BRPI0819316B1 - processo e unidade de tratamento de águas servidas compreendendo o controle da concentração de oxigênio dissolvido - Google Patents
processo e unidade de tratamento de águas servidas compreendendo o controle da concentração de oxigênio dissolvido Download PDFInfo
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Abstract
PROCESSO E UNIDADE DE TRATAMENTO DE ÁGUAS SERVIDAS COMPREENDENDO O CONTROLE DA CONCENTRAÇÃO DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO. AQ presente invenção refere-se a um processo para o tratamento de águas servidas que inclui as etapas de: uma etapa de contato, em que a água servida entra em contato com bactérias retidas em uma superfície de suporte e a concentração de oxigênio dissolvido da água servida é mantida a 2,0 mg/l ou menos; uma etapa de aeração, em que gás atravessa a água servida que passou pela etapa de contato e a concentração de oxigênio dissolvido da água servida diminui à medida que ela passa pela etapa de aeração; uma etapa de sedimentação, em que a água servida que passou pela etapa de aeração é substancialmente dividida em água tratada e lodo; e uma etapa de reciclagem do lodo, em que o lodo advindo da etapa de sedimentação passa à etapa de contato. A invenção também se refere a uma unidade de processamento em que é possível realizar o processo supramencionado
Description
A presente invenção refere-se a processos para o tratamento de águas servidas e a unidades em que é possível tratá- las.
O impacto da humanidade no meio ambiente resulta na criação de grandes volumes de água contaminada, que io chamamos de água servida. A água servida pode ser a descarga de líquidos de propriedades domésticas e comerciais, de indústria e agricultura, ou misturas dos mencionados. As vezes, a água servida inclui suspensões de sólidos. A água de esgoto é uma forma de água servida que inclui matéria fecal e/ou urina.
Em termos gerais, a água servida contém seis categorias principais de contaminantes, que são as seguintes: (1) A matéria carbonada (como amido, proteínas e lipídios) é normalmente medida em termos de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) e DQO (Demanda Química de 20 Oxigênio), além de ser um poluente desoxigenante. Níveis reduzidos de oxigênio dissolvido causados pela descarga de matéria carbonada em águas receptoras podem destruir a vida aeróbica em tais águas. (2) Os sólidos suspensos (SS) são toda a matéria 25 orgânica e inorgânica que não é dissolvida, e os processos para remover tais sólidos das águas servidas incluem a filtragem ou a flutuação dependendo da natureza dos sólidos. É possível que sólidos finos e coloidais tenham que ser coagulados por vários meios antes de serem removidos. A matéria carbonada em (1) pode se fazer presente em águas servidas em parte como sólidos suspensos e em parte como sólidos dissolvidos. (3) O nitrogênio amoniacal, que pode se fazer presente em águas servidas como íons de amónio (NH4+-N) e/ou amónia (NH3) é um poluente desoxigenante como a matéria carbonada. A amónia também pode ser venenosa aos peixes presentes em águas receptoras quando a água servida for descarregada em tais águas. Além disso, o nitrogênio amoniacal é um nutriente de plantas e pode causar a eutrofização das águas receptoras. A maior parte do nitrogênio amoniacal nas águas servidas costuma ser dissolvida. (4) O total de nitrogênio (TN) inclui todas as formas não-moleculares do nitrogênio, que incluem o nitrogênio amoniacal (compreendendo NH4+-N e NH3), o nitrogênio oxidado (compreendendo nitrogênio em nitrito (NCV-N) e em nitrato (NCV-N) e o nitrogênio orgânico (contido em compostos orgânicos como as proteínas). Os nitrogénios amoniacal, em nitrito e orgânico são poluentes desoxigenantes, e todos os compostos de nitrogênio são, em potencial, nutrientes de plantas. A maioria dos compostos de nitrogênio inorgânico que compreendem nitrogênio amoniacal e nitrogênio oxidado são dissolvidos, ao passo que os compostos de nitrogênio orgânico podem ser dissolvidos ou suspensos. (5) O total de fósforo (TF) inclui todas as formas não-moleculares de fósforo compreendendo fosfatos orgânicos e inorgânicos de um tipo ou de outro. Como o TN, o TF é um nutriente de plantas e pode resultar na eutrofização das águas receptoras. Os compostos que contêm fósforo podem ser dissolvidos ou suspensos. (6) Os micro-organismos incluem vírus, bactérias e protozoários, alguns dos quais são patógenos nocivos em potencial, em especial quando a água servida é derivada de fontes animais e humanas. Os patógenos bacterianos incluem certas espécies de enterococci,em termos gerais, e de Escherichia coli, mais especificamente. (7) A matéria não-biodegradável inclui grãos, fios de cabelo, plástico e sais inorgânicos. Destes materiais, a maioria ou é suspensa ou flutua e a minoria pode ser dissolvida.
A liberação de águas servidas sem tratamento em mares e oceanos pode desestabilizar os ecossistemas, além de ter impacto adverso na vida animal e vegetal do ambiente. Por isso, desenvolveram-se vários processos para o tratamento das águas servidas.
O tratamento das águas servidas envolve, substancialmente, separar a água servida dos contaminantes, que podem ser coletivamente transformados em um fluxo de lodo (ou subproduto) que requer tratamento e eliminação. Todo o processo de tratamento da água servida e do lodo resulta na destruição parcial dos contaminantes e em sua conversão parcial em outras matérias, principalmente, os micro-organismos. A água separada durante o tratamento pode ser liberada no meio ambiente, principalmente em águas naturais.
O lodo tratado pode ser reciclado (por exemplo, usado como adubo na agricultura) e/ou destruído (por exemplo, em um incinerador).
Em sua maioria, os processos de tratamento biológico convencionais para águas servidas possuem muitas etapas, em que uma é realizada de cada vez. Por exemplo: uma etapa de filtragem, na qual é possível remover sólidos e resíduos grandes; etapas de sedimentação, em que se removem sólidos relativamente pequenos, mas decantáveis (como grãos ou alguns sólidos orgânicos); uma etapa aeróbica, em que se oxida a matéria carbonada biologicamente em dióxido de carbono e água e em que se oxidam os compostos de nitrogênio principalmente em nitrato, possivelmente com a produção de um pouco de nitreto; uma etapa anóxica, em que reduzimos os nitratos (e nitretos) em nitrogênio molecular (na ausência de oxigênio e na presença de matéria carbonada); e etapas de separação, em que separamos os micro-organismos produzidos no tratamento e outros sólidos da água tratada. Tal separação costuma ser por sedimentação ou filtragem. Por exemplo, estações de lodo ativado convencionais operam misturando água servida em tanques oxigenados, chamados de tanques de aeração, com populações de microorganismos de fluxo livre para formar uma suspensão líquida oxigenada chamada de “solução misturada”. Após o tratamento no tanque de aeração, a solução misturada passa a um tanque de sedimentação, onde os sólidos suspensos na solução misturada acumulam-se no fundo do tanque, resultando na água tratada formando-se como sobrenadante, que passa sobre uma represa no topo do tanque de sedimentação. Os sólidos acumulados são removidos como lodo por um poço no fundo do tanque.
Foram desenvolvidos processos de tratamento mais avançados que envolvem o uso de tipos específicos de micro-organismos. Tais processos de tratamento avançados tiram proveito da capacidade natural de certos tipos de micro- organismos de remover contaminantes das águas servidas, além de outros benefícios como características de decantação aprimoradas dos sólidos suspensos na solução misturada.
Por exemplo, o pedido de patente coreano n° 10- 0276095 descreve um processo para tratar águas servidas incluindo uma etapa em que a água servida entra em contato com micro-organismos retidos em uma superfície de suporte antes de ser transferida a um tanque de aeração. A água servida, que flui pela etapa de contato quanto pelo tanque de aeração, é oxigenada.
O processo descrito na patente coreana envolve as etapas de travamento a seguir na seguinte ordem: remoção de resíduos relativamente grandes suspensos ou flutuando na água servida; passagem da água servida por um tanque de contato, onde entra em contato com micro-organismos retidos em uma superfície fixa; passagem da água servida por um tanque de aeração, onde uma solução misturada contendo água servida e micro-organismos de fluxo livre é oxigenada; passagem da água servida para tanques de sedimentação, onde é dividida em água tratada e lodo (que é o sedimento); passagem da água tratada para uma descarga. Parte do lodo é bombeada por uma bomba de lodo excedente para um tanque de concentração de lodo pronto para eliminação ou tratamento futuro. O restante do lodo do tanque de sedimentação é reciclado diretamente para o tanque de aeração. Parte da água servida que flui dos tanques de aeração é reciclada diretamente para o tanque de contato.
Em comparação ao processo de uma estação de lodo ativo convencional, o processo descrito na patente coreana demonstrou resultados com uma água tratada de qualidade signifícativamente melhor. No entanto, os presentes inventores não consideram que tais processos de tratamento conhecidos tenham sido otimizados ao máximo para fornecer água servida da melhor qualidade.
Sendo assim, em um primeiro aspecto da presente invenção, propomos um processo para tratar águas servidas compreendendo: a. uma etapa de contato, em que a água servida entra em contato com bactérias retidas em uma superfície de suporte e a concentração de oxigênio dissolvido da água servida é mantida a 2,0 mg/1 ou menos; b. uma etapa de aeração, em que gás atravessa a água servida que passou pela etapa de contato e a concentração de oxigênio dissolvido da água servida é reduzida à medida que ela passa pela etapa de aeração; c. uma etapa de sedimentação, em que a água servida que passou pela etapa de aeração é substancialmente dividida em água tratada e lodo; e d. uma etapa de reciclagem do lodo, em que pelo menos parte do lodo advindo da etapa de sedimentação passa à etapa de contato.
Não desejando ficar necessariamente reféns da teoria, os inventores propõem que alguém controle a concentração de oxigênio dissolvido no tanque de contato de modo que uma parte da população de bactérias retida na superfície de suporte opere sob condições aeróbicas e a outra sob condições anaeróbicas. Propomos essa condição para otimizar a separação dos contaminantes da água servida durante a etapa de contato; visto que os processos aeróbicos das bactérias podem separar certos contaminantes, ao passo que outros contaminantes e produtos de processos aeróbicos podem ser separados por processos bacterianos anaeróbicos.
Além disso, não desejando ficar reféns da teoria, os inventores propõem que alguém manipule a composição da população bacteriana na água servida que flui livremente pela etapa de contato e pela etapa de aeração realizando ambas as etapas na água servida passante com uma concentração de oxigênio dissolvido (OD) relativamente baixa em comparação às concentrações de OD encontradas em sistemas de tratamento de águas servidas em geral.
A água servida é a água alimentada ao processo para processamento. No entanto, na descrição desta invenção, também nos referimos assim à água que passa pelas várias etapas deste processo, a qual também pode conter, entre outros, bactérias usadas no processo (tal água servida costuma ser chamada na técnica de solução misturada).
Os micro-organismos na etapa de contato são originalmente retidos na superfície de suporte, embora o processo possa utilizar tanto bactérias retidas na superfície de suporte quanto bactérias de fluxo livre presentes na água servida. O tempo de manutenção da água servida na etapa de contato (definido pelo volume da água servida na etapa de contato dividido pela taxa de fluxo média da água servida) é, de preferência, na faixa de 5 minutos a 3 horas dependendo da resistência da água servida.
Todos os micro-organismos, ou ao menos parte deles, na etapa de aeração fluem livremente pela solução misturada; porém, estes micro-organismos de fluxo livre podem ser suplementados por outros ligados à superfície de suporte que pode ter posição fixa ou fluir livremente pela água servida. Em condições em que a concentração de oxigênio dissolvido (OD) da solução misturada está de acordo com os níveis descritos abaixo, o tempo de manutenção da água servida alimentada pela etapa de aeração (definido pelo volume da solução misturada na etapa de aeração dividido pela taxa de fluxo média da água servida) é, de preferência, na faixa de 4 horas a 1, 2, 3, 4 ou mais dias dependendo da resistência da águas servida.
A razão do tempo de manutenção da água servida na etapa de aeração, sob as concentrações de OD controladas descritas acima, para o tempo de manutenção da água servida na etapa de contato é, de preferência, na faixa de 15 a 90.
Em uma concretização, a concentração de oxigênio dissolvido durante a etapa de contato é mantida a 2 mg/1 ou menos, 1,5 mg/1 ou menos, ou 1 mg/1 ou menos, e, como alternativa, acima de 0,2 mg/1. Dessa forma, a água servida na etapa de contato é, de preferência, aeróbica e não anaeróbica.
A concentração de OD da água servida rumo ao início de sua passagem pela etapa de aeração é relativamente baixa e inferior ou igual a zero em comparação à concentração rumo ao fim da passagem da solução pela etapa. O perfil do OD na etapa de contato e durante a etapa de aeração determina a proliferação e o desenvolvimento de bactérias formadoras de endósporos. O estresse biológico rumo ao fim da etapa de aeração (atingida pelo OD reduzido e/ou por uma concentração de nutrientes para as bactérias na água servida menor do que o necessário para o funcionamento fisiológico normal das bactérias) estimula a esporulação de tais bactérias, e as condições de proliferação biológica na etapa de contato estimulam a ativação e a germinação dos endósporos em células vegetativas que podem proliferar exponencialmente.
Propomos a proliferação de bactérias formadoras de endósporos e a produção e a germinação dos endósporos para estimular a manutenção de bons níveis de bactérias funcionais fluindo livremente na solução misturada ao longo das etapas do método e retidas na superfície de suporte da etapa de contato.
Sendo assim, é preferível que a concentração de OD da água servida rumo ao início e ao fim de sua passagem pela etapa de aeração seja controlada a um nível que estimule a proliferação e o desenvolvimento de bactérias formadoras de endósporos e que tais bactérias passem por seu ciclo de vida.
Como alternativa, a concentração de oxigênio dissolvido da água servida rumo ao início de sua passagem pela etapa de aeração é na faixa de 0,5 a 2 mg/1, 0,2 a 1,5 mg/1, 0,5 a 1,5 mg/1, 0,2 a 1,5 mg/1 ou 0,5 a 1,0 mg/1.
Como alternativa, a concentração de oxigênio dissolvido da água servida rumo ao início de sua passagem pela etapa de aeração é na faixa de 0 a 1,0 mg/1, 0 a 0,5 mg/1, 0 a 0,25 mg/1, 0 a 1,0 mg/1, 0 a 0,1 mg/1 ou 0 mg/1.
De preferência, a água servida leva ao menos 4, 6, 8 ou 10 horas para passar pela etapa de aeração e, mais preferivelmente, pelo menos 1, 2, 3, 4 ou 5 dessas horas devem se passar sob condições em que a concentração de oxigênio dissolvido da água servida está de acordo com os níveis descritos acima para o fim da etapa de aeração.
De preferência, a concentração de oxigênio dissolvido da água servida diminui incrementai ou continuamente à medida que ela passa pela etapa de aeração. Dessa forma, as concentrações de oxigênio dissolvido podem ser diminuídas, ou cair gradualmente, do início ao fim da etapa de aeração, de preferência, o OD não varia por intervalos de tempo (isto é, intencionalmente aumentado, diminuído, aumentando, diminuído etc.).
A manutenção das concentrações de oxigênio dissolvido nos valores desejados descritos acima pode ser atingida pelo controle da alimentação de oxigênio à água servida, que pode incluir a não-alimentaçao de oxigênio. Isso e particularmente importante já que a demanda de oxigênio da água servida pode variar com o tempo, em especial se a concentração carbonada e/ou de Total de Nitrogênio da água servida variar. Sendo assim, a alimentação de oxigênio à água servida pode ser controlada variando a alimentação a fim de manter as concentrações de oxigênio dissolvido nos valores desejados descritos acima (isto é, aumentando ou diminuindo a alimentação de oxigênio à água servida).
Os versados na técnica perceberão as várias formas em que é possível controlar a alimentação de oxigênio à água servida que flui pela etapa de contato e/ou aeração. Por exemplo, uma estrutura na etapa de contato pode ser repetidamente removida e devolvida à água servida (de preferência, em um movimento giratório), misturando assim o oxigênio atmosférico na água servida. A estrutura operada durante a etapa de contato pode ser ao menos uma parte da superfície de suporte. Como alternativa, ou em aditamento, o oxigênio pode ser borbulhado pela água servida a partir, por exemplo, de um tubo perfurado.
Uma vez que alguém estabelecer como controlar a alimentação de oxigênio à água servida, é possível controlar a concentração de oxigênio dissolvido da água servida. Em essência, isso envolver uma etapa de monitoramento, em que a concentração de oxigênio dissolvido da água servida é medida e comparada com a concentração desejada, e uma fase de retroalimentação, em que o meio para alimentar oxigênio à água servida é controlado a fim de aumentar ou diminuir a alimentação de oxigênio de modo a se chegar à concentração de oxigênio dissolvido desejada discutida acima. Como alternativa, em aditamento ao monitoramento da concentração de oxigênio dissolvido, o potencial de oxirredução também pode ser medido a fim de se controlar a alimentação de oxigênio.
Por exemplo, se o meio para alimentar o oxigênio for um tubo perfurado submerso na água servida e pelo qual o oxigênio é borbulhado, e a concentração de oxigênio dissolvido medida for menor do que o desejado, então, a etapa de retroalimentação fazia com que mais oxigênio fosse borbulhado do tubo para a água servida. Como alternativa, ou em aditamento, se o meio para alimentar oxigênio for realizado por uma estrutura que é repetidamente removida e devolvida à água servida, então, a frequência de repetição da etapa de remoção e devolução da estrutura aumentaria ou diminuiria.
O processo pode utilizar tanto bactérias retidas na superfície de suporte durante a etapa de contato quanto bactérias de fluxo livre que podem ser encontradas na água servida em qualquer uma ou mais das etapas da presente invenção. De preferência, somente bactérias de fluxo livre são alimentadas na etapa de aeração (isto é, as bactérias não são retidas em uma superfície de suporte como na etapa de contato).
Bactérias adequadas para uso no processo da presente invenção são as que podem separar moléculas compreendendo nitrogênio, carbono, enxofre, cloro, fósforo ou qualquer combinação destes, que podem ser encontradas na água servida. As bactérias do filo Firmicutes (em especial do gênero Bacilluse Costridium), Proteobacteria e Bacteroidetes são mais eficientes na separação supramencionada.
Bactérias formadoras de endósporos são especialmente preferidas. Sendo assim, em uma concretização preferida da presente invenção, as bactérias são dos gêneros Bacilluse Clostridia.As espécies de Bacilluse Clostridiumsão, de preferência, ativas na etapa de contato e as espécies de Bacillus são, de preferência, ativas na etapa de aeração. Tanto os Bacilli quanto os Clostridiapassam por um ciclo de vida que envolve a proliferação (multiplicação) de células, a conversão de células para endósporos (que ocorre quando as células são estressadas, por exemplo, por falta de nutrientes), a ativação de endósporos (que ocorre quando os endósporos são novamente expostos a nutrientes), seguida pela germinação de endósporos e, por fim, o nascimento de novas células vegetativas (que ocorre pela exposição contínua a nutrientes).
As bactérias do gênero Bacillussão consideradas especialmente adequadas, com as espécies preferidas incluindo B. subtilis, B. vallismortis, B. amyloliquefaciens, B. licheniformis e B. megaterium ou qualquer combinação destes. Embora outras espécies de Bacillus,como B. brevis, B. cereus, B. formis, B. thuringiensis, B. polymyxa, B. popiolliae, B. stearothermophilus e B. sphaericus ou qualquer combinação destes, também sejam consideras úteis para a concretização da presente invenção.
De forma correspondente, todas as mutações ou variantes de qualquer uma das bactérias preferidas discutidas acima (em especial as que podem formar endósporos e separar moléculas compreendendo hidrogênio, nitrogênio, carbono, enxofre, cloro e/ou fósforo) também são adequadas para uso na presente invenção.
Populações de espécies de bactérias misturadas podem ser retidas na superfície de suporte e/ou fluir livremente pelo processo. No entanto, é preferível que uma das populações de bactérias de acordo com os parágrafos anteriores, em especial bactérias formadoras de endósporos, predomine.
Sob as condições previstas em estações de lodo ativado convencionais, bactérias conflitantes superam em proliferação bactérias formadoras de endósporos como Bacilli, que se encontram presentes em concentrações relativamente pequenas. Em contrapartida, as condições impostas em cada uma das etapas da presente invenção favorecem o ciclo de vida das bactérias formadoras de endósporos.
Não desejando necessariamente ser reféns da teoria, propomos que as bactérias formadoras de endósporos sejam estimuladas a germinar e proliferar sob as condições na etapa de contato e, então, esporular sob as condições na etapa de aeração. Tais condições garantem predominância de bactérias formadoras de endósporos no processo, pois as baixas concentrações de oxigênio dissolvido na etapa fazem com que outros tipos de bactérias sofram uma queda em suas taxas de proliferação e sobrevivência. Também propomos que os endósporos melhorem as características de acúmulo da água servida no tanque de sedimentação para que a água servida contenha concentrações baixíssimas de sólidos suspensos. Além disso, propomos os endósporos sejam propensos a se alojarem na biomassa no tanque de contato, onde germinam e a população resultante das células vegetativas cresce.
A superfície de suporte pode ser qualquer fase sólida capaz de suportar fisicamente bactérias retidas nela para que as bactérias entrem em contato físico com a água servida que passa pela etapa de contato. A superfície de suporte pode ser um ou mais corpos fixos, que podem ser estáticos ou capazes de movimento (por exemplo, discos munidos de um eixo de rotação), ou um ou mais corpos capazes de livre movimentação na etapa de contato (isto é, partículas de plástico suspensas, vidro flutuante ou esferas de poliestireno). Em uma concretização especialmente preferida da presente invenção, a superfície de suporte compreende uma série de discos munidos de um eixo mecânico. Os discos podem ser submersos em parte na água servida e a parte dos discos submersa pode ser alterada mudando a altura de uma represa de saída. De preferência, cada disco é submerso a cerca de um terço de seu diâmetro. O movimento giratório dos discos, que pode ser causado pela rotação do eixo mecânico ao qual eles são presos, pode mudar a posição da parte do disco submersa a inoiiiviiLV. ivjniia, vcivici pciAtv uv VIAÒV/O alternadamente exposta ao ar e à água servida. A mudança na velocidade de rotação altera a frequência de submersão de uma dada parte do disco. De preferência, um motor gira o eixo mecânico a uma taxa de cerca de 4 rpm para que todas as partes do disco sejam alternadamente expostas ao ar e à água servida. Dessa forma, as bactérias retinas no tanque de contato são aeradas, alimentando oxigênio ao tratamento biológico. É possível ajustar a velocidade de rotação de acordo com a taxa de tratamento desejada e a concentração de oxigênio dissolvido desejada na água servida passando pela etapa de contato.
As bactérias são, de preferência, retidas na superfície de suporte formando um biofilme nela. De preferência, a superfície de suporte é feita de uma substância que promova a formação de um biofilme (isto é, um material ao qual as bactérias possam se ligar para formar uma biomassa integrada com atividade biológica dentro da superfície de suporte, bem como na superfície da superfície de suporte). Descobriu-se que uma superfície de suporte feita de uma estrutura reticulada é, em especial, adequada. De preferência, a estrutura reticulada tem uma lacuna maior do que 60, 70, 80, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97 ou 98%, mas menor do que 100% do volume da estrutura reticulada. A superfície de suporte pode ser feita de um polímero sintético resistente à biodegradação em água servida, capaz de suportar biofílme e capaz de ser construído na forma de uma estrutura reticulada. Exemplos de polímeros sintéticos adequados incluem: polipropileno, poliéster, poliuretano, polieter-poliuretano, cloreto de polivinila, cloreto de polivinilideno e fluoreto de polivinilideno ou uma combinação destes.
Como alternativa, ou em aditamento, uma etapa de dosagem da composição ativadora pode ser adicionada ao processo, na qual uma composição ativadora que simula a proliferação dessas bactérias é acrescentada à água servida. A etapa de dosagem da composição ativadora pode ser realizada depois, antes ou junto com qualquer outra etapa do processo, mas, de preferência, durante a etapa de contato. Composições ativadoras adequadas podem compreender silicatos e/ou compostos de magnésio e outros nutrientes de indício, em especial os necessários por bactérias formadoras de endósporos. No entanto, muitas vezes, a água servida contém naturalmente níveis adequados de composição ativadora (um fato que pode ser determinado pela análise química da água servida), casos estes em que a etapa de dosagem da composição ativadora é desnecessária.
Durante a etapa de aeração, o gás passa pela água servida por dois motivos. Em primeiro lugar, a passagem do gás agita a água servida e, portanto, estimular a mistura de seus componentes e mantém uma suspensão de bactéria, entre outros. Quando a taxa de alimentação de gás for insuficiente para manter as bactérias em suspensão, água servida pode ser mecanicamente misturada para manter a suspensão. Em segundo lugar, quando o oxigênio é incluído no gás, ele pode ser usado para controlar a concentração de oxigênio dissolvido da água servida, o que já foi rlicmi+irlr» αpimα írwícr£nin fani 1 itQ QQR-nαrαeSin rlp rnntíitninqnfpc UUVUlltAV UV1111U. VZll^VlllV XWVllÃVVt V4- L> VjJ V*A V4yM.V V*V WV^XX VVAIAAÍAIUAA WU na água servida e a proliferação de bactérias). Sendo assim, o gás compreende, de preferência, oxigênio (por exemplo, ar, ar de oxigênio aprimorado ou ar em parte esvaziado ou oxigênio em si).
De preferência, o lodo é reciclado diretamente para a etapa de contato a partir da etapa de sedimentação durante a etapa de reciclagem de sedimentos.
Não desejando necessariamente serem reféns da teoria, os inventores propõem que os endósporos formados no processo da presente invenção sejam devolvidos à etapa de contato pela etapa de reciclagem. Os endósporos reciclados podem ser ativados e se integrarem à superfície de suporte (onde se tomam ativados e germinam em células vegetativas) ou fluírem livremente pelas etapas do processo.
Sendo assim, propomos que a inclusão de uma etapa de reciclagem do lodo melhore a eficácia do tratamento realizado no tanque de contato e/ou tanque de aeração e, portanto, a eficácia geral do processo como um todo.
O lodo advindo da etapa de sedimentação, e/ou a água servida advinda de todas as etapas, pode passar entre as etapas e ser reciclado. A reciclagem pode ser atingida pelo transporte passivo (quando a gravidade impulsiona o fluxo da água servida) ou por transporte ativo (quando bombeamentos ou aspirações movem a água servida ou o sedimento entre os tanques).
Para facilitar a sedimentação (isto é, a separação do líquido do sólido) durante a etapa de sedimentação, a etapa é, de preferência, uma etapa inerte (por exemplo, nenhum gás passa pela água servida durante ela e a água servida não é misturada).
Durante a etapa de sedimentação, os componentes da água servida que são mais pesados do que ela afundam até o fundo do tanque em que a etapa é realizada. A água e os componentes mais leves da água servida formam um sobrenadante. Essa separação é, de preferência realizada passivamente pela ação da gravidade. No entanto, a separação pode, adicional ou altemativamente, ser realizada pelo remoinho da água servida durante a etapa de sedimentação (de modo que forças centrífugas atuem na água) ou impulsionando a água servida através de um filtro pelo qual, em essência, só passa água.
O processo de acordo com a presente invenção pode compreender ainda uma etapa de remoção do lodo; na qual o lodo da etapa de sedimentação é removido do processo, por exemplo, depositando-o em um tanque de armazenamento ou liberando-o da unidade em que o processo é realizado. Sendo assim, o lodo do tanque de sedimentação pode ser reciclado pela etapa de reciclagem do lodo e/ou removido pela etapa de remoção do lodo.
A sedimentação (ou o acúmulo) do lodo compreendendo água e dos sólidos no tanque de sedimentação da etapa de sedimentação faz com que o lodo forme uma “camada de lodo” na parte inferior do tanque de sedimentação. Esta camada repousa no fundo do tanque de sedimentação e forma naturalmente uma interface distinta entre a camada e o sobrenadante acima dela.
A remoção do lodo da etapa advindo de sedimentação pela etapa de reciclagem do logo e/ou pela etapa de remoção do lodo induz um fluxo condutor descendente, de velocidade tipicamente na faixa de 0,4 m/1 a 0,8 m/h, na parte inferior do tanque de sedimentação. Além disso, os sólidos do lodo descem naturalmente pela força da gravidade, em relação ao fluxo condutor, a velocidade tipicamente na faixa de 0,1 m/h a 0,5 m/h, dependendo das características de acúmulo dos sólidos do lodo e das condições operacionais no momento específico. Graças tanto ao fluxo condutor e ao acúmulo natural, a velocidade bruta dos sólidos do lodo é tipicamente na faixa de 0,5 m/h a 1,3 m/h. A distância que o lodo tem a percorrer pode variar tipicamente de 1,0 m a 2 m, dependendo das condições operacionais no momento específico. Dessa forma, os sólidos do lodo compreendendo bactérias podem residir no tanque de sedimentação por tipicamente 1, 2, 3 ou 4 horas dependendo dos fatores descritos abaixo. Durante este período, a esporulação das bactérias formadoras de esporos continua de modo que a concentração de endósporos nos fluxos de reciclagem e remoção do lodo seja maior do que na solução misturada que entra na etapa de separação. No entanto, a quantidade de esporulação que ocorre na etapa de separação varia de acordo com o tempo de manutenção variável na etapa de separação dos sólidos do lodo, que compreendem endósporos e bactérias formadoras de esporos.
Em uma concretização específica, a remoção do lodo do tanque de sedimentação (pela etapa de reciclagem do lodo e/ou pela etapa de remoção do lodo) é controlada para que as bactérias no lodo sejam retidas nele por um tempo constante o suficiente para otimizar a esporulação bacteriana. A remoção do lodo é controlada alternando a taxa de remoção do lodo da etapa de sedimentação entre uma taxa elevada e uma taxa baixa. Quando a taxa de remoção do lodo encontra-se na taxa elevada, a quantidade de lodo temporariamente removida em uma unidade de tempo definida a partir da etapa de sedimentação é maior do que a quantidade de lodo que chega e se acumula durante a etapa de sedimentação em uma unidade de tempo definida. Por outro lado, quando a taxa de remoção do lodo encontra-se na taxa baixa, a quantidade de lodo temporariamente removida em uma unidade de tempo definida a é menor do que a quantidade de lodo que chega e se acumula durante a etapa de sedimentação em uma unidade de tempo definida. Sendo assim, a alternância entre as duas taxas de remoção do lodo faz com que o nível da camada de lodo no tanque de sedimentação oscile. O nível de oscilação pode ser controlado por uma etapa para medir a profundidade da camada de lodo e compará-la com uma profundidade desejada e uma etapa de retroalimentação, em que a taxa de remoção do lodo aumenta ou diminui para se chegar à profundidade desejada. Vale observar que a profundidade da camada de lodo varia em função do tempo que o lodo passa na etapa de sedimentação.
Por exemplo, duas sondas da superfície da camada de lodo posicionadas em duas alturas diferentes dentro do tanque de sedimentação, digamos, a alturas de 1,5 m e 1,75 acima da base da parede (tipicamente a altura total da parede é de 3,0 m a 3,5 m) podem ser usadas para monitorar a profundidade da camada. Quando a sonda mais alta detecta a superfície da camada do lodo, a retroalimentação altera a taxa de remoção do lodo do tanque de sedimentação de baixa para elevada. Quando a sonda inferior detecta a superfície da camada do lodo, a retroalimentação altera a taxa de remoção do lodo de elevada para baixa. Dessa forma, o tempo de manutenção dos sólidos do lodo pode ser estabelecido em cerca de 3 horas e o grau de esporulação otimizado.
A remoção do lodo pode ser controlada de modo que a velocidade de condução descendente do lodo dentro da etapa de sedimentação seja tipicamente na faixa de 0,2 m/h a 1,0 m/h. Além disso, a velocidade de acúmulo livre dos sólidos em um sentido descendente dentro do lodo na etapa de sedimentação é tipicamente na faixa de 0,1 m/h a 0,5 m/h dependendo das características de acúmulo do lodo e das condições operacionais. Sendo assim, a velocidade descendente total dos sólidos do lodo dentro da camada de lodo na etapa de sedimentação pode ser controlada a uma faixa típica de 0,3 m/h a 1,5 m/h. O tempo de manutenção do lodo na camada de lodo na etapa de sedimentação pode, portanto, ser controlado na faixa de 1 hora a 3 horas, o que aumenta o nível de esporulação das bactérias preferidas.
Como alternativa, o lodo pode ser removido da etapa de sedimentação durante a etapa de reciclagem do lodo e passar por uma etapa de esporulação separada. De preferência, o lodo é retido na etapa de esporulação de 1 hora a 3 horas. O lodo, de preferência, passa pelo tanque de esporulação em fluxo pistonado de modo que todo o lodo seja retido por um período semelhante. As condições hidrodinâmicas do fluxo pistonado podem ser obtidas pela construção de defletores no tanque para gerar o fluxo serpentine seja no plano horizontal ou no vertical. O tanque de esporulação pode ser aerado, mas a concentração de oxigênio dissolvido no lodo que passa pelo tanque, de preferência, não deve exceder 0,3 mg/1 para se obter a esporulação necessária.
A água servida submetida à etapa de aeração passa pela etapa de contato e a água servida submetida à etapa de sedimentação passa pela etapa de aeração. De preferência, a água servida passa diretamente entre essas etapas, contudo, outras etapas intermediárias ou adicionais são consideradas. Por exemplo, qualquer combinação do seguinte: - uma etapa de equalização pode preceder a etapa de contato, em que a água servida é retida e liberada a uma taxa de fluxo substancialmente constante para a etapa de contato. Qualquer uma ou mais das etapas de reciclagem descritas no presente documento também pode reciclar o lodo u a água servida para a etapa de equalização. - uma etapa de remoção da água tratada, em que o sobrenadante formado durante a etapa de sedimentação é removida; - uma etapa de reciclagem da água servida, em que a água servida advinda da etapa de aeração é reciclada para a etapa de contato; - outra etapa de reciclagem da água servida, em que a água servida advinda da etapa de aeração é reciclada para a etapa de aeração; - outra etapa de reciclagem do lodo, em que o lodo é reciclado para a etapa de aeração; uma etapa de filtragem, em que a água servida é filtrada a fim de remover sólidos (por exemplo, a água servida passa, de preferência, por uma malha com uma faixa de medida menor do que 10 mm antes da etapa de contato); - uma etapa de remoção dos grãos, em que a água servida passa por um tanque de sedimentação que remove grãos e outras partículas que se decantam rapidamente da água servida; - uma etapa de microfiltragem, em que a água tratada advinda da etapa de sedimentação passa por um ou mais filtros e/ou tanques para melhorar ainda mais sua qualidade; e/ou - uma etapa desinfetante, em que a água tratada é desinfetada, por exemplo, sendo dosada com cloro ou uma substância desinfetante parecida ou submetendo-a a raios ultravioleta.
Também tencionamos que métodos adicionais para melhoria do desempenho possam ser incorporados à invenção como um meio de melhorar o desempenho geral, embora o desempenho garantido pela invenção já seja suficiente para a maioria das aplicações que envolvam a remoção de matéria carbonada da água servida com ou sem a remoção do Total de Nitrogênio e/ou do Total de Fósforo. No entanto, o desempenho pode precisar ser aprimorado em casos em que seja necessário um desempenho excepcional, o que pode ser feito acrescentando à invenção outras etapas de tratamento conhecidas pelos versados na técnica.
Por exemplo, a remoção do Total de Nitrogênio e/ou de formas reduzidas do nitrogênio (principalmente nitrogênio amoniacal e/ou nitrogênio orgânico) da água servida pode ser aumentada incorporando-se uma etapa de aeração adicional entre a etapa de aeração (que envolve o controle da concentração de OD, conforme já descrito) e a etapa de separação de modo que a água servida flua da etapa de aeração para a etapa de aeração adicional e, então, para a etapa de separação. O propósito da etapa de aeração adicional é o de aumentar o nível de nitrificação biológica (conversão em formas reduzidas de nitrogênio para nitrato ou nitrogênio) e, para este fim, a concentração de OD ideal na água servida na etapa de aeração adicional seria em tomo de 2 mg/1. Se o objetivo for o de aumentar ainda mais o nível de nitrificação proporcionado pela invenção, então, a reciclagem da água servida é realizada no fluxo advindo da etapa de aeração, conforme já descrito na invenção. Se o objetivo for o de aumentar a remoção de TN proporcionada pela invenção, então, a reciclagem da água servida deve ser feita no fluxo advindo da etapa de aeração adicional de modo que o nitrato reciclado na água servida possa ser desnitrificado (em nitrogênio molecular) na etapa de contato e/ou na etapa de aeração. Como alternativa, uma etapa de desnitrificação separada pode se localizar imediatamente a jusante da etapa de aeração adicional para reduzir o nitrato na água servida em nitrogênio molecular. A etapa de aeração adicional e/ou qualquer etapa de desnitrifícação separada pode conter estruturas de suporte fixas ou suspensas para as bactérias a fim de melhorar o desempenho de tais etapas.
Em outro exemplo, a remoção do Total de Fósforo da água servida pode ser aumentada dosando produtos químicos nas etapas para precipitar a quantidade necessária de fósforo como um fosfato insolúvel. Tais produtos químicos incluem os sais de ferro e alumínio (geralmente o cloro ou o sulfato). O produto químico pode ser dosado na etapa de contato ou na de aeração. O fosfato precipitado deixa o sistema de tratamento referente à invenção na etapa de remoção do lodo e pode ser tratado e despejado junto com o lodo.
Em outro aspecto da presente invenção, incluímos uma unidade para tratar a água servida, a unidade compreendendo: (a) um tanque de contato, que inclui uma superfície de suporte onde são retidas bactérias e posicionada de modo a entrar em contato com a água servida retida no tanque de contato; (b) um tanque de aeração, que inclui um meio para passar o gás através da água servida retida nele; (c) um conduto disposto entre o tanque de contato e o tanque de aeração e pelo qual a água servida passa do primeiro para o segundo; (d) um tanque de sedimentação; (e) um conduto disposto entre o tanque de aeração e o tanque de sedimentação e pelo qual a água servida passa do primeiro para o segundo; (f) um conduto disposto entre o tanque de sedimentação e o tanque de contato e pelo qual o sedimento passa do primeiro para o segundo; e (g) um meio de controle da concentração de oxigênio dissolvido na água servida capaz de manter a concentração de oxigênio dissolvido da água servida retida no tanque de contato a 2,0 mg/1 ou menos e capaz de reduzir a concentração de oxigênio dissolvido da água servida à medida que ela passa pelo(s) tanque(s) de aeração.
Em uma concretização preferida da presente invenção, o processo de acordo com o primeiro aspecto pode ser praticado na unidade de acordo com o segundo aspecto da invenção. Sendo assim, as bactérias, o gás e a superfície de suporte, entre outros, de acordo com os aspectos primeiro e segunda da presente invenção são, de preferência, iguais. Além disso, as condições da concentração de oxigênio dissolvido, do tempo para a passagem da água servida pela etapa de contato e/ou aeração, do tempo para a passagem do logo pela etapa de sedimentação e controle e do meio de controle dela, entre outras, conforme discutidos em relação ao primeiro aspecto da presente invenção são as mesmas que as condições no tanque correspondente em relação ao segundo aspecto da presente invenção (isto é, as condições na etapa de contato são as mesmas no tanque de contato).
A superfície de suporte pode ser ligada ao tanque de contato, de preferência dentro do tanque de contato.
O meio de controle da concentração dissolvida da água servida compreende, de preferência um meio de medição da concentração de oxigênio dissolvido e um meio de controle da alimentação de oxigênio. O meio de medição da concentração de oxigênio dissolvido pode ser qualquer dispositivo conhecido pelo versados na técnica capaz de medir a concentração de oxigênio dissolvido da água servida e compará-la aos níveis desejados. Os meios de medição são ligados aos tanques de contato e/ou aeração para poderem examinar e medir a água servida retida neles. O meio de controle da alimentação de oxigênio pode, por exemplo, ser uma estrutura repetidamente removida e devolvida à água servida (de preferência, em um movimento giratório). Exemplos particularmente preferidos de uma estrutura deste tipo já foram discutidos nesta aplicação com referência a discos munidos de um eixo giratório. Como alternativa, ou em aditamento, o meio de controle da alimentação de oxigênio pode ser um tubo perfurado submerso na água servida pelo qual oxigênio é borbulhado. O meio de controle da concentração dissolvida da água servida pode compreender ainda uma conexão funcional entre o meio de medição e o meio de controle de alimentação, em que a quantidade de oxigênio alimentada pelo meio de controle de alimentação é determinada pela diferença da concentração de oxigênio dissolvido da água servida em relação à concentração de oxigênio dissolvido desejada conforme determinada pelos meios de medição. O controle de alimentação do oxigênio também pode ser fixado estabelecendo o número de dispositivos de aeração operacionais dispostos em uma dada área do(s) tanque(s) de aeração.
Como alternativa, ou em aditamento, um meio de medição do potencial de oxirredução pode ser usado no lugar do meio de medição da concentração de oxigênio dissolvido, ou junto a ele, a fim de controlar a alimentação de oxigênio.
O meio para passar gás através da água servida pode ser atingido de uma série de formas. Por exemplo, o tanque de aeração pode ter um tudo incluindo uma série de orifícios ao longo de seu comprimento, pelos quais o gás dentro do tubo pode passar, ou uma grade pode ser incluída em uma parte do fundo tanque de aeração pela qual o gás é liberado no tanque de aeração. O meio para atravessar gás também pode operar como o meio de controle da alimentação de oxigênio.
A unidade da presente invenção pode incluir mais de um tanque de contato, tanque de aeração e/ou tanque de sedimentação. Em uma concretização preferida, a presente invenção compreende mais de um tanque de aeração, mais preferencialmente quatro tanques de aeração. Quando usamos vários tanques de aeração, eles podem ser dispostos em série de modo que a água servida tratada na unidade passe por todos eles. Tal disposição permite que a concentração de oxigênio nos tanques específicos seja controlada de modo a não ser maior do que a do tanque de aeração anterior. Em uma concretização particularmente preferida, o meio de controle da concentração de oxigênio dissolvido na água servida é definido para controlar a concentração de oxigênio dissolvido no primeiro tanque de aeração em uma concentração maior do que a do último tanque de aeração na sequência. O tanque de aeração pode não será aerado e pode ser mecanicamente misturado para manter as bactérias em suspensão.
De preferência, o conduto disposto entre o tanque de sedimentação e o tanque de contato passa lodo diretamente do primeiro para o segundo.
De preferência, o conduto disposto entre o tanque de aeração e o tanque de contato passa água servida diretamente do primeiro para o segundo.
Os condutos da presente invenção são, de preferência, tubos. Quando um tanque é disposto em uma posição mais alta em relação ao próximo tanque na unidade, o líquido flui pela força da gravidade de um para o outro. Logo, em uma concretização preferida, dois ou mais tanques adjacentes são dispostos em uma altura em relação um ao outro para permitir o sentido desejado do fluxo da água servida, lodo ou água tratada. Sendo assim, é preferível que: (i) o tanque de contato seja disposto mais alto do que o tanque de aeração; e/ou (ii) o tanque de aeração seja disposto mais alto do que o tanque de sedimentação. Como alternativa, ou em aditamento, meios de bombeamento podem ser incluídos na unidade para guiar ou impelir a água servida entre os tanques.
Em uma concretização da presente invenção, o tanque de sedimentação pode incluir sondas da camada de lodo.
Pelo menos duas sondas da camada de lodo podem ser dispostas no tanque de sedimentação e posicionadas dentro dele em alturas diferentes em relação uma à outra partir da base do tanque (por exemplo, uma a 1,5 m da base do tanque e a outra a 1,75 m da base do tanque).
De preferência, quando a sonda mais alta detecta a camada do lodo, a retroalimentação altera a taxa de remoção do lodo do tanque de sedimentação de baixa para elevada. Quando a sonda mais baixa detecta o sobrenadante (contendo relativamente poucos sólidos suspensos), a retroalimentação altera a taxa de remoção do lodo de elevada para baixa.
Para facilitar a sedimentação no tanque de sedimentação, de preferência, o tanque não inclui nenhum meio para a passagem de gás. O tanque de sedimentação pode incluir um meio de remoção de água tratada; de preferência, tal meio compreendendo uma represa, pela qual a supemadante compreendendo água tratada presente no tanque de sedimentação pode fluir.
A unidade pode compreender ainda um conduto de remoção do lodo que permita que o lodo do tanque de sedimentação seja removido por ele. O conduto de remoção do lodo pode ser conectado a um tanque de armazenamento de lodo ou munido de uma saída da unidade. Sendo assim, o lodo do tanque de sedimentação pode ser reciclado por meio de um conduto disposto entre o tanque de sedimentação e o tanque de contato e/ou removido pelo conduto de remoção do lodo.
A água servida que passa pelo tanque de aeração já passou pelo tanque de contato, e a que passa pelo tanque de sedimentação já passou pelo tanque de aeração. De preferência, a água servida passa diretamente entre esses tanques, contudo, outros tanques e condutos intermediários ou adicionais são considerados. Por exemplo: - um tanque de equalização pode preceder a etapa de contato, em que a água servida é retida e liberada a uma taxa de fluxo substancialmente constante no tanque de contato. Condutos podem ser dispostos para permitir que uma ou mais das etapas de reciclagem descritas no presente documento reciclem o lodo ou a água servida para o tanque de equalização. - um conduto disposto entre o tanque de aeração e o tanque de contato pelo qual a água servida passa do primeiro para o segundo; - um conduto disposto entre o tanque de sedimentação e o tanque de aeração pelo qual o lodo passa do primeiro para o segundo; - uma malha de grande medida munida ao lodo do luxo de água servida antes do tanque de contato; e/ou - uma membrana de micro-filtragem disposta ao longo do fluxo de água tratada advinda do tanque de sedimentação.
Em uma concretização preferida da presente invenção, o processo de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção é realizado na unidade de acordo com o segundo aspecto.
Em outro aspecto da presente invenção, incluímos um processo já descrito e com referência aos desenhos.
Em ainda outro aspecto da presente invenção, incluímos uma unidade já descrita com referência aos desenhos.
A seguir, descreveremos a presente invenção a título exemplifícativo com referência aos desenhos em anexo, nos quais:
A Figura 1 ilustra um fluxograma de uma estação de tratamento de águas servidas de acordo com a presente invenção;
A Figura 2 ilustra o desempenho de DBO da estação de tratamento;
A Figura 3 ilustra o desempenho do total de nitrogênio da estação de tratamento; e
A Figura 4 ilustra o desempenho do total de fósforo da estação de tratamento. 1. - Descrição dos Experimentos
A invenção foi testada por nossa equipe de engenheiros construindo uma estação de tratamento de águas servidas em escala natural em um abatedouro. O abatedouro tinha uma antiga estação de tratamento de águas servidas baseada no processo de lodo ativado (vide o processo de tratamento biológico convencional descrito no preâmbulo deste documento), mas a estação tomou-se sobrecarregada e incapaz de produzir um efluente complacente. Vários tanques da estação antiga, incluindo os tanques de aeração, foram incorporados na nova estação.
A seguir, descreveremos a nova estação e o desempenho obtido em uma pesquisa. O desempenho obtido foi excepcional, demonstrando a alta eficácia do tratamento conforme descrito por esta invenção.
A tabela 1 abaixo demonstra os valores da taxa de fluxo de águas servidas e as cargas de poluição usadas no projeto da nova estação de tratamento de águas servidas no abatedouro. Os valores do fluxo e das cargas foram determinados por medições feitas no local. As concentrações dadas na coluna 15 direita da tabela são os valores calculados determinados dividindo as cargas máximas pela taxa de fluido média diária máxima. Tabela 1: Critérios de Projeto para a Estação de Tratamento de Águas Servidas do Abatedouro
Observação: $DBO5 indica ATU DBO suprimido por 5 dias.
Os quatro parâmetros carga/concentração na Tabela 1 são descritores chave da poluição, conforme previamente mencionado na descrição desta invenção.
Como meio de caracterizar as águas servidas do abatedouro, a Tabela 2 compara as propriedades da água servida com as do esgoto doméstico. A comparação demonstra que as águas servidas do abatedouro são várias vezes mais concentrados do que as do esgoto doméstico, mas contêm proporcionalmente menos nitrogênio (TN) e fósforo (TF). Tabela 2: Caracterização das Águas Servidas do Abatedouro
A Tabela 3 define o padrão de qualidade para o efluente tratado, dada a concentração máxima para cada parâmetro. A tabela também demonstra as porcentagens de remoção necessárias para vários parâmetros calculadas de suas concentrações nas águas servidas (Tabela 1) e no efluente tratado (Tabela 3). Os critérios da Tabela 3 indicam um padrão rigoroso, exigindo um alto nível de tratamento para complacência. Tabela 3: Critérios Necessários para o Padrão de Qualidade do Efluente Tratado
A Figura 1 é um diagrama superior da estação de tratamento. A estação compreende filtros (não-ilustrado), um tanque de equalização, três tanques de contato (cada um contando um contator), um tanque de aeração efetivamente separado em três áreas em série e uma etapa de sedimentação compreendendo um tanque de sedimentação. O lodo excedente produzido pelos trabalhos de tratamento é engrossado em um espessante à gravidade (não- ilustrado) e, em seguida, enxugado em uma massa usando uma centrífuga (não-ilustrado) antes de ser despejado em um aterro sanitário. A filtragem da água servida e o engrossamento e o enxugamento do lodo são tecnologias familiares aos versados na técnica.
O tanque de equalização tem um volume de 878 m, que equivale a um tempo de manutenção de cerca de 24 horas ao valor de projeto da taxa de fluxo média diária máxima. O propósito do tanque de equalização é de isolar o fluxo de água servida do abatedouro para que a estação de tratamento receba água servida contínua e aproximadamente a uma taxa constante durante o dia e (na medida do possível) todos os dias. A água servida no tanque é misturada para impedir a sedimentação de sólidos da água servida no fundo do tanque.
A etapa de contato compreende três contatores giratórios que, nesta aplicação, foram instalados em três tanques de contato distintos. Em termos gerais, vários contatores podem ser instalados em um único tanque. Cada contator na aplicação em questão tem uma capacidade de remoção máxima de 300 kg de DBO5/dia. Além disso, a etapa de contato foi projetada para remover 50% da carga de DBO5 na água servida, com o tanque de aeração ligando com o restante dela. A instalação de três contatores deu uma pequena margem de segurança de 6%.
Cada contator giratório compreende um eixo mecânico que suporte trinta discos fabricados do tipo de malha anteriormente descrito, a malha tendo porosidade de cerca de 94%. Os discos têm cerca de 2 m por 50 mm de espessura e têm uma separação longitudinal de centro a centro de 100 mm. As dimensões de cada tanque de contato são de cerca de 4,5 mpor 2,5 m de cima por cerca de 2,5 de altura.
Originalmente parte da antiga estação de tratamento, o tanque de aeração tem uma capacidade total de 900 m , dando um tempo de manutenção de 26,4 horas no valor de projeto da taxa de fluxo de água servida média diária. O tanque de aeração é efetivamente dividido em três áreas sequenciais de tamanho semelhante. Todas as três áreas são aeradas e a última é também misturada mecanicamente para manter a suspensão das bactérias na solução misturada. As tecnologias de aeração e mistura são convencionais e familiares aos versados na técnica.
O tanque de sedimentação tem um diâmetro de 11 m, dando uma velocidade ascendente de 0,57 m/h no valor de projeto da taxa de fluxo de água servida média por hora máxima. O tanque convencionalmente projetado tem uma profundidade de parede de 3,5 m e é encaixado a um raspador mecânico.
Conforme ilustra a Figura 1, a estação de tratamento tem quatro fluxos de reciclagem chamados de: Reciclagem do Lodo ‘A’, Reciclagem do Lodo ‘B’, Reciclagem da Solução Misturada ‘A’ e Reciclagem da Solução Misturada ‘B’. A taxa de fluxo total dos dois fluxos de reciclagem do lodo e dos dois fluxos de reciclagem da solução misturada é de 1.300 m /dia, somando uma taxa de fluxo reciclado total de 2.600 m3/dia. Parte dos dois fluxos de reciclagem ‘A’, ou eles inteiros, pode ser direcionada ao tanque de equalização ou à câmara imediatamente a jusante do tanque de equalização. O direcionamento de parte da reciclagem para o tanque de equalização tem a vantagem de eliminar o odor produzido pela água servida neste tanque sem nenhum efeito prejudicial à eficácia do tratamento. Os valores operacionais das quatro taxas de fluxo de reciclagem são dados na próxima seção.
A Tabela 4 resume os principais critérios operacionais para a estação de tratamento. Esta estação de tratamento em específico não possui controle automático das concentrações de OD nas áreas do tanque de aeração e nos tanques de contato. Em vez disso, a alimentação de ar às áreas do tanque de aeração é ajustada manualmente de tempos em tempos com o objetivo de manter as concentrações de OD dentro dos limites especificados na tabela. De forma semelhante, as concentrações de OD nos tanques de contato são controladas pelo ajuste das velocidades dos rotores.
As concentrações de sólidos suspensos na 5 solução misturada dadas na tabela são controladas regulando-se a taxa de fluido do lodo excedente, que é o método usado convencionalmente em estações de lodo ativado. Tabela 4: Critérios Operacionais
Uma pesquisa do desempenho da estação de tratamento foi realizada durante um período de dois meses para medir as remoções dos descritores de poluição chave. Durante o período da pesquisa, a estação operou em carga máxima tanto hidráulica quanto organicamente. As Figuras de 2 a 4 ilustram os resultados da pesquisa. Cada ponto nestas figuras é uma média para a semana relevante, determinada pela média de vários resultados individuais relacionados a diferentes dias durante a semana em específico.
Alguns dias antes do início da pesquisa, a operação da estação foi melhorada ajustando os valores das concentrações de OD (ajustando as posições das válvulas de controle de aeração) nos tanques de contato e nas áreas de aeração e aumentando a frequência de seus ajustes manuais. Como pode ser visto nos resultados, isso levou a um curso em que o desempenho da estação melhorou pela duração da pesquisa.
A Figura 2 ilustra os valores de DQO (medidos usando o método dicromato) e os valores de DBO do efluente tratado. As medidas de DQO têm valores baixos se comparados aos valores obtidos pelos trabalhos de tratamento de águas servidas tratando de águas servidas fortes e ilustra a tendência de aumento no aprimoramento do desempenho. Por conveniência, os valores de DBO5 (para os quais o procedimento analítico é demorado) foram estimados pelos valores de DQO medidos usando a fórmula predeterminada a seguir: DBO5 = (DQO - 33)/3,0
Com base nisto, a DBO5 do efluente tratado foi, em grande parte, menor do que 10 mg/1 e, na parte última parte da pesquisa (quando a operação aprimorada entrou em vigor) teve média de apenas 7 mg/1. A remoção de DBO5 da água servida foi maior do que 99%, demonstrando um rendimento altíssimo.
A Figura 3 ilustra que, durante a última parte da pesquisa, a estação de tratamento reduziu a concentração de TN da água servida de cerca de 300 mg/1 para menos de 10 mg/1, somando remoções maiores do que 95%. A Figura 4 ilustra que as concentrações de TF do efluente tratado foram, em sua maior parte, menores do que 3 mg/1, somando remoções maiores do que 85%.
O rendimento obtido pela estação de tratamento foi excepcionalmente alto, em especial durante a última parte da pesquisa, demonstrando a alta eficácia do tratamento conforme descrito nesta invenção.
Os versados na técnica podem projetar uma estação de lodo ativado convencional para tratar a água servida do abatedouro de forma parecida, embora seja improvável que tal estação (sem a ajuda de tratamento terciário) possa produzir um efluente tratado com uma qualidade tão alta quanto à obtida na estação descrita acima.
Um projeto de estação de lodo ativado para remover material carbonado e nutrientes (TN e TF) da água servida do abatedouro exigiria uma série de reatores biológicos e um tanque de sedimentação. Os reatores biológicos compreenderíam um reator anaeróbico (operando sem aeração), um reator anóxico (operando sem ou com pouca aeração) e um reator aeróbico (geralmente operando com concentrações de OD 5 de 2 mg/1 ou mais). Os versados na técnica determinariam que o volume combinado necessário dos três tipos de reatores na estação de lodo ativado seria pelo menos três vezes menor do que o volume do tanque de aeração usado na estação de tratamento descrita acima.
Sendo assim, em comparação a uma estação de lodo ativado convencional, a estação de tratamento descrita acima tende a oferecer um rendimento superior, ao mesmo tempo em que requer reatores muito menores. A alta eficácia do tratamento como um todo é graças à presença da etapa de contato junto com 15 as condições operacionais que promovem a proliferação, a sobrevivência e a reciclagem de endósporos e bactérias formadoras de endósporos na etapa de contato e na etapa de aeração, conforme descrito nesta invenção.
Claims (22)
1. - Processo para tratar águas servidas sendo caracterizado por compreender: a. uma etapa de contato, em que a água servida entra em contato com bactérias retidas em uma superfície de suporte e a concentração de oxigênio dissolvido da água servida é mantida a 1,0 mg/L ou menos; b. uma etapa de aeração, em que gás atravessa a água servida que passou pela etapa de contato e a concentração de oxigênio dissolvido da água servida é reduzida à medida que ela passa pela etapa de aeração; c. uma etapa de sedimentação, em que a água servida que passou pela etapa de aeração é substancialmente dividida em água tratada e lodo; e d. uma etapa de reciclagem do lodo, em que o lodo advindo da etapa de sedimentação passa continuamente à etapa de contato.
2. - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a concentração de oxigênio dissolvido da água servida na etapa de contato é mantida de 0,2 a 1,0 mg/l.
3. - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a concentração de oxigênio dissolvido da água servida na etapa de contato é mantida a uma faixa de 0,5 a 1,0 mg/l.
4. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a concentração de oxigênio dissolvido da água servida rumo ao início de sua passagem pela etapa de aeração estimula a proliferação e o desenvolvimento de bactérias, e uma concentração reduzida de nutrientes e a concentração de oxigênio dissolvido controlada na água servida rumo ao fim de sua passagem pela etapa de aeração estimula a esporulação das bactérias.
5. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a concentração de oxigênio dissolvido da água servida rumo ao início da etapa de aeração é na faixa de 0,5 a 1,0 mg/l.
6. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a concentração de oxigênio dissolvido da água servida rumo ao fim da etapa de aeração é na faixa de 0 a 0,3 mg/l.
7. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a água servida leva pelo menos 4 horas para passar pela etapa de aeração.
8. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a concentração de oxigênio dissolvido da água servida diminui continuamente à medida que ela passa pela etapa de aeração.
9. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a água servida é mantida com as concentrações de oxigênio dissolvido indicadas pelo controle da alimentação de oxigênio à água servida.
10. - Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o controle da alimentação de oxigênio compreende uma etapa de monitoramento, em que a concentração de oxigênio dissolvido da água servida é medida e comparada à concentração desejada, e uma etapa de retroalimentação, em que o meio para alimentar oxigênio à água servida é controlado para aumentar ou diminuir a alimentação de oxigênio à água servida de modo a levá-la à concentração de oxigênio dissolvido desejada.
11. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a alimentação de oxigênio à água servida é variada a fim de manter a água servida com as concentrações de oxigênio dissolvido indicadas.
12. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as bactérias são bactérias formadoras de esporos.
13. - Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as bactérias são do gênero Bacilluse/ou Clostridium.
14. - Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que as bactérias são B. subtilis, B. vallismortis, B. amyloliquefaciens, B. licheniformis e B. megaterium ou uma combinação deles.
15. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as bactérias são mutações ou variantes de qualquer uma das bactérias supracitadas capazes de formar esporos e separar moléculas que compreendam nitrogênio, carbono, enxofre, cloro e/ou fósforo.
16. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as bactérias são populações de espécies misturadas com as bactérias citadas em qualquer uma das reivindicações de 9 a 10 sendo predominantes.
17. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o lodo forma uma camada no tanque de sedimentação e a profundidade da camada é mantida em 1 m ou mais.
18. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o lodo forma uma camada no tanque de sedimentação e o lodo retido na camada sai do tanque de sedimentação com uma velocidade descendente de 0,3 a 1,5 m/h.
19. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o lodo é retido no tanque de sedimentação por 1 hora ou mais.
20. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a superfície de suporte é uma estrutura reticulada com uma lacuna que ocupa mais de 92% do volume total da estrutura reticulada.
21. - Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a superfície de suporte compreende qualquer um ou mais dos polímeros sintéticos a seguir: polipropileno, poliéster, poliuretano, poliéter-poliuretano, cloreto de polivinila, cloreto de polivilideno e fluoreto de polivinilideno ou qualquer combinação deles.
22. - Unidade para tratar água servida sendo caracterizada por compreender: (a) um tanque de contato, que inclui uma superfície de suporte onde são retidas bactérias posicionada de modo a entrar em contato com a água servida retida nele; (b) um tanque de aeração, que inclui um meio para atravessar gás pela água servida retida nele; (c) um conduto disposto entre o tanque de contato e o tanque de aeração e pelo qual a água servida passa do primeiro para o segundo; (d) um tanque de sedimentação; (e) um conduto disposto entre o tanque de aeração e o tanque de sedimentação e pelo qual a água servida passa do primeiro para o segundo; (f) um conduto disposto entre o tanque de sedimentação e o tanque de contato e pelo qual o sedimento passa continuamente do primeiro para o segundo; e (g) um meio de controle de concentração de oxigênio dissolvido na água servida capaz de manter a concentração de oxigênio dissolvido da água servida retida no tanque de contato a 1,0 mg/l ou menos e capaz de diminuir a concentração de oxigênio dissolvido da água servida à medida que ela passa pelo(s) tanque(s) de aeração
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Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 27/10/2020, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |
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| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: BLUEWATER BIO LIMITED (GB) |
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| B25L | Entry of change of name and/or headquarter and transfer of application, patent and certificate of addition of invention: publication cancelled |
Owner name: JAVEL LIMITED (GB) Free format text: ANULADA A PUBLICACAO CODIGO 25.4 NA RPI NO 2606 DE 15/12/2020 POR TER SIDO INDEVIDA. |
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| B25D | Requested change of name of applicant approved |
Owner name: BLUEWATER BIO TECHNOLOGIES LIMITED (GB) |
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| B25A | Requested transfer of rights approved |
Owner name: BLUEWATER BIO LIMITED (GB) |