Aeração de água é o processo de aumentar ou manter a saturação de oxigênio da água tanto em ambientes naturais e artificiais. Técnicas de aeração são comumente empregadas no manejo de lagoas, lagos e reservatórios para combater baixos níveis de oxigênio ou proliferação de algas.

Qualidade de água A aeração da água é frequentemente necessária em corpos d'água que sofrem de condições hipóxicas ou anóxicas, geralmente causadas por atividades humanas a montante, como despejo de esgoto, escoamento agrícola ou excesso de isca em lagos de pesca. A aeração pode ser obtida pela infusão de ar no fundo do lago, lagoa ou açude, ou pela agitação da superfície por meio de uma fonte ou dispositivo semelhante a um jato de água, permitindo a troca de oxigênio na superfície e a liberação de gases como dióxido de carbono, metano ou sulfeto de hidrogênio. A diminuição dos níveis de oxigênio dissolvido (OD) é um dos principais fatores que contribuem para a má qualidade da água. Os peixes e a maioria dos outros animais aquáticos precisam de oxigênio, e as bactérias aeróbicas ajudam a decompor a matéria orgânica. Quando as concentrações de oxigênio ficam baixas, podem desenvolver-se condições anóxicas que reduzem a capacidade do corpo d'água de sustentar a vida.

Métodos de aeração Qualquer procedimento que adicione oxigênio à água pode ser considerado um tipo de aeração. Existem muitas maneiras de aerar a água, mas todas essas abordagens se enquadram em duas grandes categorias – aeração superficial e aeração subterrânea. Uma variedade de técnicas e tecnologias está disponível para ambas as abordagens.

Aeração natural A aeração natural é um tipo de aeração tanto subaquática quanto superficial. Ela pode ocorrer por meio de plantas aquáticas submersas. Através do processo natural de fotossíntese, as plantas aquáticas liberam oxigênio na água, fornecendo o oxigênio necessário para a vida dos peixes e para que as bactérias aeróbicas decomponham o excesso de nutrientes. O oxigênio pode ser introduzido na água quando o vento perturba a superfície, e a aeração natural também pode ocorrer através do movimento da água causado por um fluxo de entrada, queda de água, ou até mesmo uma forte inundação. A transferência de oxigênio na interface ar-água é governada pelo coeficiente de reaeração (Ka), o qual é amplamente influenciado pela turbulência superficial. Esse fenômeno ocorre tanto pela ação do vento, que aumenta a área de contato efetiva, quanto pela energia cinética dissipada em trechos de corredeiras, quedas d'água ou em eventos de alta vazão, como enchentes, que promovem o revolvimento da massa líquida. Em grandes massas de água em climas temperados, a mistura outonal pode introduzir água rica em oxigênio no hipolímnio pobre em oxigênio.

Aeração superficial

Aerador de superfície de baixa velocidade O aerador de superfície de baixa velocidade é um dispositivo para aeração biológica de alta eficiência. Esses dispositivos são frequentemente fabricados em aço com revestimento epóxi e geram alto torque. A mistura do volume de água é excelente. A potência comum varia de 1 a 250 kW por unidade, com uma eficiência (SOE) em torno de 2 kgO2/kW. Os aeradores de baixa velocidade são usados ​​principalmente para aeração biológica de plantas para purificação de água. Quanto maior o diâmetro, maior a SOE e a mistura.

Fontes Uma fonte consiste em um mecanismo para lançar água para cima, no ar. Normalmente, isso é feito usando um motor que aciona um impulsor giratório. O impulsor bombeia a água dos primeiros metros da fonte e a lança no ar. Este processo utiliza o contato ar-água para transferir oxigênio. À medida que a água é lançada ao ar, ela se fragmenta em pequenas gotículas. Coletivamente, essas pequenas gotículas possuem uma grande área de superfície através da qual o oxigênio pode ser transferido. Ao retornar, essas gotículas se misturam com o restante da água e, assim, transferem seu oxigênio de volta para o ecossistema. As fontes são um método popular de fornecer aeração superficial devido ao aspecto estético que oferecem. No entanto, a maioria das fontes não consegue produzir uma grande área de água oxigenada. Além disso, passar eletricidade pela água até a fonte pode representar um risco à segurança.

Aeradores de superfície flutuantes

Os aeradores de superfície flutuantes funcionam de maneira semelhante às fontes, mas não oferecem o mesmo apelo estético. Eles extraem água dos primeiros 30 a 60 centímetros da superfície da água e utilizam o contato ar-água para transferir oxigênio. Em vez de lançar água para o ar, eles agitam a água na superfície. Os aeradores de superfície flutuantes também são alimentados por eletricidade da rede elétrica terrestre. A eficácia de um aerador de superfície é limitada a uma pequena área, pois eles não conseguem adicionar circulação ou oxigênio a um raio superior a 3 metros. Essa circulação e oxigenação ficam, portanto, restritas à porção mais superficial da coluna d'água, muitas vezes deixando as porções inferiores intocadas. Aeradores de superfície de baixa velocidade também podem ser instalados em flutuadores.

Aeradores de roda de pás Os aeradores de roda de pás também utilizam o contato ar-água para transferir oxigênio do ar atmosférico para a água. São mais frequentemente usados ​​na aquacultura (criação de animais aquáticos ou cultivo de plantas aquáticas para alimentação). Construídos com um cubo com pás acopladas, esses aeradores geralmente são movidos por uma tomada de força (TF), um motor a gasolina ou um motor elétrico. Costumam ser montados em flutuadores. A eletricidade força as pás a girarem, agitando a água e permitindo a transferência de oxigênio por meio do contato ar-água. À medida que cada nova porção de água é agitada, ela absorve oxigênio do ar e, ao retornar à água, o devolve. Nesse aspecto, a aeração por roda de pás funciona de maneira muito semelhante aos aeradores de superfície flutuantes.

Aeração subsuperficial A aeração subsuperficial busca liberar bolhas no fundo da massa de água e permitir que elas subam pela força da flutuabilidade. Sistemas de aeração difusa utilizam bolhas para aerar e também obter mistura da água. O deslocamento de água pela expulsão de bolhas provoca uma ação de mistura, e o contato entre a água e a bolha resulta na transferência de oxigênio.

Aeração por jato A aeração subsuperficial pode ser realizada através do uso de aeradores a jato, que aspiram ar, por meio do princípio de Venturi, e injetam o ar no líquido. Ao converter energia de pressão em energia cinética, o sistema promove não apenas a oxigenação, mas também uma mistura completa do lodo ativado. Essa agitação constante impede a sedimentação precoce de sólidos nos tanques de aeração, mantendo a biomassa em suspensão ideal para o tratamento. Esse mecanismo garante uma transferência de massa altamente eficiente, pois a turbulência gerada no bocal de injeção reduz o tamanho das bolhas de ar.

Aeração com bolhas grossas A aeração por bolhas grossas é um tipo de aeração subsuperficial em que o ar é bombeado de um compressor de ar em terra firme. através de uma mangueira até uma unidade colocada no fundo do corpo d'água. A unidade expele bolhas grossas (mais de 2mm em diâmetro), que liberam oxigênio ao entrarem em contato com a água, o que também contribui para a mistura das camadas estratificadas do lago. Com a liberação de grandes bolhas do sistema, ocorre um deslocamento turbulento da água, resultando em sua mistura. Em comparação com outras técnicas de aeração, a aeração com bolhas grossas é muito ineficiente na transferência de oxigênio. Isso se deve ao grande diâmetro e à área de superfície coletiva relativamente pequena de suas bolhas.

Aeração por bolhas finas

A aeração por bolhas finas é uma maneira eficiente de transferir oxigênio para um corpo d'água. Um compressor em terra bombeia ar através de uma mangueira, que está conectada a uma unidade de aeração subaquática. Acoplados à unidade estão diversos difusores. Esses difusores podem ter a forma de discos, placas, tubos ou mangueiras, construídos com sílica aglomerada com vidro, plástico cerâmico poroso, PVC ou membranas perfuradas de borracha EPDM (elastômero de monômero de etileno-propileno-dieno). O ar bombeado através das membranas difusoras é liberado na água. Essas bolhas são conhecidas como bolhas finas. A EPA define bolha fina como qualquer bolha com diâmetro inferior a 2 mm. Esse tipo de aeração possui uma eficiência de transferência de oxigênio muito alta (OTE), às vezes até 6,8 kg (15 libras) de oxigênio / (cavalo vapor * hora) (9,1 quilogramas de oxigênio / (quilowatt * hora)). Em média, a aeração por difusão do ar difunde aproximadamente 56,6-113,3 litros de ar por minutos (2–4 pés cúbicos de ar por minutos), mas alguns operam em níveis tão baixos quanto 28,3 L/min (1 pé cúbico por minuto) ou tão alto como 283 L/min (10 pés cúbico por minuto). A aeração por difusão com bolhas finas maximiza a área de superfície das bolhas e, assim, transfere mais oxigênio para a água por volume de bolha. Além disso, bolhas menores levam mais tempo para chegar à superfície, maximizando não apenas a área de superfície, mas também o tempo que cada bolha permanece na água, o que lhe permite maior oportunidade de transferir oxigênio para a água. De modo geral, bolhas menores e um ponto de liberação mais profundo geram uma maior taxa de transferência de oxigênio. Uma das desvantagens da aeração por bolhas finas é que as membranas dos difusores de cerâmica podem entupir e precisam ser limpas para manter seu funcionamento com eficiência ideal. Além disso, elas não possuem a mesma capacidade de misturar a coluna d'água que outras técnicas de aeração, como a aeração por bolhas grossas.

Desestratificação do lago Os circuladores são comumente usados ​​para misturar a água de um lago ou barragem e, assim, reduzir a estratificação térmica. Uma vez que a água circulada atinge a superfície, a interface ar-água facilita a transferência de oxigênio para a água da massa d’água.

Referências

Ligações externas Sistemas de lagoas de tratamento de águas residuais no Maine Aerated, Partial Mix Lagoons (Ficha informativa sobre tecnologia de tratamento de águas residuais pelo Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos)