O monitoramento de processos de águas residuais é essencial para a gestão eficaz das instalações de reciclagem de recursos hídricos (WRRF).A medição de amostras manuais ou misturadas em laboratório é o principal método de monitoramento de conformidade. No entanto, o monitoramento do processo é cada vez mais realizado por meio de instrumentos analíticos on-line. O monitoramento contínuo fornece informações críticas para a tomada de decisões e alivia a carga dos operadores com amostragens múltiplas e medições diárias dos parâmetros do processo, permitindo que as instalações de tratamento de águas residuais minimizem os insumos de produtos químicos e energia e evitem anormalidades do processo. A escolha e a confiabilidade das tecnologias de sensores melhoraram significativamente na última década. Por exemplo, sensores baseados em espectrofotomia podem agora ser usados ​​para medir parâmetros importantes diretamente, sem a necessidade de reagentes caros que precisam ser reabastecidos com frequência.

Como os sensores baseados em espectrofotomia são selecionados, depurados, mantidos, operados e aplicados corretamente no monitoramento de processos de tratamento de águas residuais? Muitas substâncias importantes nas águas residuais, incluindo nitratos, nitratos e parâmetros de carbono orgânico, podem ser medidas com base na absorção de luz ultravioleta e visível (UV-Vis). Um exemplo é o sensor de luz visível ultravioleta, que faz parte do sistema de monitoramento de processo WTW IQ SensorNet da marca Salem, que descreve seus princípios de medição, design e operação.

Monitoramento do tratamento de águas residuais

O monitoramento do tratamento de águas residuais é essencial para verificar a qualidade da água de saída após cada fase do processo e avaliar a eficiência do tratamento. As instalações municipais de reciclagem de água utilizam principalmente a tecnologia de tratamento de lodo ativo. O lodo ativo é um processo biológico que elimina poluentes dissolvidos e partículas através da conversão de carbono orgânico em dióxido de carbono (CO2) e, se a transformação de desnitrogênio for realizada, a conversão de nitrogênio amônico em nitrogênio (N₂).

BOD e COD são parâmetros combinados de muitas substâncias diferentes e a medição separada requer muito trabalho analítico. BOD e COD são indicadores para medir a quantidade de oxigênio necessária para o oxido de carbono orgânico em uma amostra. A unidade de medição é mg O₂/L. Em termos de BOD, a reação é catalizada por bactérias. Além de limitar os testes ao laboratório devido às condições precisas necessárias para uma cultura prolongada (5 dias), o método é muito sensível à tecnologia e, portanto, a precisão pode ser problemática. O método COD é uma oxidação química mais intensa, onde quase todo o carbono orgânico é oxidado. É mais rápido do que o BOD, mas a implementação em um analisador on-line é costosa devido à necessidade de coleta de amostras, equipamentos de preparação de amostras e reposição de reagentes. O carbono orgânico total (TOC) é usado menos, mas é cada vez mais popular como complemento ou até substituição ao BOD no controle de processo. O método TOC é a medição direta do carbono orgânico na amostra em mg C/L. A medição do TOC é mais rápida e simples do que o BOD ou COD e não requer o uso de mercúrio como o método COD. A medição do TOC também pode ser mais precisa, especialmente para amostras com níveis orgânicos extremamente baixos, como a saída de água de instalações avançadas de reciclagem de água.

A remoção completa do nitrogênio das águas residuais é cada vez mais importante. O nitrogênio é um nutriente convencional essencial para apoiar o crescimento biológico, incluindo algas. Em águas ricas em nutrientes, o crescimento e a morte das algas se aceleram, resultando em deficiência de oxigênio, uma condição baixa em oxigênio que não é adequada para peixes e outros organismos aquáticos. As águas residuais tratadas são uma importante fonte de nutrientes para algumas bacias hidrográficas. Portanto, o monitoramento e o controle de todos os tipos de nitrogênio são de grande importância. Os nitratos e nitratos em águas residuais não tratadas são geralmente negligenciados. Portanto, qualquer um dos dois que aparecem nas águas residuais após o tratamento é o resultado da nitroficação biológica, que converte a amônia nas águas residuais em nitratos. E o efeito de nitrificação eficiente pode alcançar a concentração máxima de nitratos. A soma de nitritos e nitratos (denominados coletivamente NOx) é convertida em nitrogênio e removida das águas residuais por outra reação biológica chamada desnitrificação. Se a desnitrificação ocorrer na piscina de aeração, isso é uma boa coisa para a instalação de recuperação de água, pois reduzirá o nitrogênio total (TN) na água de saída após o tratamento e reduzirá a intensidade energética necessária, uma vez que a reação pode ser realizada sem a entrada de oxigênio. No entanto, seria uma coisa ruim se o efeito de desnitrificação ocorresse na camada de lama da piscina de precipitação final. As bolhas de nitrogênio geradas deixam os sólidos flutuando, interferindo com o controle do refluxo de lama e aumentando a suspensão total de sólidos (TSS) e BOD na água de saída após o tratamento durante o derramamento de sólidos, o que pode levar à violação dos limites de emissão.

As restrições no processo de nitrificação ou desnitrificação podem levar à acumulação de nitritos e ainda mais problemas de conformidade. As instalações com desinfecção de cloro notam imediatamente um aumento na necessidade de cloro, pois 1 mg/L de nitrato de nitrogênio consome 5 mg/L de cloro. Não acompanhar a dose de cloro pode levar a desinfecção insuficiente e um aumento dos níveis de bactérias na água após o tratamento. Outros efeitos podem ser mais sutis, mas também há problemas. Os nitratos são muito biotóxicos aquáticos, mais tóxicos do que os nitratos. 1 mg/L ou mais de nitrito de nitrogênio pode resultar em falha de todo o teste de toxicidade de saída (WET). O efeito do aumento dos níveis de nitrogênio de nitritos é mais do que isso. Curiosamente, as bactérias que produzem e consomem nitritos (conhecidas coletivamente como bactérias nitrificantes) são sensíveis aos nitritos, o que cria um ciclo de feedback destrutivo no qual uma pequena interferência pode levar a uma espiral de morte da nitrificação e anormalidades do processo, levando a um longo período de não cumprimento dos limites de nitrogênio de amônia e hidrógeno. Por outro lado, o acúmulo de nitritos pode ser usado para melhorar a eficiência do tratamento de águas residuais. A compreensão e o desenvolvimento da desnitrogenação de curto prazo dos nitritos impulsionaram o desenvolvimento de processos inovadores que deliberadamente abreviam o processo de desnitrogenação através dos nitritos, reduzindo assim os custos energéticos e químicos.

A morfologia do nitrogênio pode ser medida por muitos métodos diferentes, incluindo cromatografia iônica, cromatografia comparativa e potencialismo. A cromatografia é muito precisa, mas limitada a aplicações de laboratório. A cromatografia também oferece medições de alta qualidade, mas requer equipamentos auxiliares para amostragem e preparação de amostras e reagentes complementares.