Quando um aerador tipo escova precisou ser substituído na estação de tratamento de águas residuais de Liberty, no Estado de Nova York, a estação decidiu modernizar suas operações. Foram instalados um novo sistema de aeração Sanitaire Série Silver e um misturador Flygt da Xylem, o que levou a uma redução de 43% do consumo de energia.
A estação de águas residuais da cidade de Liberty, no sudeste de Nova York, tem um processo de tratamento secundário composto por duas valas de oxidação separadas. Cada vala comporta 4 milhões de litros de água, podendo tratar a capacidade permitida de aproximadamente 8 milhões de litros de água por dia, além de fazer clarificação e desinfecção com ultravioleta.
Anteriormente, cada vala de oxidação era equipada com dois aeradores tipo escova, cada um acionado por um motor de 37 kW de potência, um total de 74,6 kW de potência por bacia. As escovas faziam tanto a aeração quanto a mistura da água, mantendo a completa suspensão de sólidos enquanto fazia a circulação de fluxo na bacia de aeração estendida.
Substituição de um sistema de alto consumo de energia
Os aeradores tipo escova mantêm os sólidos suspensos, mas consomem muita energia para manter os níveis de oxigênio dissolvidos. Eles apresentam a desvantagem de ter uma única velocidade e sua profundidade fixa faz com que seja quase impossível ajustá-los a condições em mudança.
Quando um túnel quebrou e provocou mau funcionamento em um dos aeradores tipo escova, a estação de tratamento de água de Liberty trabalhou com os engenheiros da Delaware Engineering para desenvolver uma estação para reparo e atualização.
Após avaliar diversas opções de aperfeiçoamento das bacias, a Delaware Engineering recomendou o sistema de aeração Sanitaire da Xylem e um misturador Flygt 4410 separado e altamente eficiente. Este foi considerado o tratamento mais econômico e o que também melhoraria o controle e a flexibilidade.
Separando aeração da mistura
A nova solução, que envolve separar a transferência de oxigênio da mistura, permite que cada dispositivo desempenhe sua função de forma mais eficiente, reduzindo significativamente o consumo de energia. A combinação de misturadores submersíveis altamente eficientes com uma eficiente aeração de difusores de bolhas finas possibilita superiores transferência de oxigênio e tratamento de água a uma fração do custo do consumo de energia dos aeradores tipo escova.
A transferência de oxigênio é uma função de profundidade de água, com submersão mais profunda dos difusores de bolhas finas, permitindo mais contato entre as bolhas e a água e, assim, proporcionando maior eficiência de transferência. Com uma profundidade de aproximadamente 4,3 metros, as bacias da estação de Liberty provaram ser ideais para um aperfeiçoamento da aeração de difusores de bolhas finas.
Manter a aeração separada da mistura também permite aos operadores controlar de forma mais eficiente a concentração de oxigênio dissolvido. Isso permite reduzir a aeração durante períodos de demanda reduzida de oxigênio sem sacrificar a circulação na vala de oxidação.
A atualização gerou substancial economia de energia na estação de Liberty, reduzindo o consumo de energia em 43% durante a aeração e mistura da água, de 74,6 kW para menos de 42,5 kW. Isso levou a uma economia de mais de US$ 36.000 por ano, além de proporcionar tratamento mais estável.
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A solução em detalhes
Devido à sua maior eficiência de transferência de oxigênio, difusores de disco de membranas Série Silver II estão entre os difusores de bolhas finas mais eficientes do setor. Com uma Eficiência de Transferência de Oxigênio Padrão (Standard Oxygen Transfer Efficiency, SOTE) de 6,56% por metro de submersão, os difusores apresentam uma SOTE aproximada de 24% nas bacias da estação de tratamento de Liberty. Maior eficiência de transferência significa que menos ar total é necessário para atender a demanda e, com uma queda de pressão extremamente baixa na membrana, o consumo de energia do ventilador também pode ser minimizado.
O sistema de aeração Série Silver é conhecido por seu serviço robusto, com membranas elastoméricas EPDM de alta elasticidade proporcionando longa vida útil de 10 anos ou mais.
O sistema na estação de Liberty distribui ar por meio de 720 difusores, 360 em cada lado da bacia. Dois ventiladores de 37 kW, equipados com acionamentos de frequência variável (VFDs), fornecem ar aos difusores no pico de fluxo e carga, com um terceiro ventilador idêntico instalado de reserva.