PT1115663E - Método para eliminar a água de lamas difíceis - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

MÉTODO PARA ELIMINAR A ÁGUA DE LAMAS DIFÍCEIS

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se à eliminação de água de lamas derivadas de um sistema de digestão aeróbia auto-aquecida termofilica (ATAD - Autoheated Thermophilic Aerobic Digestion System).

Os sólidos biológicos são um produto secundário do tratamento de águas residuais que foi reconhecido como um bem valioso. Antes de a lama poder ser devolvida ao seu ciclo natural, é necessário um tratamento adequado para a sua estabilização e para a redução de patogénicos. A Agência de Protecção Ambiental dos Estados Unidos da América estabeleceu padrões para ambos estes objectivos. Uma tecnologia altamente eficaz para a obtenção de um elevado grau de redução de patogénicos é a digestão aeróbia auto-aquecida termofilica (ATAD).

Tais sistemas ATAD têm sido operados a plena capacidade na Europa por mais de vinte anos. Presentemente, existem mais de cinquenta sistemas nos Estados Unidos da América e pelos menos cinco no Canada. As vantagens significativas deste sistema de tratamento de resíduos irão conduzir a um número superior de instalações no mundo. 0 processo ATAD é um processo de digestão aeróbia que opera na gama de temperaturas termofílicas (40 a 80 graus) sem aquecimento suplementar. As bactérias termofílicas florescem a estas temperaturas elevadas e possuem uma taxa de metabolismo muito mais elevada. Este fenómeno resulta numa 1 taxa mais rápida de destruição de compostos orgânicos solúveis, quando comparada com a digestão aeróbia convencional. Estas bactérias, enquanto destroem os produtos orgânicos voláteis, libertam energia na forma de calor. Os produtos orgânicos solúveis são reduzidos aos seus componentes de menor peso molecular: C02 e H20. Em adição, a elevada temperatura do sistema é eficaz na destruição de organismos patogénicos. Este processo possui a vantagem adicional de reduzir o volume de biomassa. Até 45% dos sólidos são destruídos após uma semana num sistema ATAD. Este grau de redução de sólidos é possível num digestor anaeróbio após três semanas ou num digestor aeróbio convencional após dois meses.

Tem sido gerado muito interesse ao longo dos últimos anos no processo ATAD e, tal como notado acima, um número de sistemas ATAD está a surgir em várias partes dos Estados Unidos. A razão é que o processo ATAD é um método eficaz em termos de custos para a obtenção de padrões de patogénicos Classe A e para a redução de atracção de vector tal como definido no documento EPA 40 C.F.R., dos Estados Unidos, Parte 503 Regulação de Lamas. Uma lama de classe A possui restrições de despejo reduzidas quando comparada com uma lama de Classe B, que é a lama produzida a partir da digestão aeróbia e anaeróbia convencionais.

Com cada vez mais autoridades de águas residuais a optar por tratar as lamas de acordo com os padrões da Classe A para facilitar o despejo e simplificar os requisitos de manutenção de registos, o processo ATAD irá sem dúvida tornar-se uma técnica de estabilização de lamas mais popular e mais utilizada neste país. Em muitos casos, a lama ATAD está a ser 2 desidratada para facilitar a sua aplicação sobre terra ou outras utilizações benéficas.

Infelizmente, apesar do processo ATAD ter servido como sendo um processo de digestão benéfico, uma grande desvantagem deste tipo de sistema de digestão é a sua inabilidade para desidratar a lama de uma forma eficaz a um custo razoável. Em média, é requerido um aumento de perto de três vezes na dosagem de polímero para obter uma floculação e uma desidratação eficaz das lamas ATAD. Por exemplo, os custos de desidratação de uma lama digerida de acordo com o método aeróbio convencional. Por exemplo, os custos de desidratação para uma lama digerida de acordo com o método aeróbio convencional variam na gama entre 20 e 30 dólares dos EUA por tonelada seca. 0 documento US-A-5730864 descreve um método para o tratamento de um fluxo não tratado de líquido. São usados um coagulante, um material granular e um floculante e é obtida uma velocidade de sedimentação melhorada. O documento JP6114209 descreve um método que inclui a adição de uma ajuda de floculação inorgânica para ajustar o pH de uma água residual até um ponto em que possa ser libertada para o ambiente. Em adição a uma ajuda de floculação, são descritas ajudas de adsorventes e de sedimentação como sendo úteis ao processo.

Em contraste, um estudo conduzido em nome de uma instalação ATAD reportou que a dosagem de polímero aumentou de 25 dólares dos EUA por tonelada seca para mais de 150 dólares dos EUA por tonelada seca quando o mesmo polímero que era utilizado previamente para a desidratação da lama digerida de 3 forma aeróbia foi usado para a desidratação de uma lama ATAD. Veja-se o artigo de Burnett et al, Desidratação de Lamas ATAD (" Dewaterability of ATAD Sludges,") na obra WEFTEC '97 de Resumos de Gestão de Resíduos & Sólidos Biológicos (Proceedings of Residual & Biosolids Management) Vol. 2, págs. 299 a 309 (1997). De Facto, a elevada procura por polímeros permaneceu nesta taxa durante vários meses, apesar das tentativas para a optimização e para a redução da dosagem de polímero através do tradicional método tentativa-erro com alterações a nível do ponto de adução, do tempo de espera, e de outros parâmetros. Id. Por causa do elevado custo de desidratação de tais lamas ATAD, muitas instalações ATAD são agora forçadas a enviar as lamas para vários pontos de aplicação de aterro para despejo. De forma análoga, existe uma necessidade para um método melhorado para a desidratação de lamas difíceis, tais como as lamas derivadas dos processos ATAD.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção proporciona de uma forma única um método para a desidratação de lamas ATAD. O método incorpora um tratamento de três componentes para a desidratação de tais lamas. Inicialmente, a lama é doseada com um coagulante inorgânico. Depois, a mistura lama - composto inorgânico é doseada com um componente de micropartícuia. Por último, a mistura resultante é doseada com um floculante de elevado peso molecular. A componente de coagulante inorgânico é utilizada para obter uma vasta formação de flocos. Tipos apropriados de coagulantes inorgânicos incluem os sais de alumínio, de ferro e de zinco. Com a adição de uma componente de 4 micropartículas, os inventores da presente invenção reconheceram de uma forma única um aumento na quantidade de drenagem livre susceptivel de ser obtida com a presente aplicação. A componente de microparticula pode ser quer orgânica quer coloidal na sua natureza.

Por último, após ter sido obtida uma boa formação de flocos com as primeiras duas componentes, a mistura resultante é doseada com um floculante de elevado peso molecular. Este floculante pode ser aniónico, catiónico ou não iónico na sua natureza. De preferência, o floculante de elevado peso molecular é um polímero que possui um peso molecular superior a 5 milhões de unidades de massa atómica.

Uma vantagem da presente invenção é a sua habilidade para produzir flocos susceptíveis de serem fortemente desidratados em diferentes lamas que podem perder água prontamente e que podem suportar a tensão mecânica de desidratação.

Outra vantagem da presente invenção é a habilidade para desidratar lamas difíceis de uma forma eficiente em termos de custos através da produção de uma forte formação de flocos em dosagens abaixo das muitas vezes requeridas nos programas de floculação correntes.

Características e vantagens adicionais da presente invenção são descritas em, e tornar-se-ão aparentes de, a descrição detalhada das incorporações presentemente preferíveis.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS INCORPORAÇÕES PRESENTEMENTE PREFERÍVEIS 5 A presente invenção proporciona um método melhorado para a desidratação de lamas difíceis derivadas do processo de digestão ATAD. Este processo é único na medida em que usa temperaturas elevadas e bactérias termofílicas para degradar o resíduo. A degradação é tão eficiente que se é deixado com partículas muito pequenas, que necessitam de ser desidratadas antes de serem depositadas em aterro. Estas partículas pequenas possuem uma grande área superficial e por consequência requerem grandes dosagens de polímero para ultrapassar as forças físicas, formarem flocos em conjunto e assentarem. Os inventores descobriram de forma única que o método da presente invenção permite a desidratação de tais lamas de uma forma eficiente em termos de custos. 0 método da presente invenção inclui um tratamento de três componentes de acordo com a reivindicação 1. Inicialmente, as lamas derivadas de uma ATAD são doseadas com um coagulante inorgânico. 0 coagulante inorgânico é utilizado para formar grandes redes que actuam para transportar ou para varrer as partículas suspensas com a rede. De acordo com a presente invenção, o coagulante inorgânico é usado para adicionar corpo às partículas extremamente pequenas e para iniciar a floculação de tais partículas.

Os tipos apropriados de coagulantes inorgânicos que são usados no método da presente invenção incluem os sais metálicos conhecidos, tais como os sais de alumínio, de ferro ou de zinco. Estes sais são eficazes uma vez que constroem estrutura quando adicionados à água. Especificamente, os compostos químicos que podem ser usados como coagulante inorgânico incluem, por exemplo, o FeCl3, o FeSCq, o AICI3, o Alum, o A12C1x (H20) y, o ZnCl2, o ZnCl4 e o cloreto de polialumínio. Após a adição do coagulante inorgânico, uma 6 componente de micropartícuia é adicionada à mistura lama-mistura inorgânica. Esta componente de microparticula pode ser quer orgânica quer coloidal, na sua natureza. Os inventores descobriram de forma única que a adição de uma componente de micropartículas aumenta a quantidade de drenagem livre. Tal como um perito na técnica iria reconhecer, para uma óptima separação sólido/líquido, é imperativo que seja feita a remoção de tanta água quanto possível antes da lama ser sujeita a uma desidratação mecânica. A componente de micropartículas da presente invenção promove este objectivo.

Pode ser utilizada uma variedade de materiais para a componente de micropartículas. Por exemplo, a componente de micropartículas pode ser um polímero orgânico. Os polímeros orgânicos apropriados incluem, por exemplo, os poliacrilatos, os copolímeros de acrilamida/acrilato de sódio (AcAm/NaAc), o ácido poliacrilamidopropilaulfónico (poli AMPS), os copolímeros de acrilamida/ácido acrilamidopropilsulfónico (AcAm/AMPS) e os terpolímeros que contêm acrilamida/acrilato de sódio/ácido acrilamidopropilsulfónico (AcAm/NaAc/AMPS). Os polímeros orgânicos apropriados possuem um peso molecular que varia na gama entre 10.000 to 500.000. Numa incorporação, o peso molecular do polímero orgânico é menor do que 1 milhão de uma (unidades de massa atómica).

Em alternativa ao polímero orgânico, a componente de micropartículas pode ser um material inorgânico coloidal. Tipos apropriados de materiais inorgânicos incluem a sílica coloidal (com tamanhos de partícula variáveis), o zinco ou o alumínio coloidal, o borosilicato coloidal, vários barros (betonites, hectorites, esmectites), as aluminas, os zincos e o Alum coloidais. 7

Uma vez estas duas componentes iniciais actuando para formar um floco forte, um floculante de elevado peso molecular é adicionado à mistura resultante. Tal como um perito na técnica iria reconhecer, o floculante de elevado peso molecular é seleccionado com base nas caracteristicas da lama, e nomeadamente com base na necessidade de carga da lama. Por esta razão, o floculante pode ser quer aniónico, quer catiónico, quer não iónico na sua natureza. Esta componente final do sistema de tratamento actua ao colocar todas as partículas unidas na forma de flocos.

Tal como notado acima, o floculante da presente invenção pode possuir uma carga positiva, neutra ou negativa com base nas características da lama particular a ser desidratada. Os tipos particulares de monómeros positivamente carregados incluem, por exemplo, o sal de dimetilaminoetilacrilato metilcloreto (DMAEA.MCQ), o sal de sulfato de dimetilaminoetilacrilato metilsulfato (DMAEA.MSQ), o sal de dimetiloaminoetilometacrilato metilcloreto (DMAEM.MCQ), o sal de dimetilaminoetilacrilato benzilcloreto (DMAEA.BCQ), o sal de dimetiloaminoetilmetacrilato metilsulfato (DMAEM.MSQ), o cloreto de acrilamidopropiltrimetilamónio (APTAC), o cloreto de metacrilamidopropiltrimetilamónio (MAPTAC), o cloreto de dialildimetilamónio (DADMAC) e a 2- e 4-vinilpiridina. Ao passo que, os tipos apropriados de monómeros carregados negativamente incluem, por exemplo, o acrilato de sódio (NaAc), o ácido acrilamidopropilsulfónico de sódio (NaAMPS) e o metacrilato de sódio (NaMAc) . Por último, os tipos apropriados de monómeros neutros incluem, por exemplo, a acrilamida (AcAm), a metacrilamida (MAcAm), todos os ésteres e todas as amidas de ácido acrílico e metacrílico, de vinil pirrolidona e de N-vinilformamida. De acordo com a presente 8 invenção, o floculante pode ser um homopolímero de qualquer destes monómeros, mas de preferência o floculante será um copolímero com acrilamida. 0 floculante da presente invenção é de preferência um polímero floculante de elevado peso molecular. Os polímeros floculantes apropriados possuem um peso molecular que varia na gama entre 1 milhão e 25 milhões de unidades de massa atómica.

Na maior parte das circunstâncias, uma vez que as lamas biológicas possuem uma carga negativa, os floculantes utilizados na presente invenção irão ser de natureza catiónica. Uma vez mais, contudo, o floculante é seleccionado com base na procura de carga da lama. A determinação da carga é feita através de testes sobre uma variedade de floculantes e da observação de quais são os floculantes que produzem os melhores flocos e que libertam a maior parte da água. A título de exemplo, e não como limitação, irão agora ser apresentadas demonstrações de testes experimentais da eficácia do método da presente invenção.

PROCEDIMENTO GERAL DE TESTES 0 método padrão de testes utilizado nos seguintes exemplos experimentais foi o teste padrão de drenagem livre. Em termos gerais, foram adicionados 200 ml de lama a um cilindro graduado de 500 ml. O polímero foi então adicionado à lama tal como o foi a água de diluição para preparar um volume consistente. O cilindro foi então tapado e invertido um número de vezes até que os flocos começassem a se formar e que a água aparentasse separar-se da lama floculada. A lama 9 foi então vertida sobre uma peça de tecido e o volume de água foi recolhido. 0 volume de água foi registado ao fim de 5, 10 e 15 segundos. Este procedimento simula a zona de drenagem livre na prensa de cinta. Em adição, a estabilidade do bolo foi examinada para verificar se podia ser extraída mais água do mesmo. Essencialmente, foi obtido um resultado positivo se foi obtida uma boa formação de flocos, se um grande volume de água foi libertado e drenado no período mais curto de tempo e se pode ser obtida mais água ao comprimir o bolo. EXEMPLO EXPERIMENTAL N.° 1

Exemplo 1. Uma Lama ATAD de uma Instalação Municipal de Sudoeste A lama foi tratada com floculantes convencionais de carga elevada, tal como o Nalco® 7194 Plus e o Nalco® 7139 Plus, em diferentes dosagens. Também adicionados a esta lama, antes da adição de polímero, foram 5000 ppm de Alum. Os resultados da drenagem estão contidos na Tabela 1. Foi observada uma pobre drenagem livre.

Tabela 1.

Drenagem Livre (ml água/10 seg)

Dosagem (ppm) N-7194 Plus N-7139 Plus 350 22 15 450 30 20 550 28 25 A mesma quantidade de lama, com 5000 ppm de Alum, foi tratada de acordo com os métodos desta invenção. A Tabela 2, apresenta um sumário dos resultados obtidos usando 10 micropartículas inorgânicas. Mantendo o floculante constante, a quantidade de micropartículas inorgânicas foi variada. A micropartícuia (Nalco® 1034A) para a Tabela 2, foi a sílica coloidal. Foi então registada a drenagem livre. Um aumento significativo na drenagem livre foi observado com o tratamento de micropartículas.

Tabela 2.

Dosagem de micropartículas (ppm) 0 150 250 350

Drenagem Livre (ml água/10 seg) N-7194 Plus Θ 450 N-7139 Plus @ 450 ppm ppm 30 20 66 68 62 74 60 70

Mais uma vez a amostra de lama foi tratada de acordo com os métodos desta invenção. A Tabela 3 apresenta um sumário dos resultados obtidos usando uma micropartícula orgânica, a Nalco® 8677. Mantendo o floculante constante, a quantidade de micropartículas orgânicas foi variada. A drenagem livre foi então registada. Um aumento significativo na drenagem livre foi observado com um tratamento de micropartículas.

Tabela 3.

Drenagem Livre (ml água/10 seg) Dosagem de N-7194 Plus @ 450 N-7139 Plus Θ 450 micropartículas (ppm) ppm ppm 0 30 20 150 58 6 4 11 250 60 68 350 66 72

Foi observado um aumento de quase quatro vezes na drenagem quando foi empreque o programa de microparticulas. Foi observado um melhoramento significativo na estrutura dos flocos e na compressibilidade do bolo quando este programa foi empregue. EXEMPLO EXPERIMENTAL N.° 2

Exemplo 2. Uma lama ATAD de uma Indústria de Processamento Químico de Sudoeste A lama foi tratada com floculantes convencionais com carga altamente aniónica, o Nalco® 9878 e o 95LP073, em diferentes dosagens. Também adicionado a esta lama, antes da adição de polímero, foi o clorohidrato de alumínio em quantidade suficiente para levar o pH da lama até 5,5. Os resultados de drenagem estão contidos na Tabela 4. Foi observada uma boa drenagem livre apenas a elevadas dosagens de polímero.

Tabela 4.

Drenagem Livre (ml água/10 seg)

Dosagem (ppm) Nalco® 9878 Nalco® 95LP073 250 22 500 6 4 50 750 76 50 1000 79 50 1250 83 12 A mesma amostra de lama foi tratada de acordo com os métodos desta invenção. A Tabela 5 apresenta um sumário dos resultados obtidos usando uma micropartícula inorgânica. Mantendo a dosagem de micropartícula constante, a guantidade de floculante foi variada e a quantidade de drenagem livre foi registada. A micropartícula para a Tabela 2 foi a sílica coloidal, o Nalco® 1115.

Tabela 5.

Nalco® 9878 Dosagem (ppm) 25Õ 500 750 1000

Drenagem Livre (ml água/10 seg) Nalco® 1115 @ 50 ppm 32 99 95 77

Mais uma vez a mesma amostra de lama foi tratada de acordo com os métodos desta invenção. A Tabela 6 apresenta um sumário dos resultados obtidos usando uma micropartícula orgânica, Nalco® 8677. Mantendo o floculante constante, foi variada a quantidade de micropartícula orgânica. A drenagem livre foi então registada. Um aumento significativo da drenagem livre foi observado com o tratamento de micropartícula.

Tabela 6.

Nalco® 95LP073 Dosagem (ppm) 5ÕÕ 750 1000

Drenagem Livre (ml água/10 seg) Nalco® 8677 @ 500 ppm 66 65 64 13

Foi observado um melhoramento de 30% na drenagem livre quando o programa de microparticula foi empregue. A estrutura dos flocos e, em especial a compressibilidade do bolo, foram melhoradas quando este programa foi empregue.

Deverá ser compreendido que as várias alterações e modificações das incorporações presentemente preferíveis aqui descritas irão tornar-se aparentes para os peritos na técnica. Tais alterações e modificações podem ser feitas sem se sair do âmbito da presente invenção e sem diminuir as suas vantagens existentes. É por consequência pretendido que tais alterações e modificações se encontrem cobertas pelas reivindicações em anexo. 30-11-2006 14

Claims (2)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Um método para eliminar a água de uma lama derivada de um sistema de digestão aeróbia auto-térmica termofilica em que a referida lama contém pequenas partículas e que compreende os passos de: a dosagem da lama com um coagulante inorgânico para formar uma primeira mistura; a dosagem da primeira mistura com uma micropartícula para formar uma segunda mistura, em que a micropartícula é seleccionada de entre o grupo que consiste de: um polímero orgânico seleccionado de entre o grupo que consiste dos poliacrilatos, dos poli(met)acrilatos, dos copolímeros de acrilamida/acrilato de sódio, dos copolímeros de acrilamida/ (met)acrilato de sódio, dos copolímeros de acrilamida/ácido acrilamido-propilsulfónico e de terpolímeros de acrilamida/ácido acrilamido-propilsulfónico/acrilato de sódio e de um material inorgânico coloidal seleccionado de entre o grupo que consiste de: a sílica coloidal; o zinco coloidal; o alumínio coloidal, o borosilicato coloidal, as betonites, as hectorites, as esmectites, as aluminas coloidais; e os zincos coloidais; a dosagem da segunda mistura com um floculante para formar uma terceira mistura; e a eliminação da água da terceira mistura.
2. 2. 0 método da reivindicação 1 em que o coagulante inorgânico é seleccionado de entre o grupo que consiste de: FeCl3, FeSo4, A1C13, Alum, A12C1X (H20) y, ZnCl2, ZnCl4 e de cloreto de polialumínio. 1 3. 0 método da reivindicação 1 em que a microparticula é um polímero orgânico com um peso molecular de menos de um milhão de unidades de massa atómica. 4. 0 método da reivindicação 1 em que o floculante é seleccionado de entre o grupo de floculantes com carga catiónica que consiste do poli(DMAEM.MCQ), do poli(DMAEA.MCQ), dos copolímeros de acrilamida/DMAEA.MCQ, dos copolímeros de acrilamida/DMAEM.MCQ, dos copolímeros de acrilamida/APTAC, dos copolímeros de acrilamida/MAPTAC, dos copolímeros de acrilamida/DADMAC, dos terpolímeros de acrilamida/DADMAC/DMAEA.MCQ, dos terpolímeros de AcAm/DMAEA.BCQ/DMAEA.MCQ e dos copolímeros de vinilamina/vinilformamida. 5. 0 método da reivindicação 1 em que o polímero floculante é seleccionado de entre o grupo de floculantes não carregados que consiste das poliacrilamidas, da polivinilpirrolidona das polivinilformamidas, e do ácido poliacrílico. 6. 0 método da reivindicação 1 em que o floculante possui um peso molecular superior a um milhão de unidades de massa atómica. 7. 0 método da reivindicação 1 em que o floculante é seleccionado de entre o grupo de floculantes de carga aniónica que consiste dos poliacrilatos, dos poli(met)acrilatos, dos copolímeros de acrilamida/acrilato de sódio, dos copolímeros de acrilamida/ (met)acrilato de sódio, dos copolímeros de acrilamida/ácido acrilamido-propilsulfónico e dos terpolímeros de acrilamida/ácido acrilamido-propilsulfónico/acrilato de sódio. 2 30-11-2006 3