PT880474E

PT880474E - Reactor para a eliminacao biologica da poluicao organica de aguas

Info

Publication number: PT880474E
Application number: PT97903435T
Authority: PT
Inventors: Patrick Vion; Michele Pannier; Alain Truc
Original assignee: Degremont
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 2000-04-28
Also published as: CA2246296A1; DE69700655T2; FR2745001B1; EP0880474A1; US6024876A; MX9806170A; ATE185778T1; AU1798997A; DE880474T1; ES2127169T3; EP0880474B1; WO1997029998A1; CA2246296C; DE69700655D1; ES2127169T1; FR2745001A1

Description

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DESCR1CÃO “Reactor para a eliminação biológica da poluição orgânica de águas” A presente invenção refere-se a um reactor do tipo de culturas mistas destinado à eliminação biológica da poluição orgânica de águas bem como à eliminação biológica de nitratos por via anóxica.

Antes de explicitar a invenção, convém relembrar um certo número de definições e em particular as do termo “culturas mistas” em relação às lamas activadas e às culturas fixadas: lamas activadas: a biomassa está livre, em suspensão num tanque arejado ou não; culturas fixadas: a biomassa está fixada sobre um suporte sólido, e o aspecto geral do equipamento muito frequentemente é comparável a um filtro; culturas mistas: a biomassa está presa sobre partículas de suporte, formando assim o que será denominado posteriormente biopartículas que são mantidas em suspensão no fluxo de água a tratar.

Por outro lado, as culturas fixadas asseguram uma função de “selecção e enriquecimento da biomassa em bactérias específicas às condições de tratamento, em particular as bactérias heterotrofas desnitrificantes no caso de reactores de desnitrificação biológica”, característica vantajosamente retomada no caso de culturas mistas.

Conhecem-se dispositivos que permitem realizar tratamentos biológicos de efluentes. De entre estes dispositivos existem aqueles que utilizam circulações induzidas de efluentes por “air lift' ou “gaz lift’. A título de exemplo deste estado anterior da técnica, podem-se citar em particular, WO-A-93/25485, JP-A-60-122095, EP-0010571. Estes sistemas não podem ser utilizados para realizar uma desnitrificação, ou seja tratamentos por via anóxica ou anaeróbia. É aliás impossível utilizá-los quando se pretendem realizar tratamentos com o auxílio de culturas mistas dado que os sistemas de circulação por “air lift' ou “gaz lift’ apresentam o inconveniente principal de desprender as culturas dos suportes sobre os quais estão fixadas.

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Conhecem-se já, por outro lado, dispositivos que permitem realizar uma desnitrificação de efluentes com o auxílio de bactérias que reduzem o azoto nítrico a um menor estado de oxidação. Estes dispositivos conhecidos são em particular os seguintes: - reactores biológicos de lamas activadas; - reactores de cultura fixada, de leitos granulares e de leitos de escoamento.

Estes dispositivos conhecidos apresentam o inconveniente: - para os reactores de lamas activas, de serem volumosos; - para os reactores de culturas fixadas, de requererem equipamentos complementares, em particular para assegurar a manutenção das condições hidráulicas (lavagens, desagregações, etc...), e de serem consumidores de energia. A invenção tem como objectivo criar um reactor mais compacto que os dos sistemas de lamas activadas, económico tanto em custos de equipamento como de funcionamento e permitindo assegurar, nas melhores condições, a eliminação biológica da poluição, em particular a azotada.

Para este efeito, a presente invenção tem como objectivo um reactor do tipo de culturas mistas destinado à eliminação biológica da poluição orgânica das águas bem como à eliminação biológica de nitratos por via anóxica caracterizado por compreender: - um reactor central agitado, alimentado com água em bruto na sua parte baixa e no qual se efectua o tratamento biológico, que contém uma suspensão de uma biomassa fixada, a baixa concentração, da ordem de algumas gramas por litro, compreendendo o referido reactor agitado pelo menos uma hélice posicionada no interior de uma conduta interna e coaxial com o referido reactor, para assegurar a circulação da água a tratar, circulando esta última segundo uma corrente ascendente ou descendente na referida conduta e no sentido inverso, descendente ou ascendente, no exterior desta e segundo uma velocidade que é seleccionada de modo a que as biopartículas permaneçam em suspensão no referido reactor agitado e, 83 023 ΕΡ 0 880 474/ΡΤ 3

- uma zona de escape exterior ao referido reactor central agitado e comunicando de preferência com a parte inferior deste último, escapando-se a água tratada neste reactor agitado pela referida zona de escape, na parte superior desta, segundo uma corrente ascendente com uma velocidade tal que, por um lado, a velocidade de decantação das biopartículas seja superior à velocidade da água e, por outro lado, que a velocidade de decantação da biomassa em excesso produzida pelas reacções biológicas, em particular a desnitrificação, seja inferior à velocidade da água, - meios para aumentar a zona reaccional na parte inferior da zona de escape.

De acordo com uma concretização da invenção, a água a tratar é introduzida na conduta, por exemplo na parte inferior desta, e a corrente da água circulante nesta conduta efectua-se no sentido ascendente e depois no sentido descendente no exterior desta.

De acordo com outra concretização da invenção, a água a tratar é introduzida entre a conduta e a parede interna do referido reactor, efectuando-se a sua circulação no sentido ascendente no exterior da referida conduta e no sentido descendente no interior desta.

De acordo com a invenção, a biomassa activa contida no referido reactor é essencialmente fixada sobre partículas, de preferência partículas inorgânicas de pequena granulometria, ou seja, compreendida entre 50 e 500 micra, de preferência 100 a 300 micra.

De acordo com a presente invenção, a concentração de biopartículas em suspensão no referido reactor adicionada é da ordem de 5 a 100 gramas de biopartículas por litro (material suporte + biomassa fixada) e de preferência de 10 a 40 gramas por litro.

De acordo com a invenção, o suporte da biomassa pode ser constituído por um material de densidade superior a 1, orgânico ou inorgânico, de preferencia da família dos silico-aluminatos, em particular uma argila caulínica, ou areia fina.

De acordo com a invenção, os meios previstos para aumentar a zona reaccional na parte inferior da zona de escape consistem em deflectores que

83 023 ΕΡ Ο 880 474/ΡΤ 4 aumentam a zona de contacto entre a água a tratar e as biopartículas e asseguram a manutenção das biopartículas nesta zona.

Outras características e vantagens da presente invenção surgirão da descrição que se segue com referência aos desenhos em anexo que ilustram exemplos de concretização desprovidos de qualquer carácter limitativo.

Nos desenhos: - A figura 1 é uma vista esquemática em corte axial vertical da concretização genérica de um reactor de acordo com a invenção e, - A figura 2 é uma vista semelhante à da figura 1, de um exemplo de concretização preferida do reactor da invenção. - A figura 3 é uma vista semelhante às das figuras 1 e 2 que ilustra uma variante do reactor de acordo com a invenção. - A figura 4 é uma vista semelhante às das figuras 1 a 3 que ilustra uma variante do reactor de acordo com a invenção que integra sistemas do tipo deflectores. - A figura 5 é uma vista de um plano que ilustra uma variante de um reactor de acordo com a invenção realizado sob a forma de um espaço paralelipipédico compreendendo uma pluralidade de hélices posicionadas na parte central do reactor. - A figura 6 ilustra ainda uma outra variante do reactor de acordo com a invenção.

Com referência às figuras e em particular às figuras 1 a 3, vê-se que, nestes exemplos de concretização, o reactor de acordo com a presente invenção compreende duas partes: - um reactor central agitado 1, no qual está posicionada uma conduta 3 que recebe uma hélice 2 na sua parte superior, sendo esta hélice accionada por qualquer motor apropriado. A água a tratar circula segundo uma corrente ascendente, ou descendente, na referida conduta e no sentido inverso, descendente ou ascendente, no exterior desta conduta. A água tem eventualmente adicionado um substrato carbonado, por exemplo metanol, etanol, etc...; - uma zona de escape 4, exterior ào reactor central 1, comunicando com este último na sua parte inferiorõ, escapando-se a água tratada neste reactor por esta zona de escape, na parte superior desta.

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No exemplo de concretização ilustrado na figura 2, a água em bruto a tratar é introduzida na conduta 3, de preferência na sua parte inferior 6. A água circula na conduta segundo um movimento ascendente e, segundo um movimento descendente no exterior da conduta. A água proveniente do reactor agitado 1 escapa-se através da zona de escape 4 segundo uma corrente ascendente a fim de ser recolhida em calhas 7 dispostas na parte superior do reactor de acordo com a invenção.

No exemplo de concretização ilustrado nas figuras 1 e 2, o reactor é de forma cilíndrica de eixo vertical e o reactor agitado 1 é coaxial com o reactor propriamente dito. Pode-se evidentemente, sem sair do quadro da invenção, conceber qualquer outra forma. Assim, o reactor pode-se apresentar na forma de um espaço ou de um canal paralelipipédico alongado compreendendo no seu centro o reactor agitado, munido de uma ou várias hélices em condutas, apresentando-se igualmente na forma de um espaço paralelipipédico disposto segundo o seu eixo longitudinal. Nesta variante ilustrada pela figura 5, a figura 1 do desenho em anexo constituí uma secção recta de um tal reactor. Vê-se neste caso que este está provido de uma pluralidade de hélices em condutas 2’. O dispositivo comporta por lado um sistema de purga 9 destinado a assegurar a desconcentração ou o ajustamento da concentração, de modo eventual ou sistemático, das biopartículas contidas no reactor 1, bem como o despejo deste reactor e a eliminação das partículas pesadas. Prevê-se igualmente um meio 10 de recarga de material de suporte (argila ou outro). O reactor de acordo com a invenção contém uma biomassa activa, a baixa concentração, isto é da ordem de 5 a 100 gramas por litro, e de preferência 10 a 40 gramas por litro, que é fixada sobre partículas minerais de baixa granulometria, ou seja da ordem de 50 a 500 micra e de preferência 100 a 300 micra. O material utilizado como suporte da biomassa pode vantajosamente ser um mineral da família dos silico-aluminatos (por exemplo uma argila caulínica) ou uma areia fina. A hélice 2 na conduta mantém em movimento a água que está contida no reactor agitado: no exemplo de concretização ilustrado pela figura 2 o seu sentido de rotação é tal que faz circular esta água segundo um movimento ascendente no interior da conduta 3 e segundo um movimento descendente no exterior desta conduta, entre esta última e a parede do reactor agitado 1. Na variante representada na figura 3, o seu sentido de rotação é tal que a água circula

83 023 ΕΡ 0 880 474/ΡΤ 6 segundo um movimento ascendente no exterior da conduta e descendente no interior desta. Nesta variante, a alimentação de água a tratar faz-se por intermédio de um sistema tórico representado esquematicamente em 11. As velocidades da água são tais que as biopartículas permanecem em suspensão no reactor agitado 1 e é dentro deste reactor que se efectua a eliminação biológica da poluição, por exemplo a desnitrificação biológica. A hélice na conduta tem igualmente como função fornecer uma energia de agitação cujo efeito é limitar, por cisalhamento, a quantidade de biomassa fixada sobre as biopartículas. À sua saída do reactor agitado 1, a água escapa-se pela parte inferior 5 deste reactor para a zona de escape 4 na qual é arrastada segundo uma corrente ascendente. Nas figuras 2 e 3, as setas indicam claramente os sentidos de circulação da água após a sua introdução na base 6 do reactor agitado 1 até à sua evacuação, após tratamento, nas calhas 7 dispostas na parte superior da zona de escape 4. Nesta zona de escape, a velocidade da água é tal que: - as biopartículas não são arrastadas pela água tratada: a velocidade de decantação das biopartículas é superior à velocidade da água, e - a biomassa em excesso, ou seja, as partículas de biomassa produzidas pelas reacções biológicas e que são arrancadas pelo efeito de cisalhamento da hélice 2 como se indicou acima, são arrastadas pela água tratada: a velociddae de decantação destas partículas de biomassa em excesso é inferior à velociddae da água.

Assim, e de acordo com a invenção, a adequação mútua do reactor e das biopartículas (densidade e granulometria) bem como as velocidades da água permitem manter as biopartículas em suspensão na zona agitada 1 e não as arrastar na zona de escape 4, mantendo ao mesmo tempo uma biomassa estável graças à eliminação da biomassa em excesso pelo efeito de cisalhamento da hélice 2.

Na figura 4, representou-se o reactor de acordo com as figuras 1 a 3 com os seus meios que permitem aumentar a zona reaccional na parte inferior 5 da zona de escape 4. No exemplo de concretização não limitativo ilustrado por esta figura 4, prevêem-se nesta zona reaccional meios do tipo deflectores representados esquematicamente em 8. É evidente que se pode utilizar qualquer outro meio

83 023 ΕΡ 0 880 474/ΡΤ equivalente. A figura 6 ilustra uma outra variante do reactor de acordo com a invenção.

Na figura 6 vê-se que, neste caso, a zona de escape 14 está separada do reactor agitado e comunica com este último por intermédio de uma conduta 15. Nesta variante, as partículas arrastadas na zona de escape externa 14 são devolvidas ao reactor por intermédio de uma conduta 18. O reactor de acordo com a presente invenção pode-se aplicar em particular à desnitrificação de águas residuais urbanas, ou seja: - a uma pré-desnitrificação: mistura de água em bruto e de água nitrificada recirculada (o carbono necessário é encontrado na poluição carbonada da água em bruto); - a uma pós-desnitrificação: água nitrificada, com adição de um substrato carbonado (metanol, etanol, etc.).

Pode-se igualmente utilizar o reactor de acordo com a invenção na desnitrificação de águas potáveis e igualmente para efectuar qualquer reacção biológica anóxica, anaeróbia ou aeróbia.

De entre as vantagens da presente invenção em relação às técnicas existentes aqui acima relembradas, podem-se citar em particular as seguintes: - em relação aos dispositivos clássicos com lamas activadas, a invenção permite obter um aumento das cargas volúmicas aplicadas, o que se traduz numa compacidade de operações trazendo um grande número de vantagens de entre as quais: inserção facilitada, coberturas mais fáceis, eliminação de odores, etc.. - em relação a soluções clássicas por culturas fixadas do tipo biofiltro, a invenção representa uma diminuição de custos de equipamento tanto no que se refere aos investimentos como aos custos de funcionamento; - em relação aos reactores de culturas fixadas do tipo de leito fluidizado, a invenção, graças a uma fraca concentração de biopartículas, possui as vantagens seguintes: 8 83 023 ΕΡ 0 880 474/ΡΤ - diminuição dos custos de equipamentos e redução de consumos energéticos; - superioridade de sequências de paragem/arranque (baixos volumes de depósito, facilidade de reposição em suspensão) e - abrasão limitada (baixa concentração de partículas de pequena dimensão cuja abrasividade é por outro lado minorada pelo revestimento biológico).

Lisboa,

Por DEGREMONT - O AGENTE OFICIAL -

Claims

83 023 ΕΡ 0 880 474/ΡΤ 1/2 Reivindicações

1. Reactor do tipo de culturas mistas destinado à eliminação biológica da poluição orgânica de águas bem como à eliminação biológica de nitratos por via anóxica caracterizado por compreender: - um reactor central agitado (1), alimentado com água em bruto na sua parte baixa e no qual se efectua o tratamento biológico, que contém uma suspensão de uma biomassa fixada, de baixa concentração, da ordem de algumas gramas por litro, compreendendo o referido reactor agitado pelo menos uma hélice (2) posicionada numa conduta (3) interna e coaxial com o referido reactor, para assegurar a circulação de água a tratar, circulando esta última segundo uma corrente ascendente ou descendente no interior da referida conduta e no sentido inverso, descendente ou ascendente, no exterior desta e segundo uma velocidade que é seleccionada de modo a que as biopartículas permaneçam em suspensão no referido reactor agitado, e - uma zona de escape (4) exterior ao referido reactor central agitado (1) e comunicando com a parte inferior (5) deste último, escapando-se a água tratada neste reactor agitado pela referida zona de escape, na parte superior desta, segundo uma corrente ascendente com uma velocidade tal que, por um lado, a velocidade de decantação das biopartículas seja superior à velocidade da água e, por outro lado, que a velocidade de decantação da biomassa em excesso produzida pelas reacções biológicas, nomeadamente a desnitrificação, seja inferior à velocidade da água e, - meios para aumentar a zona reaccional na parte inferior (5) da zona de escape.
2. Reactor de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a água a tratar ser introduzida na parte baixa da conduta (3) e circular segundo uma corrente ascendente no interior da referida conduta e segundo uma corrente descendente no exterior desta.
3. Reactor de acordo com a reivindicaçãol caracterizado por a água a tratar ser introduzida entre a referida conduta (3) e as paredes internas do referido reactor (1) e circular segundo uma corrente ascendente no exterior da referida conduta e segundo uma corrente descendente no interior desta. i 212 83 023 ΕΡ 0 880 474/ΡΤ
4. Reactor de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por ser de forma cilíndrica de eixo vertical, sendo o reactor central agitado (1) bem como a conduta (3) que recebe a hélice, igualmente cilíndricos e coaxiais ao referido reactor.
5. Reactor de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por a biomassa que contém estar fixada sobre partículas de densidade superior a 1, de pequena granulometria, da ordem de 50 a 500 micra e de preferência da ordem de 100 a 300 micra.
6. Reactor de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por a concentração das biopartículas em suspensão no reactor (1) ser da ordem de 5 a 100 gramas por litro e de preferência da ordem de 10 a 40 gramas por litro.
7. Reactor de acordo com a reivindicação 5 caracterizado por o suporte da biomassa ser constituído por um material orgânico ou inorgânico, nomeadamente da família dos sílico-aluminatos e mais particularmente uma argila caulínica.
8. Reactor de acordo com a reivindicação 5 caracterizado por o suporte da biomassa ser constituído por areia fina.
9. Reactor de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por compreender deflectores (8) posicionados na parte inferior (5) da referida zona de escape (4) bem como no interior desta última.
10. Reactor de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9 caracterizado por a zona de escape (14) estar separada do reactor agitado (1), e comunicar com este último por intermédio de uma conduta (15). Lisboa, Por DEGREMONT O AGENTê-Q&CIAL