Efluentes com alta concentração de matéria orgânica, como esgoto sanitário ou gerados em indústrias de alimentos, papel e celulose, e sucroalcooleiras, devem passar por um processo de tratamento biológico, onde microrganismos degradam a matéria orgânica, antes de serem lançados nos corpos receptores. Existem diferentes processos biológicos utilizados em ETEs para esta finalidade, mas são divididos praticamente entre processos aeróbios (que utilizam oxigênio) e anaeróbios (sem oxigênio).

Em alguns processos aeróbios, o oxigênio pode ser fornecido de forma natural, porém os mais difundidos e utilizados em ETEs de grande porte são os que utilizam aeração artificial, através de equipamentos, como o processo de lodos ativados e as lagoas aeradas. O papel principal da aeração é fornecer oxigênio para os microrganismos responsáveis pela degradação da matéria orgânica e pela remoção de compostos nitrogenados, garantindo um ambiente aeróbio necessário à eficácia do tratamento.

Nos sistemas de tratamento por lodos ativados, por exemplo, a aeração garante a oxigenação da biomassa (microrganismos) e a mantém em suspensão, possibilitando que bactérias aeróbias oxidem a matéria orgânica carbonácea presente no efluente, medida como DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio). Além disso, a aeração sustenta a nitrificação, processo no qual bactérias convertem o nitrogênio amoniacal (NH₄⁻) em nitrato (NO₃⁻), etapa essencial para o controle da toxicidade dos efluentes e para a qualidade ambiental dos corpos hídricos receptores.

A aeração artificial pode ser realizada de duas formas: aeração mecânica e por ar difuso. Os sistemas de aeração mecânica utilizam aeradores de superfície ou de eixo vertical, por exemplo, que agitam o efluente e promovem a transferência de oxigênio pela interface ar-água. São sistemas geralmente mais simples e de fácil manutenção, indicados para ETEs menores.

Por outro lado, o sistema de ar difuso utiliza sopradores que injetam ar em difusores localizados no fundo dos tanques, liberando bolhas finas que aumentam significativamente a eficiência da transferência de oxigênio. Essa tecnologia permite melhor controle operacional, maior eficiência energética e favorece o uso em sistemas de maior porte.

Em comparação aos processos anaeróbios, a aeração oferece vantagens significativas na remoção de matéria orgânica e nitrogênio amoniacal, especialmente quando se busca efluentes com padrões mais rigorosos de qualidade. Enquanto os reatores anaeróbios, como o UASB, são eficientes na remoção de parte da carga orgânica e apresentam menor consumo energético (por não demandarem oxigênio), eles não possibilitam a nitrificação e deixam frações solúveis de matéria orgânica e amônia no efluente, exigindo tratamento complementar. Uma das principais vantagens do tratamento anaeróbio, é a conversão de parte da matéria orgânica em biogás, que pode ser aproveitado para geração de energia, enquanto nos processos aeróbios, a matéria orgânica é convertida praticamente em gás carbônico e água.

Outra vantagem dos processos aeróbios, é que eles podem ser integrados a zonas específicas para remoções avançadas. A introdução de zonas anóxicas (sem oxigênio, mas com nitrato) nos sistemas de lodo ativado permite a desnitrificação, ou seja, a conversão do nitrato em gás nitrogênio (N₂), fechando o ciclo do nitrogênio e reduzindo o potencial de eutrofização. Já a inclusão de zonas anaeróbias visa estimular a atividade de microrganismos acumuladores de fósforo, que armazenam o elemento sob condições aeróbias após absorção em ambiente anaeróbio, promovendo a remoção biológica de fósforo. Essas configurações estão sendo cada vez mais adotadas em estações de tratamento modernas para atender padrões ambientais mais exigentes. 

Como alternativa ao processo de remoção de nitrogênio convencional, ou seja, nitrificação em ambiente aerado, e posterior desnitrificação em ambiente anóxico, a tecnologia de nitrificação e desnitrificação simultânea (SND) tem chamado cada vez mais atenção entre os profissionais da área, especialmente quando aplicada em sistemas de lagoa aerada. Trata-se de uma solução que integra as duas etapas biológicas em um único reator, sem separação de fases ou a necessidade de zona anóxica definida.

Por fim, a aeração é um componente vital do tratamento biológico aeróbio, com impactos diretos na eficiência de remoção de matéria orgânica e compostos nitrogenados, além de ser um facilitador para estratégias de remoção biológica de nutrientes. A escolha entre os métodos de aeração e a combinação com zonas anóxicas e anaeróbias deve considerar os objetivos de tratamento, as características do efluente e a infraestrutura disponível.

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