Princípios e tecnologias de processo de remoção biológica de fósforo

I. Formas de Fósforo em Esgotos O fósforo em esgotos existe principalmente em três formas: Fosfatos inorgânicos: H₂PO₄⁻, HPO₄²⁻, PO₄³⁻ Polifosfatos Fósforo orgânico No tratamento de esgoto, todas as bactérias absorvem uma certa quantidade de fósforo do ambiente para atender às suas necessidades de crescimento. No entanto, um grupo específico de bactérias conhecido como Organismos Acumuladores de Polifosfato (PAOs), também referidos como bactérias acumuladoras de fosfato ou bactérias removedoras de fósforo, podem absorver fósforo em excesso de suas necessidades fisiológicas, armazenando-o intracelularmente em grandes quantidades como polifosfatos. Ao descarregar esse lodo rico em fósforo, a remoção de fósforo do sistema é alcançada. II. Princípios Fundamentais da Remoção Biológica de Fósforo A essência da remoção biológica de fósforo reside em impulsionar os PAOs através de um ciclo de "liberação de fósforo anaeróbico – absorção de fósforo aeróbico" através de ambientes anaeróbicos e aeróbicos alternados.

1. Fase de Liberação de Fósforo Anaeróbico Em condições anaeróbicas, os seguintes processos chave ocorrem: (1) Matéria orgânica no esgoto é convertida em Ácidos Graxos Voláteis (AGVs) por bactérias acidogênicas fermentativas. (2) Sob estas condições anaeróbicas desfavoráveis, os PAOs decompõem suas reservas intracelulares de polifosfato. A energia gerada é parcialmente usada para manutenção celular e parcialmente para absorção ativa de AGVs, que são então convertidos e armazenados intracelularmente como PHB (poli-β-hidroxibutirato). (3) O fosfato inorgânico produzido a partir da decomposição de polifosfato é liberado de volta no esgoto — isso constitui a "liberação de fósforo anaeróbico."
2. Fase de Absorção de Fósforo Aeróbico Ao entrar no ambiente aeróbico: (1) Os PAOs metabolizam aerobicamente o PHB armazenado, liberando energia substancial para impulsionar a proliferação e outras atividades fisiológicas. (2) Uma porção dessa energia impulsiona a absorção ativa de fosfatos do esgoto, que são acumulados intracelularmente como polifosfatos em quantidades excessivas — isso constitui a "absorção de fósforo aeróbico." (3) O lodo ativado residual, contendo PAOs que absorveram excesso de fósforo, representa o fósforo removido do esgoto. Dados Chave: Processos convencionais de lodo ativado alcançam apenas cerca de 12%–20% de remoção de fósforo através da assimilação. Em contraste, sistemas projetados para remoção biológica de fósforo podem alcançar teores de fósforo no lodo de 5%–6% (peso seco), com taxas de remoção geralmente suficientes para atender aos padrões de descarga. III. Fatores que Afetam a Remoção Biológica de Fósforo
3. Oxigênio Dissolvido (OD) Zona Anaeróbica: Deve ser estritamente anaeróbica; até mesmo nitratos (NO₃⁻) devem estar ausentes. Zona Aeróbica: Deve manter oxigênio dissolvido suficiente para garantir a absorção adequada de fósforo pelos PAOs.
4. Tempo de Retenção de Lodo (SRT) O SRT impacta significativamente a eficiência da remoção de fósforo — SRT mais curto produz melhor desempenho: SRT = 30 dias → ~40% taxa de remoção SRT = 17 dias → ~50% taxa de remoção SRT = 5 dias → até 87% taxa de remoção
5. Temperatura Faixa ótima: 5–30°C.
6. Valor de pH Faixa ótima: 6–8.
7. Carga de DBO₅ Uma relação DBO₅/TP > 20 é um requisito fundamental para remoção eficaz de fósforo. Compostos orgânicos de baixo peso molecular prontamente biodegradáveis induzem uma liberação de fósforo mais forte; a liberação anaeróbica mais completa leva a uma maior absorção aeróbica subsequente.
8. Concentração de Nitrato Os níveis de nitrato na zona anaeróbica devem ser mantidos abaixo de 2 mg/L. Quando COD/TKN > 10, o efeito inibitório do nitrato é mitigado.
9. Potencial de Oxidação-Redução (ORP) Tabela Zona Faixa de ORP Zona Aeróbica +40 a +50 mV Zona Anóxica -160 a -5 mV IV. Processos de Remoção Biológica de Fósforo
10. Processo Anaeróbico-Oxídico (Processo A/O) Características do Processo: Tempo de Retenção Hidráulica (TRH): 3–6 h Sólidos Suspensos de Lodo Ativado (MLSS) no tanque de aeração: 2.700–3.000 mg/L Eficiência de Remoção de Fósforo: ~70%; TP efluente < 1 mg/L Teor de Fósforo no Lodo: ~4% (alto valor fertilizante) SVI < 100; boa sedimentabilidade, resistente ao inchaço
11. Processo Phostrip (Biológico-Químico Combinado) O processo Phostrip integra remoção biológica e química de fósforo: (1) O fluxo principal passa por tratamento biológico convencional (anaeróbico-aeróbico). (2) Um fluxo lateral de lodo ativado de retorno entra em um tanque de extração onde o fósforo é liberado em condições anaeróbicas. (3) Cal é adicionada ao sobrenadante rico em fósforo para precipitação química. (4) O lodo extraído é retornado ao sistema principal. Características do Processo Phostrip: Excelente remoção de fósforo; TP efluente tipicamente < 1 mg/L Alto teor de fósforo no lodo: 2,1%–7,1% Baixo consumo de cal SVI < 100; o lodo sedimenta, espessa e desidrata facilmente; alto valor nutritivo/fertilizante; resistente ao inchaço Conclusão O cerne da remoção biológica de fósforo reside no mecanismo cíclico de "liberação-absorção" dos PAOs impulsionado por condições anaeróbicas-aeróbicas alternadas. A extensão da liberação de fósforo anaeróbico determina diretamente a capacidade de absorção aeróbica subsequente; portanto, a manutenção rigorosa do ambiente anaeróbico (ausência de oxigênio dissolvido e nitratos) é crítica para o sucesso da remoção biológica de fósforo. Além disso, SRT apropriado, fonte de carbono suficiente e pH adequado são fatores essenciais para garantir alta eficiência de remoção.