Muito nitrogênio continua entrando nos corpos d’água, impactando negativamente os ecossistemas e a saúde humana. O processo Anammox co-desenvolvido pela Eawag, pode fornecer uma contribuição importante para reduzir insumos das estações de tratamento de efluentes e também economizar energia e recursos. Foi otimizado por pesquisadores da Eawag (Instituto Federal Suíço de Ciência e Tecnologia Aquática).
Partícula de lodo contendo a típica bactéria vermelha Anammox na estação de tratamento de efluentes em Mohnheim am Rhein (Alemanha) (foto: Adriano Joss, Eawag)
Muitas massas de água na Suíça ainda são super fertilizadas. Quantidades excessivas de nitrogênio não afetam apenas a qualidade da água potável e, portanto, a saúde humana, mas também têm um efeito negativo na biodiversidade. A maioria das entradas de nitrogênio em corpos d’água vem da agricultura, mas algumas também vêm de estações de tratamento de efluentes. De acordo com os requisitos da Portaria Suíça de Proteção de Águas, as estações de tratamento de esgoto atualmente removem cerca de metade do nitrogênio dos efluentes. A fim de reduzir as entradas de nitrogênio em corpos d’água, esses requisitos devem ser reforçados nos próximos anos. A remoção de nitrogênio do lodo líquido usando o processo Anammox co-desenvolvido pela Eawag, pode dar uma contribuição importante para atingir os requisitos mais rígidos.
O lodo líquido é produzido durante o tratamento do lodo que se deposita nos vários decantadores durante a purificação dos efluentes (ver gráfico abaixo). Enquanto o lodo desidratado é incinerado, o líquido do lodo, que contém muito nitrogênio na forma de amônio, é devolvido à estação de tratamento de efluentes. Se o amônio for removido do lodo líquido, isso também reduz a carga de nitrogênio do efluente tratado.
O processo Anammox é usado em algumas estações de tratamento de efluentes para remover os altos teores de nitrogênio no lodo líquido. No processo de purificação principal, o processo convencional de remoção de nitrogênio ainda é usado na etapa de tratamento biológico (Gráfico: Eawag)
Bactérias descobertas recentemente
Nos últimos anos, várias estações suíças de tratamento de efluentes introduziram o chamado processo Anammox para o tratamento de lodo líquido. Anammox significa oxidação anaeróbica de amônio, ou seja, a conversão de amônio em nitrogênio elementar sem oxigênio. As bactérias que poderiam fazer isso só foram descobertas na década de 1990.
Anteriormente, eram conhecidas apenas bactérias que precisavam de oxigênio para esse processo de transformação. Essas bactérias aeróbicas formam a base para a remoção de nitrogênio na etapa de tratamento biológico das estações de tratamento de esgoto, convertendo o amônio e o nitrato contidos nos efluentes em nitrogênio elementar gasoso, que não apresenta problemas e escapa para o ar (ver gráfico abaixo à esquerda).
Se a remoção de nitrogênio em uma estação de tratamento de efluentes for melhorada com a ajuda desse processo, os tanques para tratamento biológico geralmente precisam ser ampliados. Mas nem todas as estações de tratamento de efluentes têm espaço suficiente para isso. Como alternativa, o lodo líquido pode ser tratado com o processo Anammox para reduzir a carga de nitrogênio. Nesse processo, que pôde ser desenvolvido graças às bactérias recém-descobertas, o amônio também é convertido em nitrogênio elementar, mas na segunda etapa sem oxigênio (veja o gráfico abaixo à direita).
Os dois processos para remoção de nitrogênio em estações de tratamento de efluentes: à esquerda, o processo convencional com bactérias que requerem oxigênio. À direita, o novo processo Anammox: aqui, parte do amônio é primeiro convertido em nitrito com oxigênio, depois as bactérias Anammox convertem o amônio restante com o nitrito formado sem oxigênio em nitrogênio elementar, que pode escapar para o ar. (Gráfico: Eawag)
Menos gasto com energia e recursos
O processo Anammox oferece várias vantagens sobre o processo convencional de remoção de nitrogênio. Por exemplo, menos oxigênio precisa ser insuflado, o que reduz significativamente o consumo de energia. Além disso, as bactérias Anammox não precisam de carbono orgânico para crescer. O carbono contido nos efluentes pode, em vez disso, ser usado para produzir biogás, o que também tem um efeito benéfico no balanço energético da estação de tratamento de efluentes.
Nos últimos 15 anos, várias estações suíças de tratamento de efluentes foram equipadas com o processo Anammox para remoção de nitrogênio do lodo líquido. No entanto, depois de algum tempo tornou-se evidente que o processo ainda não funcionava de forma estável e confiável em cerca de um terço das estações e, portanto, não estava atingindo o desempenho desejado. Uma equipe de engenheiros liderada por Adriano Joss, líder do grupo no departamento de Engenharia de Processos da Eawag, investigou as razões desse problema em detalhes e otimizou o processo com base nisso. Os resultados foram publicados recentemente na revista Aqua & Gas.
Otimização do processo dividindo-o em dois reatores
“Constatamos que os problemas estão relacionados ao tamanho da estação”, explica Adriano Joss. Embora a primeira etapa da reação ocorra com oxigênio e a segunda sem, as estações existentes foram projetadas com um único reator no qual ocorrem as duas etapas. “Isso funciona porque as bactérias anaeróbicas Anammox crescem em flocos maiores”, diz Joss. “Portanto, mesmo que haja oxigênio no reator, condições anaeróbicas podem existir dentro dos flocos, permitindo que as bactérias Anammox funcionem.”
No entanto, quanto maior o reator, menos fácil é manter a concentração homogênea de oxigênio no nível desejado. Se houver muito oxigênio em determinados locais do sistema, crescerão bactérias que oxidam o nitrito, o produto de reação desejado, em nitrato e, assim, bloqueando o processo Anammox. Esses concorrentes podem ser evitados dividindo as duas etapas de reação do processo Anammox em dois reatores. No primeiro reator, as condições podem ser otimizadas para que nenhum concorrente formador de nitrato possa se desenvolver. “Por exemplo, o lodo bacteriano que se forma é frequentemente renovado”, explica Joss. A razão para isso é que as bactérias indesejáveis crescem mais lentamente do que as desejáveis e, portanto, podem ser mantidas sob controle. No segundo reator, as condições para a segunda etapa de reação podem então ser otimizadas: pouco oxigênio, bem como lavar o lodo bacteriano com a menor frequência possível devido às bactérias Anammox de crescimento lento.
Menos nitrogênio em efluentes tratados
Os reatores Anammox equipados com o processo otimizado serão integrados em breve em três estações de tratamento de efluentes. Isso reduzirá o fluxo de nitrogênio da estação de tratamento em 10%.
Adriano Joss e sua equipe também estão trabalhando na próxima etapa e estudando no laboratório e em plantas piloto se o processo Anammox poderia ser usado em vez do atual tratamento biológico de efluentes com oxigênio . Se a remoção de nitrogênio funcionar suficientemente estável nesse nível, as estações de tratamento poderão atingir a autossuficiência energética, tanto por meio de menor gasto de energia quanto maior produção de biogás.
Publicação original
Joss, A.; Kipf, M.; Morgenroth, E.; Baggenstos, M.; Salzgeber, D. (2023) Modifiziertes Anammox-Verfahren. Faulwasserbehandlungen mit stabiler Prozessführung , Aqua & Gas , 103(1), 24-29 , Repositório Institucional
Financiamento / Cooperação
- Eawag
- Parceiros na prática das estações de tratamento estudadas
- Grupo de partilha de experiências para operadores de instalações Anammox (ERFAnammox)
Fonte: Eawag (Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology) e Claudia Carle
Adaptado por Digital Water
