O oxigênio puro, solução ainda pouco difundida em tratamento de efluentes na área de saneamento ambiental no Brasil, vem ganhando espaço no mercado e se torna cada vez mais competitivo devido ao novo cenário econômico, que trouxe aumento dos custos de energia elétrica, e a maior eficiência na sua produção e logística, conquistando a confiança dos clientes. Mas, mesmo assim, na hora de escolher entre o oxigênio puro, fornecidos pelas empresas, e o atmosférico (AR), gerado por compressores ou sopradores, em um processo de tratamento de efluentes, é preciso fazer uma análise do espaço disponível e dos custos de implantação e operacionais. Para isso, vale a pena conferir as dicas dos especialistas sobre as diferenças entre os dois.
"O que se chama de oxigênio dissolvido é, na verdade, o oxigênio puro ou proveniente do ar atmosférico injetado (‘misturado’) no efluente. As moléculas de oxigênio se dissolvem no efluente a ser tratado", explicam Dácio Cressoni Jr., gerente de negócios de química, meio ambiente e serviços industriais, e Marcos Manzano Galdeano, engenheiro de aplicação sênior de meio ambiente e química, da Linde Gas. A diferença entre eles é que o ar atmosférico possui, aproximadamente, 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio. Já o oxigênio puro, produzido por meio de unidades de separação do ar, tem 100% do gás. "A eficiência do oxigênio puro, quando dissolvido nas lagoas de aeração em unidades de tratamento de efluentes, é quase cinco vezes superior ao ar atmosférico", comparam. O gráfico abaixo simula a relação dos dois quanto ao oxigênio dissolvido.

Para Ronaldo Leite Almeida Junior, engenheiro de aplicações da Air Products Brasil, do ponto de vista de cinética (velocidade das reações químicas) de processo num lodo ativado, o oxigênio puro e ar atmosférico são iguais. Fisicamente, devido à maior concentração de saturação do oxigênio presente no gás a ser dissolvido, quando se utiliza equipamento adequado para dissolvê-lo, ele explica que a equação é a seguinte:
• O₂ puro – Para dissolver 1 m³ de O₂, é necessário aplicar 1,2 m³ de O₂ puro.
• Ar – Para dissolver 1 m³ de O₂, é preciso aplicar 35 m³ de ar em pequenas bolhas no tanque de aeração, usando sopradores e difusores.
Também para Helvécio Carvalho de Sena, químico doutor em engenharia sanitária e ambiental do departamento de planejamento e controle – TBP da Sabesp, como produto químico, não há diferença, ou seja, aplica-se oxigênio para manter as atividades biológicas. "A diferença é que, ao utilizar o ar atmosférico como suprimento de oxigênio para os microrganismos, é aplicado um volume maior. Já o volume aplicado de oxigênio puro para tratar a mesma quantidade de esgoto é menor", compara.
As principais aplicações de ar no tratamento de efluentes, de acordo com Ivan Pajolli, coordenador de domínio industrial da Air Liquide, têm como objetivo a dissolução de oxigênio na água para sua posterior interação nos processos de tratamento de efluentes. "O uso do oxigênio puro acelera estes processos por permitir maior e mais rápida dissolução de oxigênio", ressalta. Por exemplo, no tratamento biológico, bactérias são utilizadas para degradar matéria orgânica, quantificada como Demanda Biológica de Oxigênio (DBO) e, para este processo, consomem oxigênio.
Ar comprimido é injetado nos tanques de aeração para criar o nível de Oxigênio Dissolvido (OD) necessário para manter os microrganismos vivos. "O oxigênio puro como substituição do ar comprimido é uma alternativa extremamente atraente para aumentar a capacidade da ETE, trazer maior estabilidade e controle para a operação e acelerar o processo de redução da DBO sem a necessidade de investimentos adicionais em infraestrutura", salienta.
Aristides Oliveira, gerente de tecnologia e aplicações da White Martins, complementa e diz que, em ambos os casos, a aplicação de oxigênio é necessária por se tratar de sistemas de tratamento de efluentes aeróbios em que as bactérias são responsáveis pela digestão dos contaminantes e precisam de oxigênio para seu metabolismo e multiplicação. Em um sistema em equilíbrio, por exemplo, o oxigênio dissolvido na água é suficiente para manter os microrganismos e a principal fonte para o suprimento de oxigênio dissolvido vem da troca da superfície da água com o ar e da fotossíntese das microalgas presentes no meio. "Quando há desequilíbrio, o oxigênio puro deve ser incorporado ao meio em quantidades suficientes para manter a biota (microrganismos) equilibrada", esclarece.

Segundo Samuel Rezende, gerente de produto industrial air, da Atlas Copco, só é possível a geração do oxigênio puro com a utilização de tecnologias, como a PSA (Pressure Swing Adsorption ou Mudança de Pressão por Adsorção) ou a Criogenia (ramo da Física e Engenharia que estuda a produção e uso de temperaturas muito baixas), já a obtenção do oxigênio dissolvido retirado do ar ambiente é comprimido através de sopradores de ar, ambas tecnologias atendem às aplicações em ETEs.

Vantagens e desvantagens
Decidir por qual deles se encaixa melhor em determinados processos de tratamento de efluentes é uma tarefa que precisa de cálculos para se chegar à melhor solução.
É importante, para isso, conhecer as vantagens e desvantagens do oxigênio puro e do ar atmosférico. "A análise para definição do uso do oxigênio puro ou do sistema convencional (AR) é feita com base na disponibilidade da área de construção, no custo de implantação do empreendimento e no custo operacional", diz Sena. Segundo ele, uma das vantagens de utilizar o oxigênio puro é a redução do volume dos tanques onde ocorrerá a oxidação da matéria orgânica. Outras vantagens são a melhor sedimentabilidade e a menor produção do lodo, isso porque a respiração endógena será satisfeita com a maior concentração de oxigênio nos reatores.
Quanto às desvantagens, há necessidade de haver, na ETE, uma fábrica de oxigênio, tanques criogênicos ou fazer a compra diretamente dos fabricantes e armazená-los dentro da ETE. "Mais uma questão é a inflamabilidade do oxigênio puro, o que exige que haja uma equipe de manutenção muito bem treinada, caso contrário, há riscos de incêndio. O custo operacional também deve ser bem avaliado no caso do oxigênio puro", recomenda. Outro exemplo é que se para implantar uma ETE não houver limitação de espaço, define-se pelo sistema convencional, que, comparado com o do oxigênio puro, apresenta tanques de aeração maiores, necessidade de ter equipamentos que forneçam AR em grande quantidade e aumento no consumo de energia elétrica. "Mas somente a análise técnica econômica poderá definir qual o projeto seria mais vantajoso em relação ao investimento inicial ou aos custos operacionais", afirma.
A injeção de ar comprimido transfere oxigênio para o efluente em processos de baixa a moderada demanda. "Sua principal vantagem é a simplicidade e o baixo custo de implementação dos equipamentos de aeração. Por outro lado, seus custos operacionais sofrem impacto com o crescente preço da energia e os custos de manutenção são elevados devido à grande quantidade de equipamentos mecânicos", avalia Pajolli.
A injeção de oxigênio puro traz maior flexibilidade e é aplicável em processos com demandas de oxigênio dissolvido de baixa a elevada. Segundo ele, entre suas vantagens, estão: baixo custo de manutenção, redução na demanda de energia elétrica, diminuição da emissão de odores e Compostos Orgânicos Voláteis (COVs) em ETEs, aumento da capacidade de tratamento de efluentes em estações já existentes e redução dos custos de Capex de infraestrutura em novos projetos. "Diante do atual aumento dos custos de energia elétrica, seu uso tende a se tornar cada vez mais expressivo", analisa. Já as desvantagens são a complexidade e o custo de implementação. "Mas atualmente já existem empresas no mercado, como é o nosso caso, que oferecem know-how e opções comerciais atrativas para contornar estas dificuldades", destaca Pajolli.

Oliveira elenca as principais vantagens da utilização de oxigênio puro em um sistema de tratamento de efluentes aeróbico. "Ganho de produtividade com a redução do consumo de energia e a alta taxa de transferência de massa por meio de equipamentos de alta performance." Para Rezende, da Atlas Copco, os dois produtos funcionam muito bem para tratamento de efluentes. "A diferença é que o oxigênio puro não contém outros gases que compõem o ar atmosférico, como, por exemplo, o nitrogênio. Além disso, a eficiência do oxigênio puro é maior", compara.
Segundo Cressoni Jr. e Galdeano, da Linde Gas, com o oxigênio puro é possível alcançar maior capacidade de oxigenação, mantendo uma maior concentração de oxigênio dissolvido em um tanque de aeração. A concentração de lodo pode ser aumentada – o que, consequentemente, diminui o volume do tanque –, sua sedimentação melhorada e sua produção é menor. "O oxigênio puro também pode ser utilizado pontualmente para atender a picos de descarte de carga orgânica no tanque de aeração durante determinadas fases de produção. Além disso, atender a curtos períodos de consumo durante reformas e manutenções de ETEs. Nestes casos, o suprimento pode ser feito por meio de unidades móveis de armazenamento de oxigênio líquido e vaporização", dizem. Já uma desvantagem apontada é que unidades de tratamentos de efluentes muito afastadas das plantas produtoras de oxigênio podem inviabilizar o processo devido ao custo do frete.

Aplicações
Quanto às aplicações, o oxigênio puro para tratamento de efluentes em sistemas de lodos ativados ainda é pouco difundido no saneamento ambiental. "O sistema convencional é o mais utilizado. Já o processo por oxigênio puro é mais usado em efluentes industriais com elevada carga orgânica, associado à falta de espaço", afirma Sena. São vários os ramos de indústrias que utilizam o oxigênio puro. Segundo Cressoni Jr. e Galdeano, entre elas, as indústrias têxteis, alimentícias, bebidas, química e petroquímica, papel e celulose, entre outras. "As duas aplicações são utilizadas nos sistemas de tratamento de efluentes aeróbicos e quando há limitação de espaço ou aumento de carga biológica", diz Oliveira.
Estas soluções, conforme Pajolli, são aplicadas principalmente em demandas de oxigênio para processos respiratórios, como tanques e lagoas de aeração em ETEs, nas quais o produto é essencial para assegurar a redução da matéria orgânica até níveis de descarte. Outra grande aplicação, segundo ele, são para processos de oxidação focados tanto no tratamento de água quanto no de efluentes, nos quais o oxigênio atua como agente oxidante, reagindo com compostos químicos indesejáveis. Já de acordo com Rezende, dependendo da instalação, por exemplo, altura de tanque, característica do efluente, etc., pode ser utilizado o oxigênio puro ou ar atmosférico, tendo este último como uma das características menor custo inicial de aquisição (Capex).

Mercado competitivo
Antes o preço do oxigênio puro era considerado muito caro. Agora se torna viável. Para Pajolli, realmente há uma expansão de mercado, que se torna cada vez mais competitivo. "O mercado para aplicações de oxigênio puro está expandindo devido à maior competitividade econômica desta solução e também à maior conscientização das empresas dos seus benefícios. A maior eficiência na produção e logística do oxigênio puro e o encarecimento dos custos de energia elétrica existentes nas aplicações com ar comprimido são os principais responsáveis pelo ganho de competitividade do uso do oxigênio puro", revela. "Com o aumento significativo do custo da energia elétrica, o preço relativo do uso de aerador subiu em relação ao oxigênio puro, tornando o uso de O₂ mais viável que no antigo cenário.
A procura aumentou na tentativa de baixar custos de tratamento", analisa Almeida Junior.
"Devido à sua versatilidade de aplicação e baixo custo das instalações, a procura pelo oxigênio puro é ainda maior quando falamos em alternativa para atender às empresas com expansão da capacidade de produção ou como solução para problemas na oxigenação em ETEs em operações", afirmam Cressoni Jr. e Galdeano. Eles concordam que, com o atual cenário energético no país, o oxigênio é uma excelente alternativa para empresas que precisam reduzir custos com energia elétrica. "Ou para as que precisam aumentar o consumo de energia, mas não possuem capacidade para aumentar a demanda contratada", apontam.

"Há uma expansão no mercado, temos sentido aumento da procura dos clientes. Existe uma necessidade da sociedade, que busca soluções inovadoras e viáveis economicamente com desempenhos ambientais cada vez melhores", conta Oliveira. Rezende também concorda que o mercado está se expandindo. "Mas esta expansão está mais relacionada a clientes com efluentes com características específicas", pontua. "Não tenho conhecimento do avanço do uso de plantas de tratamento para esgoto doméstico utilizando oxigênio puro. A maior demanda é ainda para os processos industriais", enfatiza Sena. Abaixo, veja um levantamento, citado por Sena e realizado por Barbosa (2003), indicando o número de plantas que operam com oxigênio puro.

Lançamentos
Um dos lançamentos da Air Products Brasil é um sistema que aumenta de forma significativa a capacidade da ETE, interferindo na cinética de processo com o uso de O₂ puro aliado a efeitos de separação hidrodinâmica de sólidos. Já a Air Liquide, segundo Pajolli, deve lançar novidades em breve. Enquanto a novidade da Atlas Copco é um gerador de oxigênio, tecnologia PSA, com pureza de 90% a 95%, que pode ser aplicado tanto em tanques de alturas normais (até 10 metros) como deapcheft (tanque de 70 metros de profundidade).

Contato das empresas:
Air Liquide: www.br.airliquide.com
Air Products Brasil: www.airproducts.com.br
Atlas Copco: www.atlascopco.com.br
Linde Gas: www.linde-gas.com.br
Helvécio Carvalho de Sena: Sabesp
White Martins: www.praxair.com.br