Uma das mais importantes ferramentas para operação de uma planta de lodos ativados, o controle da idade do lodo auxilia no controle operacional das estações. "O conceito de lodos ativados completou 100 anos em 2014. Porém, em 80 anos, houve pouca mudança em sua concepção original e controle operacional. Mesmo assim, nas últimas décadas, observou-se a evolução de novas tecnologias que utilizam o processo de lodos ativados como base, o que acentua sua importância", avalia o engenheiro Jacques Conchon, diretor técnico da Neotex Consultoria Ambiental. Mauro Coutinho, diretor da Centroprojekt do Brasil, também compartilha da opinião: "O processo de lodos ativados, desde quando foi descoberto em 1914 até hoje, é o principal processo de tratamento de esgotos domésticos e contaminantes orgânicos dissolvidos em quaisquer tipos de efluentes."

Processo
Os contaminantes orgânicos são os principais poluidores do meio ambiente. "A natureza os absorve e modifica pela ação de microrganismos que deles se alimentam e crescem. Para fazer esse trabalho, os microrganismos consomem também oxigênio, exaurindo o oxigênio dissolvido do corpo d´água receptor, o que impede todo o tipo de vida aquática aeróbica", diz Coutinho.
Já o processo de lodos ativados é um tratamento de efluentes de caráter biológico no qual a matéria orgânica solúvel e biodegradável presente é oxidada, por meio da ação desses microrganismos, para substâncias mais simples (água e gás carbônico), o que reduz seu potencial poluidor. Esses microrganismos se multiplicam rapidamente quando efluentes que possuem matéria orgânica são lançados em um corpo d’água. "Devido à respiração desses microrganismos e à demanda de oxigênio para oxidação das substâncias orgânicas, há uma grande redução do nível de oxigênio dissolvido, o que pode causar mortandade de peixes com consequente degradação da qualidade dos rios", concorda o engenheiro químico Luiz Fernando Matusaki, sócio-proprietário da Cylm Assessoria, Consultoria e Projetos Ambientais.
O que o processo de lodos ativados faz é usar o fato desses microrganismos, em determinadas condições, formarem colônias que floculam e podem ser separadas do líquido tratado, depois retornadas e mantidas nos reatores. "Deste modo, o processo natural é bem intensificado e atinge a remoção total da carga orgânica biodegradável presente nos esgotos. A separação da biomassa, composta pelas bactérias e outros microrganismos, pode ser feita por decantação, flotação ou filtração em membranas", ressalta Coutinho. O excesso de biomassa é retirado periódica ou continuamente para que se mantenha uma concentração desejada no processo.
Segundo Matusaki, o processo de lodos ativados simula em escala acelerada os processos biológicos que ocorreriam nos corpos d’água, permitindo que os efluentes sejam lançados com potencial poluidor bem menor. Para que esse processo tenha alta eficiência, é preciso o fornecimento de oxigênio, do próprio ar atmosférico, e que também sejam dosados nutrientes necessários (nitrogênio e fósforo) ao desenvolvimento dos microrganismos. "O lodo formado no tanque de aeração, composto de microrganismos, é separado no decantador secundário ou flotador e parte é recirculada de volta para o tanque de aeração. Periodicamente, deve ser feito um descarte para permitir a renovação da população de microrganismos", explica.

Mundialmente aplicado, o processo de lodos ativados consiste em retornar a massa ativa (microbiota) presente no lodo sedimentado no decantador para o reator biológico. "Esse retorno, com alto potencial de degradação, permite operar com concentrações de SST (Sólidos Suspensos Totais) mais elevadas no reator biológico, reduzindo de forma expressiva seu volume quando comparado com processos mais simples, como lagoas facultativas ou aeradas", salienta Conchon.

Segundo ele, o controle operacional até 20 anos atrás era realizado de maneira empírica e até hoje em muitas plantas é feito desta forma, muitas vezes, baseado apenas no resultado apresentado pelo lodo no cone de sedimentação Imhoff. "O conhecimento empírico é muito valioso, porém, não permite ser transferido, ou seja, um operador sabe que atitude tomar diante de um problema, mas não sabe o porquê. Hoje, por meio de uma metodologia que utiliza análises simples, ágeis e confiáveis, é possível controlar o estado de oxidação do lodo e, consequentemente, a sua decantabilidade. Isso porque o decantador é fonte de 99% dos problemas operacionais em tratamento por lodos ativados", aponta.

Monitoramento dos microrganismos
O crescimento dos microrganismos deve ser controlado. "Com o passar do tempo, esses microrganismos envelhecem e morrem, o que acaba prejudicando a eficiência do processo. Para controlar seu descarte, é utilizado o parâmetro ‘idade do lodo’, definido como o tempo de vida útil do microrganismo dentro do processo biológico de lodos ativados até que seja eliminado do sistema", esclarece Matusaki.
Existem diferenças técnicas entre as idades do lodo. Por exemplo, conforme diz o engenheiro químico, idades de lodo muito baixas fazem com que o lodo não tenha crescimento adequado, havendo dificuldades de decantação. Já idades de lodo elevadas fazem com que o lodo envelheça e a decantação também seja deficiente. "Em cada uma dessas situações, microrganismos típicos podem aparecer e são facilmente identificáveis na observação microscópica. O ideal em um sistema de tratamento é que haja equilíbrio entre os vários tipos de microrganismos", aponta.

A idade do lodo é uma das importantes variáveis que devem ser controladas na operação de uma planta de lodos ativados. "A concentração da biomassa mantida no processo, chamado de ‘licor misto’, que é a mistura de efluente e flocos bacterianos, e o tempo em que lá permanece são importantes fatores na performance de remoção dos poluentes dissolvidos e da sua ‘separabilidade’ do líquido tratado que permita a sua retenção no processo. Este tempo em que a biomassa é mantida no processo é denominada de idade do lodo", detalha Coutinho.
A geração excessiva de lodo provoca aumento na concentração de sólidos no reator biológico. A decantabilidade do lodo é diretamente afetada pelo aumento na concentração de SST.
"O controle operacional da ETE deve ser realizado não somente para monitorar o crescimento de lodo, como em muitas plantas, mas ter base também no estado de oxidação do lodo. As ferramentas que permitem controlar o estado de oxidação do lodo são a recirculação e a idade de lodo. A idade do lodo controla o descarte de lodo para manter estável a concentração de sólidos no sistema", ressalta Conchon.

Cálculos da idade do lodo
A idade do lodo de cada sistema dependerá das:
- Características dos efluentes, como vazão e carga orgânica.
- Variáveis do projeto: tempo de residência, Fator de Carga (F/M) e concentração de Sólidos Suspensos Totais e Voláteis (SST/SSV) no tanque de aeração.
Na prática, segundo Matusaki, a idade do lodo pode ser calculada pela expressão:

IL: , onde:

IL: idade do lodo (dias)
Vtaer: volume do tanque de aeração (m³)
VDL: volume de descarte de lodo diário (m³/d)
SSTtaer: concentração de Sólidos Suspensos Totais no tanque de aeração (mg/L)
SSTdl: concentração de Sólidos Suspensos Totais na linha de descarte de lodo (mg/L)
"As idades de lodo podem variar de 3 a 40 dias ou mais, dependendo do Fator de Carga (F/M) que o sistema de tratamento foi dimensionado. O ideal é que o descarte de lodo seja efetuado de modo mais contínuo possível para se evitar choques ao sistema biológico", recomenda Matusaki.
Conchon explica que esse descarte de lodo é devido à geração de lodo. "Em teoria, é preciso descartar diariamente a quantidade de lodo gerada, assim mantém-se o sistema estável e a renovação da microbiota. A geração de lodo depende, simplificadamente, da quantidade de matéria orgânica biodegradável que entra no sistema. Quanto mais carga entrar, maior será a geração de lodo", salienta.
Desta forma, a geração de lodo é devido ao Fator de Carga F/M (ou A/M), do inglês Food/Microorganisms, relação entre alimento (carga orgânica) e massa ativa no reator (SSV – Sólidos Suspensos Voláteis). "Quanto mais alto o Fator de Carga, maior será o coeficiente de geração de lodo. A idade de lodo deve ser eleita em função do F/M", esclarece Conchon, que cita um exemplo logo abaixo.
Vamos supor: Para o F/M igual a 0,30 d-1, a idade de lodo sugerida é de 10 dias. Isso significa que a cada dia deve-se descartar um décimo da massa presente no sistema, assim chega-se ao cálculo de descarte de lodo.

Como já foi dito, periódica ou continuamente certa quantidade de biomassa mantida no processo deve ser retirada para manter uma concentração adequada nele. Coutinho diz que a idade do lodo é "simplesmente a divisão do inventário de biomassa mantido no processo dividido pela quantidade dela descartada diariamente, ou seja, quantos dias tal biomassa fica, em média, dentro do processo". Segundo ele, o efeito da idade de lodo assim calculada é principalmente: eficiência da remoção dos poluentes, quantidade final de lodo produzido e a separabilidade da biomassa (lodo).
Existem critérios gerais para estimativa de tais efeitos, gráficos e faixas recomendados e são utilizados no projeto de vários tipos de processos de lodos ativados que usam diferentes idades de lodo. "Na experiência com a operação real, tais efeitos são verificados e é obtida a idade de lodo ótima em cada planta para seu próprio efluente. Além da verificação final do efeito da idade de lodo mantida na planta, diversos testes e monitoramentos são realizados, antecipando tendências da qualidade do lodo, inclusive a observação microscópica do lodo da planta, examinando os tipos de microrganismos (biota) presentes naquele momento", expõe Coutinho.

Adequação
Os graus de diferença na idade do lodo atendem a diferentes objetivos e problemas podem ocorrer se não forem ideais à aplicação. Cada sistema apresentará sua idade de lodo mais adequada e deverá ser definida na prática por meio do controle das demais variáveis de processo, como descarte de lodo, microbiologia, Fator de Carga (F/M) e taxa de recirculação. "Muitas vezes, se tem a ideia que somente idades de lodo elevadas causem problemas na sedimentabilidade do lodo. Na verdade, quando o sistema não estiver operando com sua idade de lodo adequada, haverá problemas na sedimentabilidade do lodo tanto em idade de lodo muito baixa quanto em idade de lodo elevada", alerta Matusaki.
A sedimentabilidade do lodo varia com a idade do lodo. Segundo Coutinho, para tanto, cada tipo de processo de lodos ativados, com suas idades de lodo específicas, tem o decantador secundário projetado com diferentes critérios e taxas superficiais (vazão unitária por m² de superfície do decantador).
Os fatores principais na escolha da idade do lodo no projeto de cada planta de lodos ativados estão relacionados a:
- Qualidade final desejada – Maior para maiores idades do lodo.
- Necessidade de nitrificação – Idades de lodo normalmente de 10 dias ou mais.
- Consumo de energia – Maior para maiores idades do lodo.
- Produção de excesso de lodo – Menor para maiores idades do lodo.

Coutinho explica que o crescimento da biomassa, que utiliza as substâncias orgânicas, se dá inicialmente pelo consumo de tais substâncias presentes no efluente e, na sequência, pelo consumo da própria biomassa pelos microrganismos dela, portanto, reduzindo a sua produção líquida ao final. Estas fases são chamadas de síntese celular e respiração endógena. "Quanto maior o tempo a biomassa fica no processo, maior a parcela da respiração endógena, resultando menor geração de lodo no final. Mas a respiração endógena também necessita de oxigênio, portanto, consome mais energia", diz.
Dependendo do objetivo do sistema de tratamento, a idade de lodo é um parâmetro que deve ser avaliado. "Por exemplo, em sistemas onde se requer a nitrificação, geralmente se opera com idades de lodo elevadas, pois a nitrificação ocorre em tempos de residência maiores, e principalmente após a oxidação dos compostos de carbono", indica Matusaki.
O processo de nitrificação é a oxidação do nitrogênio presente no efluente na forma amoniacal, convertendo-o à forma de nitrato, e utiliza microrganismos também presentes no efluente, distintos daqueles que prevalecem na remoção da carga orgânica dita carbonácea. "Todos os microrganismos precisam coexistir no lodo, pois tais processos são simultâneos, sendo o de nitrificação bem mais lento que o da remoção da carga orgânica carbonácea. Os microrganismos nitrificantes são mais sensíveis a variações no ambiente que se mantém no reator e exigem idade de lodo maior", ressalta Coutinho.
De acordo com Conchon, os problemas ocorrem quando a idade de lodo não condiz com o F/M e, consequentemente, com a geração de lodo. Isso resulta em acúmulo de lodo no sistema, que se torna superoxidado ou também chamado de lodo velho. "O lodo velho decanta muito rápido, porém, apresenta características precárias na formação do floco, quando surgem os pin-poin flocs, pequenas partículas em suspensão que agregam turbidez ao efluente final. O lodo superoxidado também tem uma parcela menor de massa ativa e a relação SSV/SST é diminuída, assim, com menos microbiota em atividade, a eficiência no tratamento é prejudicada", especifica.

Tecnologias
O processo de lodos ativados também atua junto com sistemas de aeração e de separação e combinação com outros processos, que, na sequência, o precedem ou o sucedem.
Sistemas de aeração – Aeração superficial com diversos tipos de rotores, inclusive patenteados. Ar difuso com vários tipos de difusores rígidos, por membranas flexíveis perfuradas, geração de bolhas finas, bombeamento ou cisalhamento, rotores especiais e ejetores através dos quais o licor misto é bombeado, entre outros.
Sistemas de separação – Por decantação, flotação com ar dissolvido e membranas de microfiltração ou ultrafiltração.
Combinação com processos – Diversos tratamentos primários (remoção de matéria suspensa não dissolvida), MBBR + lodos ativados, tratamentos terciários variados para a remoção de carga orgânica, contaminantes específicos, desinfecção, por oxidação química (ozônio, peróxidos, UV), filtros biológicos, etc. Além das importantes modificações, que não são mais novidade, combinando remoção dos nutrientes nitrogênio e fósforo. Fonte: Centroprojekt do Brasil.
O MBR e o MBBR são destaque de tecnologias que surgiram e são usadas nas duas últimas décadas neste setor. Mais recentemente, o MABR, que ainda está em fase de testes em escala piloto ou em pequenas instalações.
MBR (Membrane BioReactor - Reator Biológico com Membranas) – São utilizadas membranas de ultrafiltração ou de microfiltração em substituição ao decantador. No processo convencional de lodos ativados, a separação da fase líquida (efluente tratado) da fase sólida (lodo) ocorre por gravidade. Já no MBR, é feita por filtração, o que atribui excelente qualidade ao efluente tratado. Além disso, o MBR permite operar com concentrações elevadas de SST no reator biológico, reduzindo o volume necessário. Entre as desvantagens, estão o custo das membranas, o consumo energético e o entupimento das membranas, que tornam seu uso aplicável quando há exigências muito restritivas quanto à qualidade do efluente tratado e/ou quando se pretende reusá-lo. Alguns modelos têm menor consumo energético e menor tendência ao entupimento, como as membranas planas, especialmente as que operam com movimento rotativo.
MBBR (Moving Bed Biofilm Reactors - Reator Biológico de Leito Móvel) – Consiste na utilização de meios suporte nos quais ocorre a aderência de biomassa para complementar a biomassa em suspensão, que se dá normalmente em lodos ativados convencionais. Com isso, é possível operar com maior quantidade de massa ativa no reator biológico, reduzindo o volume necessário quando comparado com o tradicional. Porém, o custo elevado do meio suporte e o consumo energético maior não favorecem a escolha dessa tecnologia.
MABR (Membrane Aerated Biofilm Reactor - Reator Biológico Aerado por Membranas) – A biomassa adere-se às estruturas que contêm membranas permeáveis, o que permite a transferência de oxigênio diretamente à microbiota aderida. Suas vantagens são a menor área requerida e a maior eficiência energética. Mesmo assim, são necessários ainda mais estudos sobre essa tecnologia para avaliar sua eficiência e viabilidade técnico-econômica. Fonte: Neotex Consultoria Ambiental.

Matusaki cita o exemplo de utilização do MBR em lodos ativados. "Em vez da decantação ou flotação, a separação do lodo do efluente clarificado é feita através de membranas de ultrafiltração, por onde não há escape de lodo, sendo o teor de SST no clarificado inferior a 5 mg/L, ou seja, praticamente não há perda de sólidos", destaca.
Ele diz que os sistemas MBR podem operar com idades de lodo mais elevadas, porque não apresentam os problemas que sistemas convencionais teriam na clarificação dos efluentes. "Mesmo assim, deve ficar bem claro que, se não houver o controle adequado da idade do lodo, os mesmos problemas operacionais quanto à qualidade da microbiota poderão ocorrer, ou seja, se a idade de lodo for muito alta, os microrganismos acabam morrendo e a eficiência de remoção de carga orgânica tende a cair", aponta.

Contato das empresas:
Centroprojekt: www.centroprojekt-brasil.com.br
Cylm: www.cylm.com.br
Neotex: www.neotex.com.br