Carvão ativado para remoção de DBO e SST

DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) e TSS (Sólidos Suspensos Totais) são dois dos parâmetros mais amplamente regulamentados em licenças de descarga de águas residuais em todo o mundo. A DBO mede o oxigênio consumido pelos microrganismos à medida que decompõem a matéria orgânica da água; O TSS mede a massa de partículas sólidas suspensas no efluente. Após o tratamento biológico convencional (lodo ativado, MBR ou filtro de gotejamento), a maioria das estações de tratamento de águas residuais municipais e industriais devem reduzir ainda mais a DBO e o SST para atender aos limites de descarga normalmente na faixa de 10–30 mg//L para DBO e 10–50 mg//L para SST. A filtração com carvão ativado é uma das tecnologias mais confiáveis para esta etapa final de polimento, removendo consistentemente compostos orgânicos solúveis residuais e sólidos finos em suspensão que os processos biológicos não conseguem capturar. O leito de carbono atua tanto como um adsorvente para matéria orgânica dissolvida quanto como um filtro de profundidade para sólidos particulados, proporcionando qualidade de efluente que atende até mesmo aos mais rigorosos padrões de descarga ou reutilização.

Como o carvão ativado remove DBO e SST

O carvão ativado reduz a DBO e o SST através de dois mecanismos distintos, mas complementares, que operam simultaneamente dentro de um leito de carbono compactado:

Remoção de DBO – adsorção. Os compostos orgânicos dissolvidos que contribuem para a DBO – ácidos húmicos, proteínas, carboidratos, ácidos graxos e produtos químicos orgânicos residuais – são capturados dentro da estrutura dos poros do carbono por meio de adsorção física. Essas moléculas se difundem na rede de microporos e mesoporos e são mantidas ali pelas forças de van der Waals. A força motriz para a adsorção é o gradiente de concentração entre o líquido a granel e a superfície do carbono; à medida que as moléculas orgânicas se ligam aos sítios ativos do carbono, mais difusos a partir da fase líquida. A redução de DBO de 60 a 90% em um leito de GAC é típica para efluentes secundários, dependendo da composição orgânica e da dose de carbono ou do tempo de contato do leito vazio (EBCT).
Remoção de TSS – filtração física. Os sólidos suspensos nos efluentes de águas residuais variam de 1 a 100 μm de tamanho. À medida que a água passa através do leito granular de carbono, essas partículas ficam presas nos espaços intersticiais entre os grânulos de carbono através de tensão mecânica (para partículas maiores> 20 μm) e captura de contato superficial (para partículas menores que seguem linhas de fluxo próximas à superfície do grânulo). A remoção de TSS de 70 a 95% é facilmente alcançável em um filtro GAC bem projetado, com o limite superior da faixa dependendo da profundidade do leito e da velocidade de filtração.

Uma consideração operacional importante é que, com o tempo, o TSS capturado se acumula dentro do leito, aumentando a perda de carga e, eventualmente, exigindo retrolavagem para eliminar os sólidos acumulados da camada de carbono. Um sistema GAC bem projetado para tratamento terciário incorporará ciclos regulares de retrolavagem (normalmente a cada 24-72 horas, dependendo da carga de sólidos) para manter a capacidade hidráulica enquanto preserva a função adsortiva do carbono para remoção de DBO.

Tipos de carvão ativado recomendados para remoção de BOD / TSS

Para o tratamento terciário de águas residuais municipais e industriais, a escolha do carvão ativado depende da configuração do sistema de polimento e da qualidade do efluente alvo:
Carvão Ativado Granular (GAC) — Recomendado para sistemas contínuos

GAC em colunas de fluxo descendente ou ascendente de leito fixo é a configuração padrão para polimento terciário de BOD/TSS. O carbono fornece adsorção de produtos orgânicos dissolvidos e filtração profunda de sólidos suspensos em uma única operação unitária. O GAC à base de casca de coco é preferido por sua alta dureza (≥ 97%), que resiste ao atrito durante os ciclos de retrolavagem, e seu baixo teor natural de cinzas (≤ 5%), que minimiza a lixiviação de íons metálicos no efluente tratado. Os tamanhos de malha típicos são 8×30 ou 12×40, equilibrando eficiência de filtração com capacidade hidráulica. O GAC à base de carvão é uma alternativa mais econômica para plantas maiores onde a carga de TSS é moderada e a frequência de retrolavagem é administrável.
Carvão Ativado em Pó (PAC) — Para polimento em lote ou sazonal

O PAC pode ser dosado diretamente no clarificador final ou em um tanque de contato quando o polimento de BOD for necessário apenas periodicamente (por exemplo, variações sazonais de carga) ou quando a infraestrutura existente não puder acomodar colunas de GAC. A dosagem de PAC de 10–100 mg/L é típica, com doses mais altas necessárias para águas residuais com altas frações de DBO solúveis. No entanto, o PAC não fornece remoção de TSS por si só e deve ser combinado com uma etapa de clarificação ou filtração a jusante.

Especificações típicas para GAC de polimento de águas residuais

A tabela abaixo resume as especificações recomendadas para carvão ativado granular usado em serviços de remoção de DBO e SST:

Parâmetro	GAC de casca de coco	GAC à base de carvão
Número de iodo (mg/g)	≥ 1.000	≥ 900
Tamanho da malha	8×30 ou 12×40	8×30 ou 8×40
Tamanho Efetivo (mm)	0,55–0,80	0,55–0,95
Coeficiente de Uniformidade	≤ 1,9	≤ 2,1
Dureza (%)	≥ 97	≥ 93
Conteúdo de cinzas (%)	≤ 5	≤ 12
Densidade aparente (kg/m³)	450–530	520–620

Principais parâmetros de projeto e operação

O desempenho de um sistema GAC para remoção de DBO e SST depende de diversas variáveis de projeto e operação que devem ser combinadas com as características específicas das águas residuais e metas de tratamento:

Tempo de contato com leito vazio (EBCT). O parâmetro de design mais crítico. Para a remoção de DBO, um EBCT de 15 a 40 minutos é típico para o polimento de efluentes secundários. EBCTs mais longos fornecem adsorção mais completa de moléculas orgânicas de difusão lenta, mas requerem vasos maiores. A remoção de SST é menos sensível à EBCT e mais dependente da profundidade do leito e da velocidade de filtração.
Velocidade de filtração (taxa de carga linear). Normalmente 5–15 m/h (2–6 gpm//pés²) para filtros GAC pressurizados ou de fluxo por gravidade. Velocidades mais altas aumentam o rendimento, mas reduzem a eficiência de captura de TSS e aceleram o desenvolvimento de perda de carga. Para aplicações com predominância de TSS, velocidades mais baixas (5–8 m/h) são recomendadas.
Profundidade do leito. Mínimo de 1,5–2 metros para remoção combinada de DBO/SST. Leitos mais profundos proporcionam maior tempo de contato para adsorção e maior capacidade de retenção de sólidos antes que a retrolavagem seja necessária. A profundidade prática máxima é de 3 a 4 metros em colunas de fluxo descendente de estágio único.
Frequência e intensidade de retrolavagem. Para leitos de GAC carregados de TSS, a retrolavagem a cada 24–72 horas é típica. Retrolavagem com expansão de leito de 30–50% (taxa de subida de água de 8–15 m/h) por 10–15 minutos, seguida por um breve enxágue no fluxo operacional. A água de retrolavagem deve ser água residual tratada ou água limpa para evitar a recontaminação do leito.
Vida útil do carbono. No serviço terciário de DBO/SST, o GAC normalmente dura de 12 a 24 meses antes que a capacidade de adsorção de DBO solúvel se esgote e o carbono precise ser substituído ou reativado. A remoção de SST continua mesmo após o esgotamento da capacidade de adsorção, pois o carbono granular continua a funcionar como meio filtrante de profundidade.

Remoção de DBO/TSS em esquemas de tratamento integrados

A configuração mais comum para carvão ativado na remoção de DBO/TSS é como um etapa de polimento terciário após tratamento biológico secundário. Nessa função, o leito de carbono lida com DBO de entrada de 10–40 mg/L e SST de 10–60 mg/L, produzindo efluentes com DBO e SST consistentemente abaixo de 10 mg/L (frequentemente abaixo de 5 mg/L para sistemas bem projetados). Esta qualidade é adequada para descarga em águas receptoras sensíveis, reutilização em resfriamento industrial ou aplicações de processo, ou alimentação para membranas de osmose reversa para recuperação avançada de água.

Em algumas configurações, o carvão ativado em pó é adicionado diretamente à etapa de tratamento biológico (o processo PACT), onde o carbono adsorve compostos orgânicos inibitórios e melhora a sedimentação da biomassa. Esta abordagem pode melhorar a remoção de DBO no próprio estágio biológico, mas não substitui a necessidade de uma etapa final de polimento para controle de SST.

Conclusão

O carvão ativado é uma solução comprovada e prática para reduzir DBO e SST no tratamento de águas residuais, servindo como uma etapa confiável de polimento terciário que preenche a lacuna entre o desempenho do tratamento biológico e os requisitos regulatórios de descarga. O carvão ativado granular em colunas de leito fixo combina a adsorção de compostos orgânicos solúveis com a filtração profunda de sólidos suspensos em uma única operação unitária, fornecendo efluentes que atendem consistentemente aos mais rígidos limites de descarga de DBO e SST. A Zhulin Carbon fornece classes de GAC à base de casca de coco e carvão especificamente formuladas para aplicações de polimento de águas residuais, com alta dureza para durabilidade de retrolavagem, tamanhos de malha apropriados para desempenho hidráulico e números certificados de iodo e melaço para adsorção orgânica previsível. Contate-nos através do formulário de consulta abaixo para obter fichas de dados de produtos, preços ou para discutir a seleção ideal de carbono para as metas específicas de qualidade de efluentes de sua estação de tratamento.