O tratamento da água está a sofrer uma profunda transformação e está a ganhar importância a nível mundial. A água é um bem cada vez mais escasso. Sobretudo nos países mais pobres não está disponível em quantidades suficientes. Os estrangulamentos são cada vez mais graves devido à procura crescente por parte da indústria, da agricultura e da produção de energia. Embora problemas como a escassez de água sejam de relevância limitada na Alemanha, uma abordagem responsável da água, que poupe recursos, é uma questão importante para o futuro. O tratamento da água desempenha um papel fundamental na questão da disponibilidade de água. Cerca de 80% das águas residuais a nível mundial continuam sem tratamento, embora, em muitos casos, o seu tratamento seja tecnicamente possível. A longo prazo, existe, portanto, um potencial considerável para reduzir significativamente o nível de consumo de água pela indústria.
Ao mesmo tempo, o foco está também na eficiência energética, especialmente nos países industrializados. As estações de tratamento de águas residuais são consideradas verdadeiras desperdiçadoras de energia devido aos processos com utilização intensiva de energia nos tanques de aeração. Num contexto de objetivos ambiciosos de proteção do clima e de aumento dos preços da energia, a eficiência energética no tratamento da água tornar-se-á uma das principais questões para o futuro.
Em especial no domínio das tecnologias energéticas para tanques de tratamento de águas residuais, é evidente que já existem tecnologias fiáveis para reduzir de forma sustentável o consumo de energia e que são altamente atrativas do ponto de vista da entidade exploradora. Os investimentos em modernas tecnologias de ventilação compensam muito rapidamente e melhoram a eficiência das instalações sem despesas indevidas, especialmente no caso de estações de tratamento de água mais antigas. O tratamento da água do futuro tem um grande potencial para mitigar a escassez de água, promovendo uma gestão responsável das matérias-primas e diminuindo o consumo de energia. Um exemplo com grande potencial para o futuro é a produção de energia a partir de águas residuais.
Uma das questões mais importantes para o futuro no domínio do tratamento de águas é a produção de energia a partir de águas residuais. Cada metro cúbico de águas residuais contém quatro vezes a quantidade de energia utilizada para purificar essa água; de um ponto de vista puramente teórico, uma estação de tratamento de águas residuais poderia, portanto, produzir mais energia do que aquela que consome. O princípio subjacente a esta noção é simples: os sólidos contidos nas águas residuais, como excrementos, papel higiénico ou outras partículas, podem geralmente ser utilizados em instalações de biogás para gerar energia elétrica e calor. As tecnologias para este processo já foram aplicadas com sucesso, mas ainda há muito espaço para melhorias. Por esse motivo, estão atualmente a ser investigadas e testadas novas tecnologias destinadas a aumentar a incineração de lamas sob a forma de protótipos - com resultados promissores.
Mas muitos obstáculos têm ainda de ser ultrapassados antes de se realizar todo o potencial das águas residuais na produção de energia. Um dos desafios consiste em aumentar significativamente a percentagem de sólidos que podem ser extraídos das águas residuais antes do processo de purificação propriamente dito. Isto poderia ser conseguido, por exemplo, através da adição de polímeros que provocam a aglomeração das lamas.
A eficiência energética é a questão mais importante para o tratamento da água do futuro. Por um lado, as entidades exploradoras de estações de tratamento de águas residuais veem-se constantemente confrontadas com regulamentos ambientais cada vez mais rigorosos por parte dos políticos. Por outro lado, têm de introduzir medidas de eficiência para contrariar o aumento dos preços da eletricidade. Para compreender a importância da eficiência energética nos tanques de tratamento de águas residuais, ajuda analisar o balanço energético de uma estação de tratamento.
As cerca de 10'200 estações de tratamento de águas residuais instaladas na Alemanha utilizam um total de aproximadamente 4400 gigawatts-hora (GWh) de energia elétrica por ano. Isto corresponde a um consumo específico de 35 kWh/equivalente de população por ano. As estações de tratamento de águas residuais ainda representam, por conseguinte, cerca de 0,7% da energia consumida na Alemanha.
Acontece que a aeração é de longe o principal consumidor de quase todas as estações de tratamento de águas residuais com processos de lamas; enquanto a percentagem de energia consumida pelas estações com estabilização aeróbica de lamas se situa entre 60% e 80%, ainda é de cerca de 50% para as estações com digestão de lamas. Além disso, há outros consumidores de energia que não são tão significativos como o processo das lamas. Os principais consumidores de energia num relance:
Uma análise do consumo médio de energia destas estações mostra que o maior potencial de redução do consumo de energia reside na aeração dos tanques de aeração e nas estações de bombagem em contínuo funcionamento, por exemplo, a entrada, o mecanismo de elevação intermédio e a recirculação interna. A aeração dos tanques de aeração desempenha o papel mais importante, razão pela qual este aspeto é analisado em pormenor mais adiante.
Aumentar a eficiência energética dos tanques de aeração e utilizar lamas ou gás digestor para gerar energia e calor não são as únicas medidas no caminho para o tratamento da água do futuro. O potencial adicional reside, por exemplo, na integração das energias renováveis nos sistemas energéticos das estações de tratamento de águas residuais.
É possível, por exemplo, instalar células solares ou turbinas eólicas no recinto das estações de tratamento de águas residuais para melhorar ainda mais a relação entre a energia produzida e o consumo total de energia. Ao mesmo tempo, deve obviamente ter-se em conta que estas medidas estão sujeitas aos mesmos condicionalismos que outros locais e que a rentabilidade do investimento depende das condições prevalecentes, como o sol local e as condições do vento. Embora a utilização de coletores solares para gerar calor seja também de particular interesse para as estações sem digestão de lamas, esta abordagem irá provavelmente desempenhar apenas um papel subordinado no futuro. Para as estações com estabilização aeróbia das lamas, já existe normalmente um excesso de calor disponível no verão, o que torna a medida supérflua para este tipo de estação de tratamento de águas residuais. Outras medidas para garantir o tratamento de águas energeticamente eficiente no futuro procuram utilizar a energia hidroelétrica nas entradas e saídas da estação de tratamento de águas residuais. Contudo, esta abordagem oferece apenas um potencial limitado porque a altura de queda disponível é baixa e a quantidade de energia gerada não justifica o esforço e a despesa.
Sobretudo no caso das grandes instalações com incineração de lamas, recomenda-se a utilização de resíduos de crivos de barras como fonte adicional de combustível para aumentar ainda mais a eficiência energética. No entanto, o potencial desta tecnologia é limitado pela utilização de lavadores de detritos de crivos de barras, que reduzem a acumulação de detritos.
devido ao elevado consumo de energia. Dependendo da estação de tratamento de águas residuais, o processo de aeração representa entre 60% e 80% do total das necessidades energéticas, razão pela qual a aeração é especialmente importante para o tratamento da água do futuro.
Para compreender por que razão os tanques de aeração consomem tanta energia, vejamos sucintamente os processos de um sistema de limpeza biológica. Os tanques de aeração eliminam as águas residuais pré-clarificadas mecanicamente de substâncias orgânicas, tais como fosfatos e compostos azotados. Esta decomposição é efetuada por microrganismos como as bactérias, as lamas aeradas.
Para remover biologicamente os fosfatos das águas residuais no primeiro passo, a primeira parte do tanque é mantida com baixo teor de oxigénio. Uma grande quantidade de oxigénio é então introduzida nas águas residuais por meio de ar comprimido. As bactérias multiplicam-se rapidamente devido ao oxigénio, fazendo com que os fosfatos se liguem à lama biológica quando combinados com um precipitante dissolvido. As lamas decompõem-se em seguida em tanques de tratamento secundário e podem ser reintroduzidas nos tanques de aeração ou transportadas para o sistema de tratamento de lamas. Este processo consome muita energia devido à introdução de grandes quantidades de ar comprimido.
O desafio da tecnologia de aeração consiste principalmente em proporcionar uma oferta de ar orientada pela demanda, capaz de suportar flutuações graves nos perfis de carga e níveis variáveis de contaminação. As estações de tratamento de águas residuais mais antigas estão frequentemente equipadas com tecnologias de sobrepressor que fornecem sempre a mesma quantidade de oxigénio independentemente da situação de abastecimento, embora nem sempre seja necessário. O desafio consiste, por conseguinte, em implementar uma aeração em função das necessidades, por um lado, e, por outro, em fornecer as gamas de carga parcial do perfil de carga da forma mais eficiente possível.
Para fornecer energia de forma eficiente aos tanques de aeração, a AERZEN conta com uma carteira de produtos que consiste numa ou mais tecnologias de sobrepressores implementadas de acordo com os requisitos individuais de cada estação de tratamento de águas residuais. Esta abordagem permite alcançar a máxima eficiência e explorar plenamente o potencial de poupança.
A carteira é composta por turbos, sobrepressores de êmbolo rotativo e compressores de lóbulo rotativo. A vantagem é óbvia: cada uma destas tecnologias tem vantagens e pontos fortes individuais, que podem ser adaptados às necessidades individuais. Enquanto os turbo, por exemplo, são impressionantemente eficientes em termos energéticos, as máquinas de êmbolo rotativo são excelentes em termos de adaptabilidade e eficiência quase invariável na gama de carga parcial. Enquanto híbrido, o compressor de êmbolo rotativo combina as vantagens da tecnologia de sobrepressor e compressor num único sistema. Dependendo da aplicação, é aconselhável escolher entre uma combinação de diferentes tecnologias ou a tecnologia mais eficiente para o caso em questão. Ao mesmo tempo, é possível instalar não só tecnologias diferentes, mas também tamanhos diferentes. E é possível realizar um potencial adicional de poupança se esta abordagem for combinada com um comando global inteligente.
A experiência tem demonstrado que é possível obter poupanças de energia substanciais através de uma aeração otimizada. Por exemplo, ao instalar um turbo Aerzen e um híbrido Delta, a estação de tratamento de águas residuais de Rheda-Wiedenbrück conseguiu poupar 40'000 euros em custos de energia - por ano.
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