Roteiro de atualização das estações de tratamento de águas residuais municipais para 2025: Da remoção de nitrogénio aos micropoluentes

Este artigo é um roteiro de atualização das estações de tratamento de águas residuais para 2025, que faz um levantamento dos diagnósticos → BNR → controlo do fósforo → micropoluentes → automatização → reutilização.

TL;DR - Este roteiro pronto para o engenheiro transforma a pressão da política, novos contaminantes e custos de energia num programa prático. Você irá: (1) lacunas da linha de base para os limites de 2025+; (2) escolher o caminho BNR correto (A2/O, alimentação por etapas, IFAS/MBBR, MBR, ou atalho N/Anammox); (3) assegurar o fósforo com EBPR + chem-P + filtração terciária; (4) adicionar tratamento avançado direcionado para micropoluentes (ozono/UV-AOP + BAC, ou RO/NF para reutilização); (5) reduzir o OPEX através de actualizações de difusores/sopradores, controlo DO/ABAC e dosagem inteligente; (6) modernizar a instrumentação, SCADA e cibersegurança; (7) fasear a construção em segurança com comissionamento orientado por KPI.

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1) Porque é que 2025 é importante para o roteiro de atualização da sua estação de tratamento de águas residuais

Política e limites estão a apertar com o TN/TP e a passar o polimento terciário para a corrente principal. Micropoluentes (PFAS, produtos farmacêuticos, desreguladores endócrinos) estão a entrar nas licenças e nos critérios de reutilização. Entretanto, aeração ainda é responsável por 40-60% da energia das fábricas; os produtos químicos são voláteis; os extremos climáticos exigem resiliência e tácticas para as condições meteorológicas húmidas; e Cibersegurança OT já não é opcional.

2) Diagnóstico de base e preparação

2.1 O que medir (4-8 semanas)

• Influente/Efluente: BOD/COD, TSS, NH₄-N, NO₃-N, TN, PO₄-P, TP, pH, alcalinidade; UV254/TOC opcional para substâncias orgânicas.

2.3 Quadro de avaliação do grau de preparação

Domínio	Hoje	Objetivo 2025+	Lacuna
Nitrogénio	TN < 15 mg/L (sazonal)	TN ≤ 10 mg/L (durante todo o ano)	BNR + controlo
Fósforo	TP ~1,5 mg/L	TP ≤ 0,5 mg/L	EBPR/chem-P + terciário
Micropoluentes	N/A	Ozono/UV-AOP + BAC	Adicionar tratamento avançado
Energia	0,45 kWh/m³	≤ 0,32 kWh/m³	Controlo do ventilador/difusor/DO

• Processo: MLSS/MLVSS, SVI, perfis de DO (por zona), ORP, temperatura, SRT, taxas RAS/WAS, reciclagem interna.
• Energia e produtos químicos: ventilador/bomba kWh; produtos químicos por m³ (coagulante, polímero, carbono externo, alcalino).
• Micropoluentes (despistagem) se o âmbito for a reutilização ou a reutilização de água potável.

2.2 Controlo dos activos e da capacidade

• Pico hidráulico, riscos de EQ/bypass, desempenho do clarificador primário.
• Grelhas de arejamento, sopradores, misturadores; estado dos difusores e das cabeças.
• Unidades terciárias (filtros de pano/disco/areia) e desinfeção.
• Elétrico/OT: MCCs, accionamentos, PLCs, historiador/SCADA, zonagem de rede.

3) O Núcleo BNR: Escolha o seu caminho para o azoto

3.1 CAS com BNR (A2/O, MLE, Step-feed)

Melhor quando se dispõe de volume de bacia e de clarificadores secundários em funcionamento. Definições-chave: DO aeróbio 1,5-2,0 mg/L; DO anóxico 8-12 d (inverno). Capturar o carbono interno (fermentação primária) antes de adicionar metanol/acetato. No âmbito do roteiro de atualização das estações de tratamento de águas residuais, o MBR é a via mais adequada para a reutilização

3.2 IFAS/MBBR

Os meios em zonas selecionadas aumentam a retenção de nitrificantes e a estabilidade no inverno com obras civis modestas. No âmbito do roteiro de atualização das estações de tratamento de águas residuais, o MBR é a via mais adequada para a reutilização

3.3 MBR (Bioreactor de Membrana)

O MLSS elevado e a separação absoluta de sólidos proporcionam baixa turbidez, pegada compacta e efluente pronto para reutilização. Fluxo típico 15-30 LMH; TMP < 0,3 bar; pré-seleção disciplinada e limpeza com ar. Ideal se os clarificadores forem um estrangulamento ou se a reutilização for provável.

3.4 Shortcut N & Sidestream (PNDN/Anammox)

Onde NH₄ cargas elevadas, o nitrogénio de atalho ou o fluxo lateral Anammox reduz a procura de oxigénio e de carbono externo. Iniciar o fluxo lateral (centrado/filtrado) antes do fluxo principal.

Caminho do produto: avaliar MBR, bacias de arejamento e módulos BNR para sítios com área de implantação limitada; acrescentar misturadores, DO/NH₄ sondase sopradores como pacotes.

4) Controlo do fósforo: EBPR, Chem-P e Terciário

4.1 Pré-requisitos do EBPR

• Verdadeiro seletor anaeróbio com AGV suficiente; evita a fuga de nitratos.
• SRT e gestão da temperatura para favorecer os OPP em detrimento dos GAO.

4.2 Fósforo químico (primário ou primário/terciário)

Alúmen/ferrico optimizado por testes em linha de ortofosfato e de jarros. Alcalinidade mental e produção de lamas.

4.3 Filtragem terciária

Filtros de pano/disco/areia estabilizam TP abaixo de 0,5 mg/L e poluem TSS antes de AOP/ozona.

5) Estratégia para os micropoluentes

1. Ozonização (dose definida por UV254/CT) oxida muitos produtos farmacêuticos e EDCs.
2. UV-AOP (UV/H₂O₂) trata os recalcitrantes; extinguir o H₂O₂ a montante do BAC.
3. BAC (carbono biologicamente ativo) mineraliza os subprodutos e estabiliza a remoção.
4. RO/NF para reutilização rigorosa; gerir o concentrado através de tratamento de fluxo lateral ou mistura de acordo com as regras locais.

Comece com um ozono + BAC piloto; escalar para UV-AOP e RO se a reutilização de água potável estiver incluída no âmbito de aplicação.

6) Aeração e otimização energética

• Substituir os difusores envelhecidos; verificar os factores α/β e SOTE nas condições do processo.
• Ventiladores de tamanho correto (turbo/parafuso) com VFDs; mapas de controlo modernos evitam picos.
• Fechar o ciclo: DO 1,5-2,0 mg/L nas zonas aeróbias; arejamento intermitente para selectores; adotar ABAC (controlo do arejamento à base de amoníaco).

KPIs de energia: kWh/m³; kWh/kg de CBO removida; kWh da parte do ventilador na instalação; ar de arejamento por kg de NH₄-N oxidado.

7) Sistemas de dosagem inteligentes

Associar a dosagem à análise em tempo real e não a um ritmo fixo:

• Coagulantes/floculantes → feed-forward da turvação/UV254; feedback do efluente PO₄.
• Carbono externo → ritmo para o NO₃-N e o carregamento em linha de NO₃/ORP; considerar a pegada de carbono.
• pH/alcalinidade → proteger a nitrificação e o desempenho da AOP.

Normalizar com bombas doseadoras, sistemas de dosagem e analisadores para segurança e documentação.

8) Linha de lamas, fluxo lateral e recuperação de energia

• Espessamento/desidratação: otimizar os polímeros; controlar a taxa de captura.
• Digestão: meso/termo com hidrólise térmica para mais gás e vias de classe A.
• Sidestream: atalho N/Anammox em centrado/filtrado para aliviar as cargas principais.
• Energia: CHP ou modernização; integração do calor com digestores e edifícios.

9) Instrumentação, SCADA, IA e cibersegurança

9.1 Principais instrumentos em linha

NH₄/NO₃, PO₄DO, ORP, MLSS, UV254/TOC; manter e calibrar como uma disciplina.

9.2 SCADA e análise de ponta

• Segmentar redes OT; acesso baseado em funções; registos de alterações e cópias de segurança.
• Otimização de pontos de regulação baseada em modelos para ventiladores, RAS/WAS, dosagem.
• Painéis de controlo: "Operações actuais", "Energia", "Risco de conformidade", "Manutenção nos próximos 7 dias".

9.3 IA para operações preditivas

Utilizar o histórico + meteorologia + previsões de afluentes para prever a carga, otimizar o ar/carbono e evitar violações. Começar com recomendações do operador no circuito; passar para o circuito fechado só depois das revisões do MoC e da segurança.

10) Preparação para a reutilização da água (IPR/DPR)

• Projetar turbidez/TOC do efluente compatível com combinações de ozono/BAC ou RO.
• Reservar espaço de almofada e desvios para futuros suportes AOP/RO e filtros BAC.
• O roteiro de atualização das estações de tratamento de águas residuais dá prioridade às alterações de controlo de baixo CAPEX antes do betão

Explorar o nosso módulos de fábrica para compilações prontas para reutilização e sensores/dosagem para controlo.

11) CAPEX/OPEX e faseamento

11.1 Vista do ciclo de vida

• Bandas de CAPEX: controlos/difusores (baixo), selectores/IFAS (médio), MBR/ozona/RO (alto).
• Factores OPEX: arejamento, produtos químicos, manuseamento de sólidos, manutenção, análises.
• LCCA: modelar cenários a 20 anos com sensibilidade ao preço da energia e ao custo do carbono, quando aplicável.

11.2 Construção em zonas industriais abandonadas durante a exploração

Manter um comboio em funcionamento enquanto se adapta outro. Utilizar arejamento temporário e dosagem embalada para colmatar as interrupções; aplicar a Gestão da Mudança, limiares de alarme e pontos de retenção.

12) Licenciamento, conformidade e risco

• Alinhe-se desde cedo com o seu regulador sobre os quadros de nutrientes e de reutilização.
• HAZOP para manuseamento de produtos químicos, espaços confinados, segurança UV/AOP, gases de ozono.
• Avaliações dos riscos de segurança da OT; simulacros de cópia de segurança/restauro.

Exoneração de responsabilidade: As orientações são de carácter geral. Validar com dados do local, pilotos e códigos locais.

13) Roteiro de 12 meses para a atualização das estações de tratamento de águas residuais

1. Meses 1-2 - amostragem/auditoria energética; modelação ASM/CFD; opções.
2. Meses 3-4 - pilotos (IFAS/MBR; ozono/BAC); ensaios DO/ABAC; âmbito SCADA.
3. Meses 5-6 - P&IDs, listas IO, zonagem cibernética, HAZOP, construtibilidade.
4. Meses 7-10 - construção faseada; FAT/SAT para ventiladores, skids, membranas, ozono, analisadores.
5. Meses 11-12 - colocação em funcionamento: Rampa SRT, DO trim, afinação de doses, validação de KPI, formação de operadores.

14) KPIs e painéis de controlo

KPI	Porque é importante	Objetivo típico
Efluente NH4, NÃO3, TN	Conformidade; controlo do ar/carbono	Por licença; bandas de guarda sazonais
TP	Desempenho do EBPR/chem-P	≤ 0,5 mg/L (inferior com terciário)
Turbidez/TSS	Captura de sólidos; preparação do POA	< 2-5 NTU típico
Energia por m³	OPEX	≤ 0,30-0,35 kWh/m³ (específico do local)
Produtos químicos por m³	Custo e pegada ecológica	Tendência para baixo com controlo
Fluxo de membrana/DP	Saúde do MBR	Dentro do envelope do fornecedor; TMP estável
Redução UV254/TOC	Desempenho do ozono/BAC/AOP	Por curva piloto e objectivos
Tempo de resposta do alarme	Resiliência operacional	< 5 min (crítico)

15) Estudos de casos instantâneos (anónimos)

Caso A - Alimentação em escada + ABAC: TN 18→9 mg/L; energia -22%

50 000 m³/d CAS; nitrificação fraca no inverno. Acções: alimentação por fases; reciclagem interna 3×; DO escalonado 0,5→1,8 mg/L; controlo do arejamento à base de amoníaco. Resultados: TN 9-11 mg/L durante todo o ano; kWh do ventilador -22%.

Caso B - EBPR + chem-P + terciário: TP ≤ 0,3 mg/L

80 000 m³/d; limite de TP 0,5 mg/L. Acções: reequipamento do seletor anaeróbio; tratamento férrico no filtro de entrada. Resultados: 0,25-0,35 mg/L de TP com um aumento controlável das lamas.

Caso C - MBR + Ozono/BAC: efluente pronto para reutilização

30.000 m³/d; restrição de terrenos; futuro DPR. Resultado: turbidez < 0,2 NTU; UV254 -40-60%; pronto para adicionar UV-AOP/RO.

16) Próximas etapas e contacto

Faça o levantamento da sua base de referência com base neste roteiro, selecione o caminho da BNR e defina um piloto (IFAS/MBR ou Ozono/BAC). Podemos incluir ventiladores, difusores, sistemas de dosagem, sensores e controlo para acelerar a entrada em funcionamento.

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Autor: Equipa de engenharia de processos STARK  Revisão técnica: Especialista Municipal Sénior em Água  Última revisão: 2025-08-14

Referências: Diretrizes da OMS para a qualidade da água potável; recursos de controlo de nutrientes/eficiência energética da EPA dos EUA; actualizações da Diretiva da UE relativa ao tratamento de águas residuais urbanas; relatórios técnicos da IWA/WEF sobre EBPR, aeração e prática de ozono/BAC.