersantes presentes também afetam a eficácia dos processos de coagulação utilizando PAC e PAM. Estes são os efeitos da quantidade e qualidade das águas residuais de entrada no sistema. 3. Análise do impacto dos sedimentos em excesso no tanque de ajuste. Os sedimentos em excesso no tanque de ajuste provêm das partículas de carbonato de cálcio e das fibras de papel que não são filtradas na água que chega diariamente ao sistema. Devido ao fato de o dispositivo de agitação do tanque de ajuste estar localizado no centro, a força centrífuga gerada pela agitação faz com que uma grande quantidade de sedimentos se acumule nos quatro cantos do tanque. Essa é a principal causa do acúmulo excessivo de lama no tanque de ajuste. Como não há dispositivos de aeração específicos nos poços do tanque de ajuste, o lodo sedimentado passa por reações de hidrólise e acidificação em condições anaeróbicas. Isso acaba realizando, de forma indireta, um pré-tratamento das águas residuais que entram no sistema. Isso acontece por meio da regulação das reações de hidrólise e acidificação do lodo presente nos tanques de armazenamento. Assim, as fibras de celulose de grande tamanho e o amido de cadeia linear são transformados em substâncias orgânicas de menor tamanho, mais fáceis de serem degradadas. A taxa de degradação das substâncias orgânicas é de aproximadamente 10%. Ao comparar o valor de pH das águas residuais que entram no tanque de ajuste com o valor de pH das águas residuais que saem desse tanque, percebe-se que o pH das águas que saem do tanque é cerca de 0,5 a 1,0 unidades menor do que o pH das águas que entram nele. Esta é uma prova concreta de que ocorre uma reação de hidrólise e acidificação no tanque de ajuste, devido ao acúmulo de lodo. Além disso, essa diferença no valor do pH permite determinar o grau exato dessa reação de hidrólise e acidificação. É muito típico que essa diferença seja significativamente maior no verão do que no inverno. O efeito da temperatura na reação de hidrólise e acidificação é evidente. 4. Análise das causas da baixa eficácia da flocação na área de físico-química. A baixa eficácia da flocação nessa área está relacionada a vários fatores, incluindo um teor excessivo de dispersantes nas águas residuais que entram no sistema, dosagens inadequadas de agente de flocação e coagulante, influência do valor de pH, problemas com a mistura rápida ou lenta, relação entre a vazão e a carga de trabalho, teor de partículas em suspensão nas águas residuais, e presença em excesso de substâncias que não são fáceis de serem floqueadas. Com base nos fatores de influência acima, será realizada a seguir uma análise detalhada da falha. (1) Efeito dos dispersantes: Uma grande empresa papelífera utilizou dispersantes para que a polpa se distribuísse uniformemente sobre o tapete da máquina de papel, evitando assim a formação de aglomerados. Dispersantes e coagulantes são dois tipos de produtos químicos que atuam de maneiras opostas. A água branca, após ser filtrada pela máquina de papel, contém grandes quantidades de dispersantes. Esses efluentes ricos em dispersantes são descartados, e acabam chegando às estações de tratamento de esgoto. Isso afeta a área onde são adicionados agentes coagulantes para promover a sedimentação físico-química dos resíduos. O típico é que, após a adição de aglutinantes e coagulantes, as partículas em suspensão não conseguem se aglomerar formando estruturas maiores. O que se vê são partículas pequenas e difíceis de se aglomerar. Essas partículas pequenas são muito sensíveis às perturbações causadas pela correnteza, e sua capacidade de sedimentação no tanque de sedimentação inicial não é ideal. Em condições de alta carga, elas tendem a sair do tanque de sedimentação inicial, afetando assim os sistemas bioquímicos subsequentes. (2) As dosagens de coagulantes e aglutinantes não estão dentro da faixa ideal. A quantidade de coagulantes e flocculantes utilizados, bem como a proporção entre eles, são fatores muito importantes. Isso é essencial para melhorar a eficiência da sedimentação dos flocos e reduzir a quantidade necessária desses produtos. Quando a dosagem do coagulante PAC é insuficiente, o tanque de mistura lenta de primeiro estágio não consegue formar uma mistura inicial composta por partículas finas, mantendo a água intersticial clara. Em particular, a claridade da água intersticial é um fator crucial para verificar no local se a dosagem de floculantes como o PAC está adequada ou não. Por outro lado, a adição excessiva de aglutinantes e coagulantes também não resulta no melhor efeito de aglutinação. A adição excessiva de coagulantes e floculantes faz com que os flocos formados na mistura sejam relativamente grossos. No entanto, o mesmo problema persiste: a água presente nos espaços entre esses flocos grossos não se torna clara, mesmo com a adição de uma quantidade excessiva de produtos químicos. Basicamente, após a adição de uma quantidade excessiva de reagentes, embora se formem flocos grossos, esses flocos quebram facilmente sob a ação da agitação hidráulica no tanque de mistura lenta. Os flocos quebrados têm baixa capacidade de re-floculação; nessa situação, eles se transformam em partículas turvas na água intersticial. Na estrutura geral da área de dosagem de substâncias químicas, pode-se observar que, em frente à piscina de mistura rápida, existe uma piscina de ajuste do pH. Somente após o ajuste do pH é que as águas residuais podem receber coagulantes e aditivos para melhorar seu desempenho. Após a adição de PAC ou de coagulantes semelhantes no tanque de mistura rápida, a agitação intensa não afeta o efeito de coagulação. Pelo contrário, ela permite que o coagulante adicionado se misture rapidamente com toda a água residual, criando assim as condições necessárias para a formação das “plumas coloidais” na primeira fase, no tanque de mistura lenta. O objetivo da agitação lenta no tanque de mistura lenta também é permitir que as gotículas de gel se aglomerem ainda mais, garantindo que a força de cisalhamento da água não destrua essas gotículas de gel. O agente coagulante utilizado nesse sistema de tratamento de águas residuais é o PAM (poliacrilamida). O ponto de adição desse agente, conforme o projeto, é no primeiro tanque de mistura lenta. Nesse momento, a existência do segundo tanque de mistura lenta permite que os flocos continuem a se formar, graças à ação do agente coagulante. 5. Análise das causas de falhas no funcionamento do tanque de sedimentação inicial. As falhas no funcionamento do tanque de sedimentação inicial estão relacionadas, principalmente, à sua função de separar o lodo da água após a adição de produtos químicos para promover a coagulação físico-química. Se a separação entre lodo e água não for eficaz, isso certamente afetará o desempenho do sistema de tratamento biológico subsequente. O efeito de separação entre lama e água no tanque de sedimentação inicial não é bom. Além dos problemas que podem surgir durante a concepção da estrutura, isso se deve, em grande parte, ao uso inadequado dos coagulantes e aditivos utilizados na área de tratamento químico. Os resultados decorrentes da coagulação insuficiente dos flocos devido à dose insuficiente de medicamento, e da formação de flocos excessivamente grandes que se quebram durante a separação entre lama e água no tanque de sedimentação inicial, são os mesmos. Quando o tempo de permanência no tanque de sedimentação era suficiente para que os flocos se depositassem completamente, a água que saía do tanque era límpida, sem partículas não sedimentadas. Por outro lado, se esse tempo não fosse suficiente, as partículas floculadas poderiam escorrer para fora do tanque de sedimentação, causando problemas no sistema biológico subsequente. Os problemas de descarte de lamas no tanque de decantação inicial são, na maioria dos casos, causados por falhas nos equipamentos responsáveis pelo descarte. As principais causas incluem falhas nas bombas de descarte, descarte inadequado das lamas, e a presença de grandes quantidades de partículas suspensas nas águas de entrada, o que impede um aumento na quantidade de lamas descartadas. Ao verificar se há acúmulo excessivo de lama no tanque de sedimentação inicial, o foco deve ser observar se a máquina de remoção da lama funciona corretamente. Se a máquina apresentar oscilações ou deslizamentos ao se mover, é necessário confirmar se realmente existe um problema de acúmulo excessivo de lama no tanque de sedimentação inicial. 6. Análise de falhas comuns no funcionamento dos filtros biológicos. As principais falhas que ocorrem durante o funcionamento dos filtros biológicos são decorrentes das flutuações na qualidade da água de entrada, que afetam a membrana biológica já formada. Se o funcionamento do filtro biológico não for eficaz, isso causará um grande impacto no sistema de lodo ativado que vem em seguida. A análise das causas comuns de falhas em filtros biológicos é a seguinte. (1) Causas dos problemas nos filtros biológicos devido a valores anormais de pH: Assim como o lodo ativado, a camada biológica também é mais resistente às flutuações anormais de pH. No entanto, quando exposta a águas residuais com valores de pH anormais, ela também sofre grandes danos. Como os micróbios na superfície da biopelícula morrem e se desprendem quando são afetados, os micróbios internos também são afetados e se desprendem, fazendo com que toda a biopelícula acabe se desfazendo. As membranas biológicas desprendidas podem obstruir facilmente os espaços entre os materiais de filtragem dos filtros biológicos, impedindo o fluxo adequado da água e causando transbordamentos. Após a remoção das biomembranas devido às flutuações no valor do pH, é necessário um certo tempo para que elas se recuperem automaticamente. Geralmente, leva cerca de uma semana para que a situação volte ao normal, após a eliminação das flutuações anormais no pH. (2) Crescimento inadequado da biofilme: O crescimento inadequado da biofilme se caracteriza, principalmente, pelo fato de a biofilme ser muito espessa ou muito fina. Além disso, é comum que a espessura da membrana biológica seja irregular. Além de estar relacionado ao teor de matéria orgânica na água que entra no filtro biológico, também está relacionado à disponibilidade de nutrientes nessa água. Quando a quantidade de matéria orgânica na água de entrada é muito baixa, a biofilme tende a ser fina ； E quando o teor de matéria orgânica na água é muito alto, a camada biológica cresce rapidamente, formando, em geral, uma camada excessivamente espessa sobre os materiais de filtragem. Durante a operação real, verificou-se que a espessura excessiva da biomembrana não garante necessariamente uma taxa de remoção de substâncias orgânicas maior do que aquela obtida com biomembranas mais finas. Isso se deve ao fato de que a eficiência na remoção de substâncias orgânicas pelo biofilme está relacionada à área de contato efetiva entre o biofilme e as águas residuais, e não à espessura da membrana. A escassez de nutrientes nas águas residuais pode ser compreendida da mesma forma que a demanda por nutrientes durante o funcionamento do método de lodo ativado. Para isso, é necessário adicionar nutrientes na fase inicial da entrada de água no biofiltro. Como a quantidade de nutrientes a ser adicionada precisa levar em consideração as necessidades dos microrganismos presentes nos filtros biológicos e no método de lodo ativado, é importante escolher corretamente o teor de matéria orgânica presente nos nutrientes a serem adicionados. No sistema de tratamento de águas residuais dessa grande empresa papelíria, a quantidade de nutrientes adicionados em frente às torres biológicas é calculada com base no teor de matéria orgânica presente nas águas de saída do tanque de sedimentação inicial. Esse método de cálculo inevitavelmente resulta em nutrientes não utilizados no biolodo. Esses nutrientes são então direcionados para o sistema de lodo ativado, onde podem ser reutilizados. À primeira vista, a adição de tais nutrientes não parece ser um problema. No entanto, na prática, verifica-se que, devido à presença excessiva de nutrientes no filtro biológico, e ao fato de o filtro não ter teto, muitas algas crescem na superfície do material filtrante. Isso também reduz a eficiência de tratamento do biofiltro, geralmente em 10%. A razão para isso é que as algas que se desenvolvem não possuem a capacidade de degradar os materiais orgânicos presentes nas águas residuais; elas precisam apenas de nutrientes e luz solar como fonte de energia para crescer e se reproduzir. Quanto à mudança de cor da membrana biológica para um tom leitoso, ainda não há um entendimento completo a respeito disso. Considerando a qualidade da água que entra no sistema e as condições de funcionamento do mesmo, acredita-se que isso esteja relacionado ao aumento do tamanho das células filamentosas presentes na membrana biológica. A observação ao microscópio revela que o aglomerado de microrganismos branco-leitoso é composto por um grande número de microrganismos filamentosos. Quase não existem protozoários ao redor dos filamentos fúngicos, o que também é compreensível na análise da comunidade biológica, pois os filamentos fúngicos, ao contrário dos colônias bacterianas, não fornecem alimento aos protozoários, como bactérias livres e pequenas colônias bacterianas. Como as células filamentosas também possuem a capacidade de purificar a água, podemos observar que, quando essas células se multiplicam em grande número dentro da membrana biológica, a eficiência do filtro biológico na remoção de substâncias orgânicas presentes nas águas residuais não diminui significativamente. Em vez disso, há apenas uma ligeira redução nessa eficiência; geralmente, ela é cerca de 10% menor do que a eficiência normal da membrana biológica na remoção de substâncias orgânicas. Quanto à morfologia observada sob o microscópio nesses filamentos dentiformes, existem fungos filamentosos com características semelhantes às observadas durante a expansão dos fungos filamentosos no método de lodo ativo; ou seja, têm formato alongado, são rígidos e difíceis de se dobrar ； Existem também os de formato macio, que são os filamentos bacterianos característicos das biofilmes. Em resumo, a proliferação massiva de microrganismos filamentosos inevitavelmente resulta na formação de aglomerados bacterianos de cor branca leitosa na biofilme dos filtros biológicos. Diferentemente da função dos flocos bacterianos, que se aderem ao meio filtrante graças à camada anaeróbica, os microrganismos filamentosos de cor branca leitosa permanecem no meio filtrante sem se desprenderem, graças à sua superfície densa e homogênea, que lhes permite resistir ao impacto das águas residuais. Embora a capacidade de degradação dos compostos orgânicos presentes nas águas residuais não diminua significativamente após a formação de células fúngicas de cor leitosa pelas biomembranas, observa-se que essas células fúngicas filamentosas podem facilmente causar um aumento da proliferação de fungos no sistema de lodo ativado. A principal razão é que, durante o funcionamento diário, uma certa quantidade dessas membranas biológicas brancas se descola e acaba chegando aos tanques de aeração seguintes. Na fase inicial, devido à incompatibilidade com o ambiente, os filamentos bacterianos passam do ambiente da biofilme para o tanque de aeração; contudo, têm dificuldade em sobreviver efetivamente, motivo pelo qual não ocorre um surto no tanque de aeração. Mas, com o passar do tempo, uma parte desses microrganismos filamentosos que se desprendem e chegam ao tanque de aeração acaba se adaptando ao novo ambiente. Assim, eles formam uma população dominante no tanque de aeração, afetando assim a qualidade geral do funcionamento do sistema de lodo ativado. 7. Análise das causas de falhas comuns no funcionamento do tanque de aeração (1) Causas da formação de espuma na superfície do tanque de aeração Ao analisar a formação de espuma na superfície do tanque de aeração, devemos compreender uma causa fundamental: a espuma se forma porque sua densidade é menor que a do líquido misturado no tanque, fazendo com que flutue na superfície. Portanto, para determinar as razões pelas quais surgem resíduos flutuantes nas estações de aeração, podemos começar analisando esse aspecto. Do ponto de vista do funcionamento prático, a razão principal é a presença de bolhas misturadas na escória flutuante. Quanto à razão pela qual as bolhas servem como agente para a formação da escuma, elas são apenas o que faz com que a escuma flutue. A verdadeira razão pela qual as bolhas conseguem sustentar a escuma é algo que precisa ser esclarecido. Pode-se dizer que a formação de bolhas é inevitável devido à existência da aeração. Portanto, a questão principal é se o lodo ativado possui a capacidade de adsorver e envolver bolhas de ar. Se houver essa capacidade, os agregados de bactérias que absorveram as bolhas flutuarão naturalmente na superfície do líquido. É por isso que conhecemos a existência de resíduos flutuantes na superfície dos tanques de aeração. A capacidade do lodo ativado de adsorver bolhas é determinada principalmente pelo próprio lodo ativado. A secreção de substâncias viscosas por parte do próprio sistema aumenta, fazendo com que a viscosidade do lodo ativado aumente significativamente. Isso, por sua vez, melhora a capacidade de adsorção das pequenas bolhas de ar. Vamos analisar novamente as causas da formação das bolhas. Como mencionado anteriormente, a aeração pode gerar uma grande quantidade de bolhas pequenas que são adsorvidas pelo lodo ativo viscoso, resultando finalmente na formação de espuma. Além disso, as bolhas são formadas devido aos gases liberados pela decomposição de matéria orgânica pelo lodo ativo. Esses gases incluem dióxido de carbono e hidrogênio. Em prática, essas bolhas fazem com que o lodo ativo, que possui propriedades adesivas, forme resíduos flutuantes. Da mesma forma, se o lodo ativado sofrer desnitrificação devido a um desequilíbrio na proporção entre carbono e nitrogênio, também serão formadas bolhas que causarão a formação de escuma. Identificar quais tipos de bolhas causam a formação de resíduos na superfície do líquido é algo extremamente importante para ajustar os processos durante a gestão operacional. O método de identificação comumente usado aqui é a razão de sedimentação do lodo ativo. Após observar a razão de sedimentação do lodo ativado, e ao examinar as bolhas presentes na superfície do líquido no medidor de volume, pode-se ver claramente que existem bolhas nessa superfície. Essas bolhas provêm do processo de aeração. Não é possível observar essas bolhas a olho nu, mas, com o uso de um microscópio, é possível constatar que elas são produzidas pela decomposição dos materiais orgânicos pelo próprio lodo ativado. A diferença aqui é um indicador de comparação em termos do tamanho das bolhas. Por outro lado, uma comparação possível é a de realizar um agitação rápida e leve na camada de espuma na superfície do líquido. Se a espuma voltar a afundar após essa agitação, pode-se considerar que as bolhas presentes nessa espuma são resultantes da decomposição de materiais orgânicos pelo próprio lodo ativo, ou então da desnitrificação que ocorre no lodo ativo. E quando se agita a escuma na superfície do líquido e ainda não se observa uma descida significativa da escuma, na maioria dos casos considera-se que as bolhas presentes dentro dessa escuma são aquelas geradas durante a aeração do lodo ativado. Isso é feito por meio da avaliação da origem das bolhas presentes nas impurezas na superfície do líquido, após a agitação da mesma. (2) As razões para o odor de terra presente no lodo ativado: durante a inspeção dos tanques bioquímicos, pode-se perceber claramente esse odor de terra. Isso se deve ao aroma característico que é gerado quando o lodo ativado decompõe matéria orgânica e durante seus próprios processos de reprodução e metabolismo. Além das bactérias vivas, o lodo ativado também contém bactérias mortas. Por isso, o lodo ativado possui as características próprias do lodo em geral. Devido à aeração, os vários odores presentes no lodo ativado também são expelidos para fora. Essa é a principal razão pela qual as pessoas percebem um cheiro semelhante ao de terra ao fazer inspeções nas proximidades do tanque de aeração. Aqui, não há uma atitude negativa em relação ao odor característico do lodo ativado. Pelo contrário, esse odor é necessário para confirmar que o lodo ativado está funcionando corretamente. No entanto, quando não se percebe esse odor ou se percebe outro tipo de cheiro no tanque biológico, então há algum problema no sistema de lodo ativado, e é preciso realizar uma análise mais aprofundada. A intensidade do odor fétido do lodo ativado está relacionada à temperatura e ao grau de reação do lodo ativado. No verão, o odor a terra proveniente dos tanques de tratamento biológico se volatiliza mais intensamente devido às temperaturas mais altas; essa é a razão pela qual esse odor é mais perceptível no verão ； No inverno, é o contrário. Ao mesmo tempo, o cheiro característico do lodo ativado está relacionado ao grau de intensidade das reações no sistema bioquímico. Quando a concentração de lodo ativado é muito alta, as reações bioquímicas se intensificam, e, consequentemente, torna-se possível perceber um cheiro mais forte. Na prática, verificou-se que a intensidade do odor de terra permite determinar se o sistema de lodo ativado está em bom estado de funcionamento. Geralmente, nas fases em que a carga de lodo ativado é excessiva e quando o lodo ativado está em estado de envelhecimento, torna-se difícil perceber o forte cheiro característico do lodo ativado. Isso é muito útil para fazer uma avaliação abrangente das condições de funcionamento do lodo ativado. Além do cheiro característico de lodo ativo que se percebe nas bacias bioquímicas, é possível sentir também outros odores, especialmente aromas ácidos ou alcalinos. A principal causa disso é a entrada de efluentes com valor de pH excessivamente alto ou baixo no sistema biológico, o que provoca flutuações anormais no valor de pH do misturo de lodo ativado presente nesse sistema. Nesses casos, é fácil perceber um cheiro ácido ou alcalino ao redor do sistema bioquímico. Nessa situação, é muito necessário fazer ajustes no sistema bioquímico; caso contrário, isso pode causar efeitos indesejados nele. (3) Problemas de espuma em tanques de aeração. As causas dos problemas de espuma nos tanques de aeração são diversas, e sua análise é bastante complexa. No entanto, existem padrões que podem ser seguidos na prática. A análise pode ser feita a partir dos seguintes aspectos. 1) A espuma flutuante no tanque de aeração, até certo ponto, deriva da formação de bolhas. Com o acúmulo contínuo de espuma, a escória se tornará cada vez mais espessa; o problema subsequente é o surgimento de condições anaeróbicas e escurecimento no interior da escoria. A dissolução das escumas existentes e a formação de novas escumas determinam, mutuamente, a espessura final da camada de escumas. Já as escumas que se dissolvem tornam-se a principal causa da turvação da água que sai do tanque de sedimentação, além de serem responsáveis pelo aumento dos níveis de matéria orgânica na água. Com base na análise acima, devemos dar grande importância à formação de espuma nos tanques bioquímicos, a fim de evitar que isso contribua para a formação de resíduos na superfície do líquido no tanque. 2) A formação de espuma no tanque de aeração está relacionada à alta viscosidade do lodo ativado; da mesma forma, pode-se observar que a geração de espuma também está relacionada à viscosidade do lodo ativado. 3) A cor da espuma formada na superfície do tanque bioquímico também pode fornecer muitas pistas às pessoas. Quando surge espuma de cor marrom-acinzentada, é possível determinar se ela se deve ao envelhecimento do lodo ativado, considerando a fragilidade da espuma e sua taxa de acúmulo. Os conhecimentos apresentados anteriormente podem ser utilizados para determinar se o lodo ativado está envelhecendo, por meio de vários parâmetros, como a razão de sedimentação do lodo ativado, o valor SVI, o valor F/M, além da idade do lodo. Aqui, gostaríamos de ressaltar um ponto: quando o lodo ativado sofre um envelhecimento grave, surge espuma de cor marrom-acastanhada na superfície do tanque biológico. Além dessa cor, as características dessa espuma incluem sua facilidade de se quebrar, sua tendência a se acumular em forma de escória, e uma viscosidade baixa. Além da espuma marrom-avermelhada comum, outra espuma comum é a espuma branca. Além das características próprias da cor branca, a alta viscosidade, a tendência a se acumular e a ausência de resíduos flutuantes são também as principais características distintivas da espuma branca. A ocorrência desse tipo de espuma geralmente pode nos fornecer indicadores claros de falhas no sistema de lodo ativado. Outro indicador de grande importância prática que precisa ser destacado aqui é o fato de que a formação dessa espuma branca está relacionada a uma carga de impacto súbita e elevada no sistema de lodo ativo. Em termos de mecanismo, pode-se dizer que, em águas residuais com alta concentração de matéria orgânica, e quando há uma ventilação adequada, também é possível que se forme espuma em grandes quantidades. Da mesma forma, em tanques de descarga, onde há ondas de fluxo, geralmente se acumula muita espuma. Portanto, pode-se imaginar que a concentração de matéria orgânica na água de descarte (tomando o DQO como exemplo) geralmente não ultrapassa 100 mg/L; essa água consegue formar bastante espuma sob a ação do salto hidráulico. Já na água residual que entra no tanque biológico, o teor de matéria orgânica (também medido pelo DQO) costuma ser superior a 500 mg/L. Quando esse tipo de água residual com alta carga orgânica entra no tanque biológico, é muito fácil que se forme um acúmulo de espuma sob a ação da aeração. Portanto, o resumo dos resultados é que, quando o lodo ativo é submetido ao impacto de águas residuais com grande volume e alta carga, ele pode gerar uma grande quantidade de espuma branca e viscosa. Além disso, a superfície dessa espuma não apresenta resíduos marrom-acastanhados de lodo ativo (o fato de não haver tais resíduos significa que, sob alta carga, o lodo ativo não se encontra em fase de envelhecimento; consequentemente, não há lodo ativo desagregado aderindo à espuma branca e viscosa. Pelo contrário, os microrganismos do lodo ativo sob esse impacto encontram-se num estado de crescimento logarítmico, sendo extremamente ativos; assim, também não surgem aglomerados bacterianos livres que possam aderir à superfície da espuma branca e viscosa). 4) Quanto ao problema da formação de espuma causado pelo envelhecimento do lodo e pelas cargas de choque, descrito detalhadamente no ponto anterior, é necessário ainda fazer distinções em relação a algumas situações especiais. O que precisa ser distinguido, principalmente, são esses dois casos especiais: a espuma gerada pelo fluxo de detergente e a espuma produzida após a desintegração da lama ativa. O detergente flui para o sistema bioquímico; o que podemos ver são espumas brancas e viscosas. No entanto, a intensidade dessa viscosidade não é tão grande quanto a das espumas brancas que se formam quando a carga é excessiva. Além disso, devido aos detergentes e dispersantes de superfície, a espuma que se forma adquire uma leve coloração sob a luz do sol. Isso ocorre porque a maioria desses detergentes, dispersantes de superfície e tensoativos é derivada do petróleo, contendo componentes oleosos; por isso, sob a incidência da luz solar, a espuma reflete uma luz colorida. Para identificar com mais precisão se a espuma é causada por detergentes, dispersantes de superfície ou tensoativos, pode-se realizar a verificação na área físico-química localizada na parte anterior do tanque bioquímico, observando especialmente se há formação de espuma na borda do vertedouro do tanque de sedimentação primária. Geralmente, devido à alta carga, em situações em que a concentração de matéria orgânica nas águas residuais é elevada, desde que o salto d’água não seja muito pronunciado, normalmente não se forma acúmulo de espuma. Contudo, a espuma gerada por detergentes, dispersantes de superfície, tensoativos, etc., produz muita espuma mesmo sob a ação de pequenas ondas de água; às vezes, também se forma espuma na posição do eixo do agitador na área de adição de produtos químicos físico-químicos. Isso difere da espuma que se forma nas águas residuais devido ao seu alto teor de matéria orgânica. A espuma causada pela intoxicação do lodo ativado pode ser distinguida da espuma resultante do envelhecimento do lodo ativado pela cor. Após a ocorrência da intoxicação, o lodo ativado se desintegra rapidamente. Além disso, ele é facilmente levado para a superfície pela aeração, formando espumas. No entanto, essas espumas têm cor escura, sendo predominantemente cinzentas. Diferentemente das espumas que se formam quando o lodo ativado envelhece, essas espumas não possuem mais aquela aparência “viva” típica do lodo ativado, que fica preso às espumas. Claro, o melhor método para auxiliar no diagnóstico é combinar a observação dos protozoários com o uso de microscópio, o que facilita bastante a confirmação. 8. Análise das causas comuns de falhas no funcionamento do tanque de sedimentação secundária. A maioria das falhas no tanque de sedimentação secundária é causada por problemas no funcionamento do tanque de aeração. Como o tanque de aeração e o tanque de sedimentação secundária estão intimamente relacionados, o bom funcionamento do tanque de sedimentação secundária é fundamental para garantir a qualidade da água que é liberada após a separação do lodo ativado no sistema biológico. Por isso, é necessário analisar as causas dos problemas mais comuns. (1) Resíduos na superfície do tanque de decantação secundário: O próprio tanque de decantação secundário produz poucos resíduos; eles vêm, principalmente, do tanque de aeração. Como o lodo resultante da aeração tende a entrar no tanque de decantação secundário, ele acaba flutuando na superfície desse tanque. Como o tanque de decantação secundário não possui função de mistura, isso facilita ainda mais a formação de lodo. Claro, em comparação com tanques de aeração. No tanque de decantação secundário, é mais fácil ocorrer a denitrificação do lodo ativo, o que acaba fazendo com que uma grande quantidade desse lodo flutue na superfície da água, formando uma espécie de escuma. Isso acontece porque a denitrificação requer condições de falta relativa de oxigênio e condições anaeróbicas, condições que não existem no tanque de aeração. Esta é a razão pela qual ocorre a denitrificação do lodo ativo no tanque de decantação secundário, especialmente quando há baixo teor de oxigênio dissolvido na saída do tanque de aeração, além de um desequilíbrio grave entre o carbono e o nitrogênio. (2) O escoamento da água do tanque de sedimentação secundário apresenta fenômeno de flutuação de lama. A ocorrência dessa lama está relacionada principalmente ao envelhecimento do lodo ativado; pois, quando o lodo ativado envelhece, ele se desintegra, formando pequenos flocos que ficam suspensos na água. Esses flocos acabam saindo do tanque de sedimentação secundário antes que possam se depositar, tornando-se assim a lama que flutua nesse tanque. É claro que, em muitos casos, a presença de lama é resultado de vários fatores, como uma carga hidráulica excessiva. Nesses casos, os aglomerados de lodo ativo presentes na mistura não têm tempo suficiente para se depositar antes de serem expelidos para fora do tanque. (3) Ascensão dos aglomerados de lodo ativado no tanque de decantação secundário: ao realizarmos inspeções no tanque de decantação secundário, costumamos verificar as condições da água perto da entrada do mesmo, pois é lá que aparecem os primeiros sinais relacionados à eficiência da sedimentação no tanque. Se for observado que há um grande número de aglomerados de lodo ativo subindo na extremidade da entrada de água, geralmente o problema é bastante grave. Se esses aglomerados de lodo ativado subirem à superfície e não conseguirem se depositar no tanque de decantação, eles certamente vazarão para fora dele. Isso é fatal para todo o sistema de lodo ativado, pois, uma vez que esses aglomerados saem do tanque de decantação, a quantidade de micróbios no tanque de aeração diminui drasticamente. Assim, leva muito tempo para que o tanque de aeração volte ao normal, e a água que é liberada também terá concentrações acima dos limites permitidos. Então, qual é a razão que faz com que os aglomerados de lodo ativado subam no tanque de decantação secundário? Na prática, constatou-se que o surgimento de tais situações está intimamente relacionado à expansão das bactérias filamentosas no lodo ativado. É por isso que nos causam tantos problemas a expansão dessas bactérias filamentosas. Portanto, após a expansão dos fungos filamentosos no lodo ativo, se houver um impacto devido à carga hidráulica, é muito provável que os aglomerados de lodo ativo sejam levantados para cima. (4) O crescimento excessivo de musgo na saída da água do tanque de decantação secundário se deve, principalmente, ao alto teor de nutrientes presente nessa água, o que permite que as algas cresçam em grande quantidade onde há luz. Combinando a análise dos nutrientes presentes na água que sai do tanque de sedimentação, é possível determinar se o crescimento excessivo de algas se deve à presença de uma quantidade excessiva de nutrientes. 9 Análise de falhas no funcionamento dos três tanques de sedimentação Nessa grande empresa papelíria, geralmente não há muitas falhas nos três tanques de sedimentação, pois sua função é garantir uma segunda etapa de sedimentação para o tanque de sedimentação secundário. Mas o problema ocorre, na maior parte dos casos, na área de reações físico-químicas localizada antes das três câmaras de sedimentação; alguns operadores tendem a cometer erros nessa região. Durante as operações na seção de reações físico-químicas dessa área, o objetivo principal é fortalecer as partículas finas presentes na água resultante da segunda sedimentação. Isso é feito por meio da adição de substâncias químicas, a fim de que essas partículas possam ser removidas mais eficazmente no tanque de terceira sedimentação. Mas há frequentes problemas com a aplicação dos medicamentos, pois eles são exatamente os mesmos utilizados na fase físico-química antes da câmara de sedimentação inicial. Assim, surge um problema: como as substâncias suspensas nas águas residuais, que são tratadas na fase físico-química antes do tanque de sedimentação inicial, são, em sua maioria, semelhantes a partículas de argila e possuem carga negativa, os grânulos formados após a adição de PAC nessa fase são muito pequenos. Somente com a adição de um agente coagulante adicional, o PAM (de carga negativa), é que os flocos se tornam maiores. A razão para isso é que o PAC atua como esqueleto na formação de flocos. Por meio da sua capacidade de aglutinação, o PAC consegue unir as partículas presentes nas águas residuais. Nos grupos poliméricos do PAC, podem se adsorver grandes quantidades de partículas coloidais com carga negativa ou partículas semelhantes a argilas. No entanto, a desvantagem do PAC é que ele não consegue adsorver outros flocos sobre os flocos já formados, aumentando assim o volume dos flocos. Por isso, os flocos formados após a adição de PAC costumam ser pequenos. Nesse caso, para determinar se a adição de PAC é adequada, é necessário verificar se existe um espaço de água claro entre os flocos no líquido misturado – ou seja, se existem espaços vazios claros entre as partículas. Essa observação é muito útil para avaliar a eficácia da adição de PAC. Após a adição de PAC, adiciona-se PAM para potencializar o aumento dos flocos resultantes da coagulação, e isso também é sustentado por fundamentos teóricos. O PAM é um agente coagulante de alto peso molecular, derivado de polímeros orgânicos. Após a hidrólise, são formados muitos monômeros que possuem grande capacidade de adsorver e capturar partículas presentes na água. Geralmente, o PAM é utilizado em conjunto com o PAC; trata-se de um PAM negativo, ou seja, monômeros resultantes da hidrólise ionizada do PAM (que carregam carga negativa). Como já foi mencionado anteriormente, após a adsorção dos grupos carregados positivamente pelo PAC, quase todos os grupos presentes em uma cadeia de PAC acabam se ligando a partículas semelhantes a argilas, que são carregadas negativamente. Quando se adiciona PAM, que possui carga negativa intensa, o esqueleto formado pelo PAM consegue adsorver grandes quantidades de cadeias de PAC. Quando um grupo central do PAM adsorve uma grande quantidade de cadeias de PAC, é possível observar a formação de partículas muito grandes. Aqui, podemos ver claramente que as partículas presentes em águas com carga negativa são absorvidas pelo PAC, que possui carga positiva, formando assim aglomerados de cadeias longas. Em seguida, é adicionado o agente coagulante PAM, que também possui carga negativa; este agente faz com que o PAC, que já absorveu as partículas, forme ainda maiores aglomerados. Este é o processo geral de formação de grandes aglomerados. Para garantir a qualidade da água que sai do terceiro tanque de decantação, é necessário precipitar e remover os flocos de lodo ativado que saem do segundo tanque de decantação, por meio da adição de agente coagulante. Descobrimos que a adição de uma pequena quantidade de coagulante não tem nenhum efeito de floculação. A razão para isso é que os flocos que saem do tanque de sedimentação são, na maioria dos casos, lodos ativos desflocados. Os lodos ativos são, na verdade, partículas floculadas com carga elétrica negativa. No entanto, quando os lodos ativos se desflocam por vários motivos, torna-se muito difícil fazer com que esses flocos desflocados voltem a se unir. Isso acontece porque, sem a ação das substâncias adesivas presentes nos microrganismos presentes nos lodos ativos, os flocos com carga negativa não conseguem se unir para formar flocos maiores. Isso é particularmente evidente nos grânulos de lodo ativado desfibrilado que são levados pela corrente d’água na água de saída da câmara de sedimentação. Portanto, se não for adicionada uma quantidade suficiente de PAC na área físico-química localizada na parte anterior do tanque de sedimentação tripla, será difícil obter um bom efeito de flocação. Muitos operadores, ao verem essa situação, acham que se deve a uma adição insuficiente de PAM. Por isso, aumentam continuamente a quantidade de PAM adicionado. Como resultado, há uma grande quantidade de monômeros de PAM com carga negativa, e esses monômeros não conseguem se aglutinar com os flocos carregados negativamente formados pelo lodo ativo. Assim, em vez de se formarem flocos após a aglutinação, os grânulos do lodo ativo ficam ainda mais estáveis, e o efeito de aglutinação desaparece completamente. Para resolver esse problema, é necessário aumentar a quantidade de PAC utilizado. O PAC pode servir como estrutura que dá forma aos flocos. Como as partículas de lodo ativo que vêm do tanque de decantação nem sempre são muitas, quando há poucas dessas partículas na água, há menos oportunidades para que elas se unam entre si. Esses grânulos de flocos dispersos só podem ser controlados aumentando a quantidade de PAC utilizada, sendo o PAC utilizado como estrutura de coagulação para melhorar o efeito de aglomeração. A prática também demonstrou que saber a eletricidade da lama no tanque de decantação é de grande ajuda para determinarmos a escolha e a dosagem dos coagulantes e aditivos utilizados.