PT1360148E

PT1360148E - Instalação de tratamento de água através de flocos lastrados e desengorduramento

Info

Publication number: PT1360148E
Application number: PT02708408T
Authority: PT
Inventors: Patrick Binot
Original assignee: Otv Sa
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2007-01-31
Also published as: CY1106286T1; DE60214671D1; EP1360148B1; US20040129642A1; CA2432826A1; DE60214671T2; FR2820734A1; DK1360148T3; CA2432826C; ATE339391T1; ES2272677T3; TNSN03027A1; WO2002064513A1; US7244362B2; MA26153A1; EP1360148A1; FR2820734B1

Description

ΕΡ 1 360 148 /PT DESCRIÇÃO "Instalação de tratamento de água através de flocos lastrados e desengorduramento"

As instalações de coagulação-floculação-decantação utilizadas de modo clássico no tratamento de água, particularmente no domínio de tratamento de águas residuais, são tradicionalmente complementadas por equipamentos desarenadores, de desengorduramento, e sistema de tratamento de lamas que as mesmas geram.

Tais instalações são precedidas a montante por dispositivos que permitem o desarenamento das águas brutas, de modo de evitar o arrastamento de grandes quantidades de partículas grosseiras e abrasivas ao longo das etapas de tratamento de água e de lamas a jusante do desarenamento. Esses dispositivos de desarenamento são tradicionalmente dimensionados para remoção de areias com dimensões superiores a 200 micrómetros ao caudal nominal das instalações.

Os equipamentos de desengorduramento são também normalmente instalados a montante das instalações de coagulação-floculação-decantação, de modo a limitar a quantidade de matérias gordas enviadas para os equipamentos a jusante. Tais matérias gordas podem com efeito dar origem a vários danos, tais como a criação de bolas de gordura eventualmente colmatantes, ou ainda de depósitos sobre as lamelas de decantação dos decantadores lamelares, ou ainda o aparecimento de proliferação bacteriana nas unidades de lamas activadas ("bulking"). O desengorduramento é efectuado normalmente por flutuação, por outras palavras por injecção de ar, frequentemente no equipamento de desarenamento, calculada nesses casos para velocidades na superfície de decantação da ordem de 10 a 20 m/h. O desengorduramento remove cerca de 20% dos materiais extractáveis com hexano contidos nas águas brutas.

Finalmente, essas instalações de coagulação-floculação-decantação são frequentemente equipadas a jusante com um sistema de espessamento de lamas, que pode ser independente 2

ΕΡ 1 360 148 /PT ou integrado no fundo da zona de decantação. Quando este sistema é independente, isso implica o inconveniente de necessitar da construção de uma estrutura especifica, com a necessidade de bombas de recirculação de lamas a espessar e de excedentes do espessador. Quando o sistema de espessamento é integrado, isso implica o inconveniente de as lamas terem um tempo de residência elevado no decantador, o que não favorece a obtenção de uma água decantada de excelente qualidade.

De acordo com um tipo de instalação aperfeiçoada de coagulação-floculação-decantação, os meios para proporcionar pelo menos um material granular mais denso que a água, tal como areia, são proporcionados de modo a lastrar os flocos e deste modo a favorecer e acelerar a decantação deste. Tal dispositivo, denominado de flocos lastrados, encontra-se especificamente descrito na patente francesa FR-2627704 publicada em 13 de Dezembro de 1991 em nome do requerente. É precisamente em relação a esse tipo de instalação aperfeiçoada que utiliza um material granular de lastragem que o presente invento diz respeito. O objectivo do presente invento é o de propor um novo processo de tratamento de água utilizando uma instalação de coagulação-floculação-decantação por flocos lastrados permitindo diminuir consideravelmente a dimensão da correspondente instalação.

Mais precisamente, o presente invento tem como objectivo reduzir consideravelmente o número de equipamentos e de estruturas de construção civil necessárias para o tratamento de um efluente combinando totalmente ou parcialmente as operações de desarenamento, desengorduramento, coagulação, decantação ou outros meios de separação por gravidade tais como ciclonagem, espessamento na mesma estrutura.

Tais objectivos são alcançados graças ao invento que diz respeito a uma nova utilização de um dispositivo de coagulação-floculação-decantação de flocos lastrados através de areia fina ou material equivalente para o tratamento de 3 ΕΡ 1 360 148 /PT águas caracterizado por consistir no desengorduramento das referidas águas no interior do referido dispositivo de modo a eliminar mais de 20% dos materiais extractáveis com hexano sem recorrer a meios distintos de desengorduramento por flutuação.

Com efeito, a requerente constatou que, de modo surpreendente e inesperado para o técnico da arte habituado a rendimentos de redução pelos desengorduradores normais da ordem de 20% dos materiais extractáveis com hexano (MEH), a técnica de floculação-decantação de flocos lastrados permite reduzir mais de 20% dos MEH à entrada, habitualmente de 50% a 60% dos MEH à entrada.

Esta propriedade permite eliminar totalmente a etapa de desengorduramento tradicional com ar, sendo as gorduras extensamente eliminadas pela lastragem dos flocos e extraídas com as lamas.

Observar-se-á que foi já proposto no estado da técnica combinar certas etapas de desengorduramento e desarenamento à volta de um decantador de flocos lastrados de lamas recirculadas, sem todavia chegar a eliminar a necessidade de um desengorduramento-desarenamento com injecção de ar, que necessita de uma superfície de desarenamento e desengorduramento consistente para ter uma boa eficácia, e que se arrisca a perturbar a boa decantação ulterior de flocos sem areia, através do arrastamento de bolhas de ar, se a superfície de desengorduramento-desarenamento for reduzida diminuindo a sua eficácia para diminuir a suas dimensões em traçado.

Preferencialmente, a nova utilização de acordo com o invento consiste em proceder ao desengorduramento das referidas águas no interior do próprio dispositivo de modo a eliminar mais de 50% dos materiais extractáveis com hexano.

De acordo com uma variante vantajosa, o invento consiste em proceder igualmente à desarenamento pelo menos parcial das referidas águas no interior do próprio dispositivo de coagulação-floculação-decantação. 4

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Preferencialmente, o referido dispositivo de coagulação-floculação-decantação é utilizado com meios grosseiros de desarenamento rápido a montante apresentando um poder de corte compreendido entre 200 e 300 micrómetros funcionando a uma velocidade superficial superior a 15 m/h, de modo preferido entre todos compreendida entre 80 e 200 m/h. O invento diz igualmente respeito a toda a instalação para o tratamento de águas compreendendo um dispositivo de coagulação-floculação-decantação de flocos lastrados pela areia fina ou material equivalente caracterizada por não compreender meios de desengorduramento a montante do dispositivo de coagulação-floculação-decantação, sendo o desengorduramento das referidas águas assegurado no interior do próprio dispositivo de coagulação-floculação-decantação sem meios de injecção de ar ou gás equivalente.

Preferencialmente, o referido dispositivo apresenta: - pelo menos uma zona de coagulação equipada com meios de alimentação de água, meios de alimentação de pelo menos um reagente coagulante, meios de alimentação de pelo menos um material granular mais denso que a água e meios de agitação; - pelo menos uma zona de floculação munida de meios de agitação; e, - pelo menos uma zona de decantação ou pelo menos uma zona de separação gravitacional por ciclonagem ou efeito vórtice, apetrechada com uma zona de recuperação e de descarga das lamas e meios de descarga da água clarificada; - meios de reciclagem de pelo menos uma parte do material granular contido nas referidas lamas para a referida câmara de floculação incluindo pelo menos um hidrociclone.

De acordo com uma variante, a instalação de acordo com o invento também não compreende meios de desarenamento por flutuação colocados a montante do dispositivo de coagulação-floculação-decantação, sendo o desarenamento das referidas águas assegurado pelo referido dispositivo de coagulação-floculação-decantação. 5

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De acordo com outra variante, a referida instalação inclui meios a montante de desarenamento rápido das referidas águas apresentando um poder de corte compreendido entre 100 e 300 micrómetros.

Tais meios de desarenamento serão utilizados quando a quantidade de areias grossas da água bruta comporta um risco de acumulação demasiado rápida de areias na instalação, dificilmente gerido por desconcentração periódica da areia no floculador decantador de flocos lastrados.

Preferencialmente, os referidos meios de desarenamento rápido são do tipo de efeito de ciclonagem ou efeito de vórtice.

Preferencialmente, esses meios de desarenamento serão utilizados com tempos de residência da ordem do minuto e velocidades superficiais compreendidas entre cerca de 80 e 300 m/h.

Os meios de desarenamento poderão constituir a zona de coagulação, sendo então o coagulante injectado nos referidos meios de desarenamento ou a montante destes e estando intimamente em contacto com os colóides a desestabilizar nos meios de desarenamento de alta velocidade.

Também preferencialmente, a instalação compreende meios integrados de espessamento de pelo menos uma parte do efluente proveniente do referido hidrociclone.

Esses meios de espessamento podem estar directamente contíguos a uma das estruturas de coagulação floculação ou a montante destas. Deste modo, esses meios de espessamento podem estar integrados sem bombagem complementar à prevista para a reciclagem das lamas. Esta disposição permite assim dispor de um espessamento de lamas integrado na estrutura evitando as dificuldades de exploração ligadas ao espessamento de lamas directamente do fundo do decantador.

De acordo com uma variante do invento, os referidos meios de espessamento são precedidos por uma zona de desgaseificação. Essa zona de desgaseificação poderá 6

ΕΡ 1 360 148 /PT encontrar-se sob qualquer forma que permita separar as lamas do qás que as mesmas capturaram durante a hidrociclonagem, tais como uma bacia específica ou parte ou a totalidade de uma conduta que conduza as lamas hidrociclonadas para os referidos meios de espessamento.

De acordo com uma variante interessante do invento, os referidos meios integrados de espessamento compreendem pelo menos uma coluna de decantação equipada na sua parte superior com lamelas de decantação e na sua parte inferior com uma descarga de lamas espessadas, e pelo menos uma tubagem de alimentação de pelo menos uma parte do caudal que sai do hidrociclone na referida coluna de decantação.

Preferencialmente, os referidos meios integrados de espessamento estão equipados com meios de alimentação de pelo menos um reagente floculante.

Também preferencialmente esses meios incluem igualmente pelo menos um tanque de floculação a montante.

Com efeito, o espessamento das lamas provenientes da decantação de flocos lastrados, já amplamente pré-carregadas com polímero, permite, de modo surpreendente em relação ao que era conhecido do estado da arte, alcançar graus de secagem de 20 a 60 g/1 ou mais, para cargas muito elevadas na plataforma, superiores a pelo menos 100 kg MES/m2 de plataforma/dia normalmente tidos em conta no dimensionamento dos espessadores, e podendo ir a mais de 2000 kg MES/m2/dia, na medida de estar prevista uma refloculação rápida das lamas a montante do espessador, e que as lamelas permitam manter a velocidade de Hazen dos excedentes abaixo de um valor dependente da qualidade necessária para esses excedentes (entre cerca de 2 e 10 m/h).

Preferencialmente, a instalação inclui também meios integrados de recuperação de sobrenadantes transitando na zona de coagulação e/ou na zona de floculação.

Em particular, tais meios podem ser constituídos por quaisquer meios conhecidos pelo técnico da arte, tais como escoadouros rotatórios, meios periódicos de elevar o nível 7 ΕΡ 1 360 148 /PT de água até a um tubo ladrão de extracção de sobrenadantes, ou ainda um dispositivo de remoção de escumas de superfície colocado no(s) ponto (s) de acumulação de sobrenadantes.

Vantajosamente, a instalação encontra-se equipada com uma zona de desgaseificação de lamas hidrociclonadas, que pode ou não ser coincidente com a zona de floculação. O invento, bem como as diferentes vantagens que o mesmo apresenta serão mais facilmente compreendidos graças à descrição que se segue de um modo não limitativo de realização do mesmo, dada com referência à figura única.

Com referência à mesma, a instalação compreende em série um dispositivo de coagulação-floculação-decantação compreendendo uma câmara de coagulação 1 equipada com um agitador 5, pelo menos uma câmara de floculação 6 equipada com meios de agitação 7 e um decantador 8.

Esse dispositivo está, de modo clássico, equipado com meios de distribuição 4 de um material granular de lastragem dos flocos, neste caso areia, e de meios de agitação 5. O decantador 8 está equipado com lamelas 8a (poderá não estar equipado com as mesmas noutros modos de realização) e apresenta na sua parte inferior uma zona de recuperação e de descarga 9 das lamas e na sua parte superior meios de descarga 10 de água clarificada. São proporcionados meios de recuperação dos sobrenadantes 14a na entrada do decantador 8. A instalação compreende meios de reciclagem 15 do material granular recuperado na zona de recuperação e de descarga 9 do decantador 8. Uma tubagem 15a cooperante com uma bomba 15b dirige as lamas recuperadas em 9 para um hidrociclone 17 equipado com meios de distribuição 18 do material granular separado na câmara de coagulação 1.

De acordo com o presente invento, a instalação compreende, na admissão dos meios de alimentação de água a tratar 2, meios 3 de injecção de um reagente coagulante, seguido de meios de desarenamento grosseiro 13 apresentando um poder de corte de 300 pm. O desarenador 13 apresenta na 8 ΕΡ 1 360 148 /PT sua parte inferior meios de descarga 11a de areias e gravilha para uma unidade de tratamento de areias (não mostrada).

Igualmente de acordo com o invento, a instalação apresenta uma tubagem 18a que permite derivar uma parte do caudal proveniente do hidrociclone 17 para os meios de espessamento 12 incluindo um decantador 14 equipado, na sua parte superior, com lamelas 23 e com uma descarga 22 de efluente clarificado para a câmara de coagulação 1 e equipado, na sua parte inferior, com meios de descarga 16 das lamas espessadas para a referida unidade de tratamento de lamas. Os meios de espessamento compreendem ainda a montante um tanque de floculação 20 (servindo eventualmente como zona de desgaseificação) equipado com meios de agitação 19 e meios 21 de injecção de reagente floculante.

De acordo com o invento, não estão previstos nenhuns meios de desengorduramento do efluente a montante do dispositivo de coagulação-floculação-decantação. Não está também previsto nenhum meio de desengorduramento integrando uma injecção de ar ou de gás equivalente no efluente.

Observar-se-á que o conjunto dos elementos representado na Figura está integrado na mesma estrutura de construção. O funcionamento da instalação é o seguinte. O efluente que entra na instalação pelos meios de alimentação 2 é dirigido para o desarenador 13 onde as partículas (areias) que o mesmo contém apresentando uma dimensão superior a cerca de 300 pm são separadas e recolhidas sob a forma de areias de pré-tratamento para serem descarregadas em 11a. Antes de chegar ao desarenador 13, é injectado nas águas um reagente coagulante graças aos meios 3. 0 efluente transita de seguida para zona de injecção onde é adicionado um polímero, seguidamente para a zona de floculação 6, de seguida para o decantador lamelar 8. O efluente desengordurado, desarenado e clarificado é descarregado em 10. 9

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As lamas recolhidas pelo decantador lamelar 8 são conduzidas para o hidrociclone 17 para recuperar o essencial do material de lastragem e reconduzi-lo pelos meios 18 para a câmara de injecção 1. Pelo menos uma parte do excedente proveniente do hidrociclone é enviada pela tubagem 18a para os meios de espessamento 12. As lamas provenientes desses meios são descarregadas através dos meios 16, enquanto que o excedente 22 é reenviado para a câmara de injecção 1. A instalação aqui descrita permite efectuar o desengorduramento, o desarenamento e a depuração das águas num volume muito mais reduzido que os do estado da arte que requerem a utilização de meios de desengorduramento a montante. A etapa de desengorduramento é assegurada de modo intrínseco e surpreendente no interior da própria decantação de flocos lastrados. O desarenamento é eficazmente concluído de modo intrínseco igualmente pela etapa de decantação lastrada, permitindo que esta elimine a quase totalidade das areias da água tratada, ao efectuar a decantação das mesmas a alta velocidade (superior a 15 m/h, normalmente entre 80 e 200 m/h) com o floco, enquanto que a hidrociclonagem impede a expulsão com as lamas das areias com dimensões superiores ao seu limiar de corte, amplamente inferior aos 200 micrómetros habitualmente requeridos em desarenamento, e normalmente da ordem de 30 a 100 micrómetros. O modo de realização do invento aqui descrito não tem como objectivo reduzir o âmbito do mesmo. Poderão ser efectuadas numerosas modificações sem se sair do seu âmbito.

Lisboa,

Claims

ΕΡ 1 360 148 /PT 1/3 REIVINDICAÇÕES 1. Instalação para o tratamento de águas que compreende um dispositivo de coagulação-floculação-decantação de flocos lastrados por areia fina ou um material equivalente, que apresenta: - pelo menos uma zona de injecção (1) equipada com meios de alimentação de água coagulada por um reagente coagulante, meios de alimentação (4) de pelo menos um material granular mais denso que a água (4) e meios de agitação (5); - pelo menos uma zona de floculação (6) munida de meios de agitação (7) ; e, - pelo menos uma zona de decantação (8) ou pelo menos uma zona de separação gravitacional por ciclonagem ou efeito de vórtice, equipada com uma zona de recuperação e de descarga de lamas (9) e meios de descarga (10) de água clarificada; - meios de reciclagem (15) de pelo menos uma parte do material granular contido nas referidas lamas para a referida câmara de floculação (1) incluindo pelo menos um hidrociclone (17), sendo a referida instalação caracterizada por: - não compreender meios de desengorduramento a montante do dispositivo de coagulação-floculação-decantação, sendo o desengorduramento das referidas águas assegurado no interior do próprio dispositivo de coagulação-floculação-decantação, nem meios de injecção de ar ou de gás equivalente integrados nesse dispositivo; - compreender meios integrados de espessamento (12) de pelo menos uma parte do efluente proveniente do referido hidrociclone (17).
2. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por não compreender igualmente meios de desarenamento por flutuação a montante do dispositivo de coagulação-floculação-decantação, sendo o desarenamento das ΕΡ 1 360 148 /PT 2/3 referidas águas assegurado pelo referido dispositivo de coagulação-floculação-decantação.
3. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por apresentar a montante meios de desarenamento rápido das referidas águas, apresentando um poder de corte compreendido entre 100 e 300 micrómetros e não utilizando injecção de ar.
4. Instalação de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por os referidos meios de desarenamento rápido serem do tipo de efeito de ciclonagem ou de efeito de vórtice.
5. Instalação de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizada por os referidos meios de espessamento serem precedidos por uma zona de desgaseificação.
6. Instalação de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizada por os referidos meios integrados de espessamento (12) compreenderem pelo menos uma coluna de decantação (14) equipada na sua parte superior com lamelas (23) de decantação e na sua parte inferior com uma descarga (16) de lamas espessadas, e pelo menos com uma tubagem de alimentação (18a) de pelo menos uma parte do caudal que sai do hidrociclone na referida coluna de decantação.
7. Instalação de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizada por os referidos meios integrados de espessamento (12) estarem equipados com meios de alimentação (21) de pelo menos um reagente floculante.
8. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por os referidos meios integrados (12) de espessamento integrarem pelo menos um tanque a montante (20).
9. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada por incluir meios integrados de recuperação de sobrenadantes (14a, 14b) que transitam na zona de coagulação e/ou na zona de floculação. ΕΡ 1 360 148 /PT 3/3
10. Instalação de acordo com a reivindicação 9, a qual se encontra equipada com uma zona de desgaseificação das lamas hidrociclonadas, coincidente ou não com a zona de floculação.
11. Utilização de um dispositivo de coagulação-floculação-decantação de flocos lastrados por areia fina ou material equivalente para o tratamento de águas de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada por consistir em proceder ao desengorduramento das referidas águas no interior do próprio dispositivo de modo a eliminar mais de 20% dos materiais extractáveis com hexano, sem recorrer a meios de desengorduramento por flutuação por injecção de ar ou de um gás equivalente.
12. Utilização de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por consistir em proceder ao desengorduramento das referidas águas no interior do próprio dispositivo de modo a eliminar mais de 50% dos materiais extractáveis com hexano.
13. Utilização de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizada por consistir em proceder ao desarenamento pelo menos parcial das referidas águas no interior do próprio dispositivo.
14. Utilização de acordo com a reivindicação 13, caracterizada por consistir em utilizar o referido dispositivo de coagulação-floculação-decantação com meios grosseiros de desarenamento rápido a montante, funcionando a uma velocidade superficial superior a 15 m/h.
15. Utilização de acordo com a reivindicação 14, caracterizada por consistir em utilizar o referido dispositivo de coagulação-floculação-decantação com meios grosseiros de desarenamento rápido a montante, funcionando a uma velocidade superficial compreendida entre 80 e 200 m/h. Lisboa,