Reflexões sobre o sistema SBR e o processo de lodo ativado

A solução de reatores em batelada sequencial, chamada SBR (do inglês Sequencing Batch Reactor) conta hoje como uma das tecnologias mais potentes na sua eficiência e mais seguras em diversas situações de cargas. O SBR aplica o processo de “lodo ativado”, ou seja, é baseado na atividade de bactérias degradadoras em altíssima concentração formando biomassa ou lodo que necessariamente precisa de aeração.

 

Como o processo de lodo ativado foi desenvolvido?

Embora existam diversas tecnologias de lodo ativado no Brasil e no mundo, a mais conhecida o lodo ativado de fluxo contínuo, sendo as primeiras aplicações de grandes ETEs (Estações de Tratamento de Esgoto) em meados da década de 70 e hoje considerada uma das tecnologias mais utilizadas, inclusive para ETE de porte pequeno.

Poucos sabem, talvez, que o primeiro processo de lodo ativado, desenvolvido por Ardern & Lockett em Manchester (Inglaterra) era um SBR (Fonte: Wilderer, P.A.; Irvine, R.L.; Goronszy M.C.: Sequencing Batch Reactor Technology, IWA Publishing, Mar 1, 2001). Na primeira realização em 1914 na cidade Salford foram operados 2 reatores de 83 m³ desta forma:

Fases principais da primeira realização de SBR em 1914:
1. Enchimento com esgoto (45 min); 2. Aeração e Reações Biológicas (3 horas); 3. Decantação (2 horas); 4.  Retirada do efluente tratado (1 hora e 15 min de espera)

Isso era a teoria, imaginamos agora a prática no início do século passado: operadores durante 24 horas com olho no relógio para ligar e desligar bombas, válvulas e aeradores, ainda pensando nas interferências entre os dois reatores e cada dia com outro esquema horário, dominado pelo tempo de ciclo de 7 horas. Simplesmente não funcionava como deveria.

Por esta dificuldade como solução desenvolveu-se alguns anos depois a ideia de separar um reator para a Aeração/Reação e um Decantador para a decantação/retirada – resultou o fluxo contínuo assim como mostra o esquema.

Esquema clássico de lodo ativado de fluxo contínuo

Desta forma o “lodo ativado de fluxo continuo” tornou se a mais utilizada tecnologia no mundo e durante décadas foi pesquisado e desenvolvido seu grande potencial que consiste em:

  1. Realizar como sistema único todos os processos biológicos de tratamento com altíssimo nível de eficiência; e
  2. Poder adaptar e flexibilizar o processo do tratamento em função das exigências, tanto pelo dimensionamento como pela operação.

Conclusão: Atualmente, se subentende fluxo contínuo quando se fala de “lodo ativado”. Mas o lodo ativado é nada mais que um processo que pode ser aplicado, com todo seu potencial, tanto nas formas de fluxo continuo ou em batelada sequencial.

 

Por que a realização de lodo ativado como SBR foi reativada?

No sistema de fluxo continuo o decantador é o “coração”, ou seja, se o decantador não der conta da separação entre o efluente clarificado e a biomassa (lodo ativado), o lodo irá sair junto com o efluente e o sistema perde totalmente sua eficiência.

Principalmente a eficiência da decantação depende da velocidade com qual o efluente passa pelo decantador e isso funciona de melhor forma com velocidade constante, ou seja, com vazão equilibrada. Por isto o fluxo contínuo não é considerado como tecnologia adequada em situações onde se produzem altos picos da vazão, como acontece tipicamente em ETE que atendem uma área limitada (ETE decentralizada) ou, por exemplo, quando tem certa infiltração de agua na rede coletora de esgoto.

Essa limitação foi a razão principal para Irvine reativar a ideia inicial de lodo ativado por batelada e assim realizou no ano de 1971 um SBR para a ETE da cidade Culver nos EUA (Fonte: Wilderer, P.A.; Irvine, R.L.; Goronszy M.C.: Sequencing Batch Reactor Technology, IWA Publishing, Mar 1, 2001). Dando continuidade pela melhoria dos sistemas de automação, retomando o desenvolvimento e aplicação de SBR a partir dos 80 em grande escala nessa configuração de separação total de fases, especialmente nos EUA e na Alemanha.

Resposta: Entre as tecnologias de alto eficiência, o SBR é considerado como aquela que responde melhor as condições variáveis de vazão de esgoto.

 

Por que a Rotaria do Brasil promove o SBR?

Algumas situações típicas da realidade de nossos clientes, quando se busca um tratamento de efluentes:

  • Esgoto municipal de médias a pequenas cidades ou até bairros, muitas vezes ainda com influência de água de chuva na rede;
  • Esgoto municipal de balneários ou outras localidades com alta influência turística temporada;
  • Esgoto doméstico de empreendimentos individuais, como condomínios, centros comercias (shopping) ou centros industriais;
  • Efluentes industriais (lacticínio etc.) chegando à ETE em intervalos de produção.

Para todos estes exemplos o SBR, quando comparado com o lodo ativado de fluxo continuo, se apresenta como a tecnologia adequada, por ser mais compacto e mais adaptável as diversas situações construtivas, o fator diferencial e importante é a capacidade de SBR de absorver as variações das cargas, que tipicamente caracterizam todos estes efluentes.

Um exemplo para ilustrar: Em um Parque residencial ou um bairro com poucos comércios a maioria de pessoas sai durante o dia (trabalho, escola etc.) e vão para distritos fora do atendimento da ETE. Assim, na área predominante residencial as atividades relacionadas com uso de agua são bastante sincronizadas, assim os picos acontecem tipicamente pela hora de manhã e final de tarde e consequentemente a diferença entre a vazão média diária do esgoto e os picos é muito maior que o indicado pela norma ABNT 9649 de 1986.

O que significaria o pico hidráulico “real” para o decantador (de fluxo continuo) que foi dimensionado pelo pico da norma?

  1. A alta vazão dilui o lodo no reator e transporta mais lodo que previsto ao decantador.
  2. Chegando no decantador, a alta vazão reduz o tempo da retenção e provoca turbulências, assim o lodo não pode decantar e é levado com o efluente.

Além disso podem existir mais problemas na prática, os decantadores simples de ETE pequenas muitas vezes não funcionam adequadamente ou, quando o sistema depende de alimentação com bombas, estas são dimensionadas para vazões ainda maiores que a vazão de pico, assim não permitindo a decantação do lodo. Isto pode até levar a uma situação que nunca se mantem biomassa no reator.

Por que não dimensionar o decantador para absorver picos hidráulicos “reais”?

Teoricamente um maior dimensionamento de decantador seria possível, mas por outro lado, a baixa contribuição com efluente entre os picos, levaria um elevado tempo de permanência do lodo no decantador, tendo o perigo de sua flutuação por processos anóxicos/anaeróbios. Para evitar este efeito o sistema dependeria de uma regulação e controle constante. Tomando em conta estas necessidades, o sistema com fluxo continua ficaria muito menos econômico do que um SBR tanto na implantação (custo de investimento – CAPEX) como na operação (OPEX).

Resposta: Pelos aspectos técnicos e econômicos o lodo ativado de fluxo continua não se apresentaria como solução adequada para muitas situações da realidade atual, devido as características de efluentes e principalmente a alta flutuação de vazão.

 

Por que e como então o SBR pode absorver as cargas de pico?

A operação em fases (Rotaria Tecnologia SBR) e a permanência do lodo no mesmo reator biológico possui uma série de vantagens. A carga máxima hidráulica em cada ciclo de SBR é definido somente pelo nível máximo de enchimento do reator e o tempo para a decantação sempre corresponde a esta carga.

Se acontece um pico hidráulico, por exemplo: na hora de manhã em um condomínio, na hora de almoço em um centro comercial, em caso de chuva em uma cidade, durante carnaval, réveillon, natal em um balneário, existem diferentes mecanismo de absorção no SBR:

  • Picos momentâneos e pequenos são absorvidos sem alteração do processo, já que o reator SBR  tipicamente recebe o esgoto durante 4-6 horas pode equilibrar os picos de curta duração.
  • Picos com duração estendida são absorvidos pela alteração do ciclo de forma automática, a Rotária do Brasil programa seus SBR para que perceba automaticamente o crescimento mais rápido do nível do enchimento no reator e consequentemente reduzindo o tempo para as fases da reação biológica, ou seja, corta automaticamente as fases da reação (por exemplo de 6 a 3 horas). O importante é que para as fases da decantação e retirada sempre se mantem o mesmo tempo (1,5 a 2 horas na SBR Rotaria). Desta maneira mantendo a situação hidráulica do sistema sempre constante.

Resposta: A automação adaptada do reator SBR garante que os picos de carga podem ser absorvidos sem perda da sua eficiência e independente da necessidade de intervenção de um operador.

 

A necessidade da automação de SBR – limitação ou potencial?

A absorção de picos hidráulicos somente é um exemplo da flexibilidade do SBR. Além disso existem muitas possibilidades de adaptação de SBR aos diversos processos biológicos (a exemplo nitrificação, desnitrificação e biodesfosfatação) que já foram realizadas no Brasil pela Rotária e pesquisadas, por exemplo, em cooperação com a UFSC (referencias: Rotaria Tecnologia SBR).

Sem dúvida a flexibilidade de SBR e todo seu funcionamento depende, principalmente, de automação. Mas isso, hoje em dia, realmente pode ser visto como limitação? Internet e smartphone mudaram nossa realidade, sistemas eletrônicos facilitam tanto a vida profissional como a vida privada, mas justamente na área tão importante como é o saneamento continuamos no nível técnico de Ardern & Lockett a mais que 100 anos atrás?

Conclusão: Se todas as ETE tivessem automação, especialmente as descentralizadas, que não contam com a presença continua de operador, teriam ainda mais segurança e eficiência bem como seu controle mais facilitado e econômico. Além disto, os SBR da Rotaria do Brasil contam com telemetria e supervisão online, que representa a solução adequada às situações típicas de nossa realidade, onde se busca um tratamento capaz de solucionar em vez de criar novos problemas.