Calculadora de MLVSS para tratamento de águas residuárias

Os sólidos suspensos voláteis do licor misto (MLVSS) são a parcela orgânica e biodegradável dos sólidos suspensos em um tanque de aeração de lodos ativados. Eles são usados como medida indireta da quantidade de microrganismos ativos que tratam as águas residuárias. Esta calculadora determina o MLVSS a partir de dados laboratoriais usando o método da porcentagem de VSS ou o método de FSS (sólidos suspensos fixos).

O que é MLVSS?

As estações de tratamento de águas residuárias que usam o processo de lodos ativados dependem de microrganismos para decompor poluentes orgânicos. A mistura de água, microrganismos e sólidos no tanque de aeração é chamada de licor misto. Parte dos sólidos suspensos dessa mistura é material orgânico, composto principalmente por microrganismos vivos e mortos. Essa fração orgânica corresponde aos sólidos suspensos voláteis e, quando medida no licor misto, é chamada de MLVSS.

O restante dos sólidos suspensos é composto por material inorgânico, como cascalho, areia e minerais. Essa fração inorgânica é chamada de sólidos suspensos fixos (FSS), ou MLFSS quando medida no licor misto, porque não se volatiliza quando aquecida. Juntos, MLVSS e MLFSS formam os sólidos suspensos do licor misto (MLSS), a concentração total de sólidos suspensos no tanque.

$\text{MLSS} = \text{MLVSS} + \text{MLFSS}$

Os operadores acompanham o MLVSS porque ele estima o tamanho da população biológica responsável pelo tratamento. Um nível estável de MLVSS geralmente indica um tratamento estável e previsível. Uma queda repentina pode indicar afluente tóxico, descarte excessivo de lodo ou uma tempestade que arrastou a biomassa para fora do tanque.

Como calcular o MLVSS

Há duas formas comuns de calcular o MLVSS, e ambas devem produzir o mesmo resultado se as medições laboratoriais forem precisas.

Método da porcentagem de VSS

Alguns laboratórios informam o VSS como porcentagem do TSS (sólidos suspensos totais). Nesse caso:

$\text{MLVSS} = \text{TSS} \times \frac{\text{VSS\%}}{100}$

• MLVSS = sólidos suspensos voláteis do licor misto (mg/L)
• TSS = sólidos suspensos totais (mg/L)
• VSS% = parcela dos sólidos suspensos que é volátil, geralmente 65–85% em um sistema convencional de lodos ativados

Método de FSS

Outros laboratórios informam diretamente a fração fixa (inorgânica). Nesse caso, o MLVSS é obtido por subtração:

$\text{MLVSS} = \text{TSS} - \text{FSS}$

Como VSS e FSS sempre totalizam o TSS, esta fórmula produz o mesmo resultado que o método da porcentagem quando as medições de base são concordantes. Se os dois métodos produzirem resultados significativamente diferentes para a mesma amostra, os dados laboratoriais ou o manuseio da amostra devem ser verificados.

Exemplo resolvido

Exemplo 1: método da porcentagem de VSS. Um operador mede TSS de 3.500 mg/L no tanque de aeração, com uma porcentagem de VSS de 75%.

$\text{MLVSS} = 3{,}500 \times \frac{75}{100} = 2{,}625 \text{ mg/L}$

Exemplo 2: método de FSS. O mesmo tanque também é medido diretamente: o TSS é 3.500 mg/L e o FSS é 875 mg/L.

$\text{MLVSS} = 3{,}500 - 875 = 2{,}625 \text{ mg/L}$

Os dois métodos concordam, como esperado, pois 875 mg/L de FSS correspondem exatamente a 25% de 3.500 mg/L de TSS.

Como usar esta calculadora

1. Insira o valor de sólidos suspensos totais (TSS) em mg/L.
2. Escolha um método de cálculo: "Usando a porcentagem de VSS" ou "Usando sólidos suspensos fixos (FSS)".
3. Insira o segundo valor: a porcentagem de VSS (0-100%) ou o valor de FSS em mg/L.
4. Leia o resultado de MLVSS em mg/L, exibido com a fórmula e os números utilizados.

A calculadora verifica se o TSS é igual ou maior que zero, se a porcentagem de VSS está entre 0 e 100 e se o FSS não excede o TSS, pois o FSS é parte do TSS. Se uma verificação falhar, ela exibirá uma mensagem explicando o que deve ser corrigido.

A razão MLVSS/MLSS

Em uma estação convencional de lodos ativados, a razão MLVSS/MLSS geralmente fica entre 0,65 e 0,85, o que significa que 65–85% dos sólidos suspensos são orgânicos. Uma razão que se desloque para abaixo desse intervalo pode indicar o acúmulo de sólidos inertes ou a entrada de material inorgânico adicional proveniente de uma fonte industrial. Uma razão próxima ao limite superior do intervalo geralmente significa que a biomassa é predominantemente orgânica e ativa.

Por que o MLVSS é importante para o controle do processo

O MLVSS é usado em vários cálculos realizados diariamente pelos operadores:

• Razão alimento/microrganismos (F/M): compara a carga orgânica afluente com a quantidade de biomassa disponível para tratá-la.
• Tempo de retenção de sólidos (SRT), também chamado de idade do lodo: período durante o qual a biomassa permanece no sistema, afetando a estabilidade do tratamento e a capacidade de remover amônia (nitrificação).
• Produção de lodo: mais biomassa geralmente significa mais lodo para descartar e destinar.
• Demanda de oxigênio: a biomassa precisa de oxigênio para funcionar, portanto o consumo de energia para aeração acompanha aproximadamente o MLVSS.

Os métodos laboratoriais padrão para MLVSS são descritos em Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (Método 2540E) e no Método 160,4 da EPA.

Como calcular a razão F/M

$\text{Razão F/M} = \frac{\text{Carga de DBO afluente (kg/dia)}}{\text{Massa de MLVSS no tanque (kg)}}$

Exemplo. Uma estação apresenta os seguintes valores:

• Vazão afluente = 10.000 m³/dia
• DBO afluente = 250 mg/L
• Volume do tanque de aeração = 2.000 m³
• MLVSS = 2.500 mg/L

Como 1 mg/L em uma vazão medida em m³/dia equivale a 1 grama de massa por dia, a carga em kg/dia é obtida multiplicando e dividindo por 1.000:

• Carga de DBO afluente = 10.000 m³/dia × 250 mg/L ÷ 1.000 = 2.500 kg/dia
• Massa de MLVSS = 2.000 m³ × 2.500 mg/L ÷ 1.000 = 5.000 kg
• Razão F/M = 2.500 kg/dia ÷ 5.000 kg = 0,5 por dia

Uma estação convencional de lodos ativados normalmente opera com uma razão F/M entre 0,2 e 0,6 por dia. Uma razão muito alta pode causar intumescimento filamentoso, no qual bactérias filamentosas fazem com que o lodo sedimente mal. Uma razão muito baixa desperdiça energia na aeração de biomassa que tem pouco alimento restante para consumir.

Faixas operacionais típicas

As tabelas de projeto publicadas apresentam a concentração total de sólidos (MLSS), e não a parcela volátil. O MLVSS é a parcela volátil desses valores, portanto corresponde aproximadamente a 65–85% de cada faixa.

Os biorreatores com membranas podem operar com concentrações de sólidos muito mais altas porque separam os sólidos com membranas, em vez de depender da sedimentação por gravidade em um decantador.

Como o MLVSS é medido em laboratório

O procedimento padrão tem duas etapas de aquecimento:

1. Etapa do TSS. Um volume conhecido de licor misto é filtrado por um filtro de fibra de vidro previamente pesado, seco a 103–105°C por pelo menos uma hora, resfriado e pesado. O ganho de massa corresponde ao TSS (ou MLSS, quando a amostra é de licor misto).
2. Etapa de ignição. O mesmo filtro é aquecido em um forno a 550 °C durante 15–20 minutos. O material orgânico é queimado, deixando cinzas inorgânicas. O filtro é resfriado e pesado novamente.
3. Resultado. A massa perdida durante a ignição é a parcela volátil e orgânica, correspondente ao MLVSS.

A temperatura do forno é importante. O Standard Methods estabelece a etapa de ignição a 550 °C, com tolerância de 50 °C. Se a temperatura for maior, carbonatos inorgânicos, como o carbonato de magnésio, começam a se decompor, aumentando a perda de massa medida e produzindo uma leitura de voláteis falsamente alta. Se a temperatura for menor, o material orgânico pode não queimar completamente.

Alternativas ao MLVSS

O MLVSS é amplamente utilizado porque é simples e confiável, mas outros métodos medem a biomassa de forma mais específica:

• ATP (adenosina trifosfato) mede uma molécula encontrada apenas em células vivas, portanto contabiliza a biomassa ativa sem o material morto. É necessário um analisador específico.
• Respirometria mede a taxa de consumo de oxigênio pela biomassa, mostrando diretamente a atividade biológica. É útil para testar se o afluente é tóxico para a biomassa.
• Quantificação de DNA e FISH (hibridização fluorescente in situ) identificam e contam microrganismos específicos. São principalmente ferramentas de pesquisa, úteis para identificar a causa do intumescimento filamentoso.

Esses métodos fornecem mais detalhes, mas custam mais e demandam mais tempo, razão pela qual o MLVSS continua sendo o padrão para o controle rotineiro do processo.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre MLSS e MLVSS? MLSS são os sólidos suspensos totais no tanque de aeração, incluindo material orgânico e inorgânico. MLVSS é apenas a parte orgânica. MLSS é igual a MLVSS mais MLFSS (sólidos suspensos fixos do licor misto).

Qual é uma razão MLVSS/MLSS típica? Em uma estação convencional de lodos ativados, ela geralmente varia de 0,65 a 0,85 (65-85%). Uma razão menor sugere maior quantidade de material inorgânico na mistura.

Como o MLVSS afeta a razão F/M? O MLVSS é o denominador da razão F/M. Para a mesma carga orgânica, um MLVSS maior produz uma razão F/M menor. Um MLVSS menor produz uma razão F/M maior, o que pode favorecer bactérias filamentosas de má sedimentação se a razão subir demais.

O que causa uma queda repentina do MLVSS? As causas comuns incluem descarte excessivo de lodo, material tóxico no afluente que mata a biomassa, chuvas intensas que arrastam a biomassa para fora do tanque e baixa disponibilidade de alimento durante períodos de baixa carga, como feriados.

O MLVSS pode ser alto demais? Sim. Um MLVSS alto aumenta a demanda de oxigênio e, consequentemente, o custo de energia para aeração, pode sobrecarregar o decantador secundário com sólidos e limitar a chegada de oxigênio ao centro de partículas densas de floco.

Quanto tempo após a coleta o MLVSS deve ser medido? O Standard Methods recomenda iniciar o procedimento o mais rápido possível, pois os sólidos não podem ser preservados. As amostras devem ser refrigeradas a 4 °C, mantidas preferencialmente por no máximo 24 horas e nunca por mais de 7 dias.

Referências

1. Water Environment Federation. Operation of Water Resource Recovery Facilities, 7ª edição. McGraw-Hill Education, 2018.
2. Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, 5ª edição. McGraw-Hill Education, 2014.
3. American Public Health Association, American Water Works Association e Water Environment Federation. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23ª edição, 2017.
4. Agência de Proteção Ambiental dos EUA. Ficha técnica de tecnologia de águas residuárias: processo de lodos ativados. EPA 832-F-00-016.