BR102016020627A2

BR102016020627A2 - AEROBIC BIOLOGICAL PROCESS OF SOLID HYDRODYNAMIC SOLID SEPARATE AND WATER SEPARATOR FOR WASTE TREATMENT OPERATION

Info

Publication number: BR102016020627A2
Application number: BR102016020627-8A
Authority: BR
Inventors: Leite Almeida Junior Ronaldo
Original assignee: Leite Almeida Junior Ronaldo
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-03-20

Abstract

processo biológico aeróbico de lodo ativado com separa- ção hidrodinâmica de sólidos e separador hidrodinâmico para operação em estação de tratamento de efluentes. patente de invenção de processo e equipamento utilizados em tratamento de efluentes pelo processo biológico aeróbico de lodo ativado com separação hidrodinâmica, operando com funções de captação e recirculação interna de lodo e dissolução de ar atmosférico ou oxigênio, que são executadas por equipamento que compartilha as funções de retenção de sólidos e dissolução de gás no reator biológico, aumentando a capacidade de carregamento hidráulico do decantador secundário, bem como a capacidade de absorção de carga do reator biológico, e assim possibilitando de até dobrar a capacidade de tratamento em relação a um processo de lodo ativado convencional.aerobic biological process of activated sludge with hydrodynamic solids separation and hydrodynamic separator for effluent treatment plant operation. patent for a process and equipment used in effluent treatment by the aerodynamically activated sludge aerobic biological process operating with internal sludge uptake and recirculation functions and atmospheric air or oxygen dissolution, which are performed by equipment sharing functions solids retention and gas dissolution in the biological reactor, increasing the secondary decanter's hydraulic loading capacity as well as the load-absorbing capacity of the biological reactor, thus enabling even double the treatment capacity in relation to a process. conventional activated sludge.

Description

(54) Título: PROCESSO BIOLÓGICO AERÓBICO DE LODO ATIVADO COM SEPARAÇÃO HIDRODINÂMICA DE SÓLIDOS E SEPARADOR HIDRODINÂMICO PARA OPERAÇÃO EM ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES (51) Int. Cl.: C02F 9/08; C02F 9/14; C02F 3/20 (73) Titular(es): RONALDO LEITE ALMEIDA JUNIOR (72) Inventor(es): RONALDO LEITE ALMEIDA JUNIOR (74) Procurador(es): BEERRE ASSESSORIA EMPRESARIAL LTDA.(ALT. DE BEERRE ASSESSORIA EMP. S/C.LTDA.) (57) Resumo: PROCESSO BIOLÓGICO AERÓBICO DE LODO ATIVADO COM SEPARA- ÇÃO HIDRODINÂMICA DE SÓLIDOS E SEPARADOR HIDRODINÂMICO PARA OPERAÇÃO EM ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES. Patente de invenção de processo e equipamento utilizados em tratamento de efluentes pelo processo biológico aeróbico de lodo ativado com separação hidrodinâmica, operando com funções de captação e recirculação interna de lodo e dissolução de ar atmosférico ou oxigênio, que são executadas por equipamento que compartilha as funções de retenção de sólidos e dissolução de gás no reator biológico, aumentando a capacidade de carregamento hidráulico do decantador secundário, bem como a capacidade de absorção de carga do reator biológico, e assim possibilitando de até dobrar a capacidade de tratamento em relação a um processo de lodo ativado convencional.(54) Title: AEROBIC BIOLOGICAL PROCESS OF ACTIVATED SLUDGE WITH HYDRODYNAMIC SEPARATION OF SOLIDS AND HYDRODYNAMIC SEPARATOR FOR OPERATION IN EFFLUENT TREATMENT STATION (51) Int. Cl .: C02F 9/08; C02F 9/14; C02F 3/20 (73) Owner (s): RONALDO LEITE ALMEIDA JUNIOR (72) Inventor (s): RONALDO LEITE ALMEIDA JUNIOR (74) Attorney (s): BEERRE ASSESSORIA EMPRESARIAL LTDA. (ALT. DE BEERRE ASSESSORIA EMP. S /C.LTDA.) (57) Abstract: AEROBIC BIOLOGICAL PROCESS OF ACTIVATED SLUDGE WITH HYDRODYNAMIC SEPARATION OF SOLIDS AND HYDRODYNAMIC SEPARATOR FOR OPERATION IN EFFLUENT TREATMENT STATION. Patent for the invention of process and equipment used in the treatment of effluents by the aerobic biological process of activated sludge with hydrodynamic separation, operating with the capture and internal recirculation functions of sludge and dissolution of atmospheric air or oxygen, which are performed by equipment that shares the functions retention of solids and gas dissolution in the biological reactor, increasing the hydraulic loading capacity of the secondary decanter, as well as the load absorbing capacity of the biological reactor, and thus enabling even the treatment capacity to be doubled in relation to a process of conventional activated sludge.

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PROCESSO BIOLÓGICO AERÓBICO DE LODO ATIVADO COM SEPARAÇÃO HIDRODINÂMICA DE SÓLIDOS E SEPARADOR HIDRODINÂMICO PARA OPERAÇÃO EM ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES.AEROBIC BIOLOGICAL PROCESS OF ACTIVATED SLUDGE WITH HYDRODYNAMIC SEPARATION OF SOLIDS AND HYDRODYNAMIC SEPARATOR FOR OPERATION IN EFFLUENT TREATMENT STATION.

[01] I.- CAMPO DE APLICAÇÃO DO INVENTO [02] Esta patente de invenção de processo e de equipamento, tem o objetivo de apresentar um processo biológico aeróbico para tratar efluentes com matéria orgânica e nutrientes como nitrogênio orgânico e fósforo orgânico. O processo é de relevância ambiental, uma vez que se destina a reduzir ao máximo, considerando-se o estado da arte, a poluição de águas descartadas para os corpos d'água como rios, mares e lençóis freáticos. Também tem relevância do ponto de vista de redução de volumes de obras, custos de investimento e operacionais do processo de tratamento aeróbico de efluentes.[01] I.- APPLICATION FIELD OF THE INVENTION [02] This patent for the invention of process and equipment, aims to present an aerobic biological process to treat effluents with organic matter and nutrients such as organic nitrogen and organic phosphorus. The process is of environmental relevance, since it aims to reduce to the maximum, considering the state of the art, the pollution of water discharged to water bodies such as rivers, seas and groundwater. It is also relevant from the point of view of reducing the volume of works, investment and operational costs of the aerobic effluent treatment process.

[03] II.- ATUAL ESTÁGIO TECNOLOGICO [04] Os sistemas biológicos aeróbicos destinados ao tratamento de efluentes com cargas orgânicas, atualmente em operação, denominados de lodo ativado, utilizamse de duas etapas que executam diferentes operações unitárias:[03] II.- CURRENT TECHNOLOGICAL STAGE [04] The aerobic biological systems for the treatment of effluents with organic loads, currently in operation, called activated sludge, use two stages that perform different unit operations:

[05] 1.- PRIMEIRA ETAPA: REATOR BIOLÓGICO [06] Etapa denominada de Reator Biológico que opera com bactérias aeróbias, contendo principalmente meios para a dissolução do gás oxigênio que poderá advir do ar atmosférico ou gás contendo oxigênio em concentrações maiores que a atmosfera, dissolvidos por equipamentos denominados de aeradores ou oxigenadores. Estes equipamentos utilizados para a dissolução de gases fornecem também a energia de mistura que deve ser utilizada para manter os sólidos presentes no reator em suspensão. Dentre estes sólidos estão os microrganismos responsáveis pela absorção e processamento da carga orgânica ou carga de nutrientes resultando numa remoção das mesmas do meio liquido.[05] 1.- FIRST STAGE: BIOLOGICAL REACTOR [06] Stage called Biological Reactor that operates with aerobic bacteria, containing mainly means for the dissolution of oxygen gas that may come from atmospheric air or gas containing oxygen in concentrations greater than the atmosphere , dissolved by equipment called aerators or oxygenators. These equipments used for the dissolution of gases also supply the mixing energy that must be used to keep the solids present in the reactor in suspension. Among these solids are the microorganisms responsible for the absorption and processing of the organic load or nutrient load resulting in their removal from the liquid medium.

[07] Como num sistema de lodo ativado, os microrganismos utilizados são aeróbios, o processo necessita da aplicação de equipamentos que dissolvam o gás oxigênio no líquido denominado de licor misto, que é o liquido a ser tratado mais a massa de microrganismos presentes no reator biológico.[07] As in an activated sludge system, the microorganisms used are aerobic, the process requires the application of equipment that dissolves oxygen gas in the liquid called mixed liquor, which is the liquid to be treated plus the mass of microorganisms present in the reactor biological.

[08] Também, em muitos processos químicos/fermentativos onde a dissolução do oxigênio do ar é necessária, a taxa de produção global do processo quase sempre[08] Also, in many chemical / fermentative processes where oxygen dissolution from the air is necessary, the overall process production rate will almost always

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2/21 é limitada pela transferência de oxigênio ao líquido, sendo este tema, objeto de muitas pesquisas com a finalidade de melhorar tais taxas de transferência.2/21 is limited by the transfer of oxygen to the liquid, which is the subject of much research in order to improve such transfer rates.

[09] Os equipamentos utilizados para a promoção desta oxigenação são denominados de aeradores, sopradores e difusores ou oxigenadores. Vários sistemas de aeração são utilizados no projeto de processos de tratamentos de águas residuárias.[09] The equipment used to promote this oxygenation is called aerators, blowers and diffusers or oxygenators. Various aeration systems are used in the design of wastewater treatment processes.

[10] Dois métodos básicos de aeração de águas residuárias são:[10] Two basic methods of aerating wastewater are:

a- Dissolver ar ou oxigênio na água residuária com difusores submersos ou outros dispositivos de aeração e;a- Dissolve air or oxygen in the wastewater with submerged diffusers or other aeration devices and;

b- Agitação mecânica da água residuária que promove dissolução do oxigênio do ar atmosférico.b- Mechanical agitation of wastewater that promotes dissolution of oxygen from atmospheric air.

[11] Os dispositivos de aeração são classificados como:[11] Aeration devices are classified as:

a. -Dispositivo de aspiração: Consiste de um propulsor hidráulico que bombeia um fluxo de massa líquida, que pelo efeito venturico, succiona o ar da atmosfera e descarrega a mistura ar/água abaixo da superfície da água. Este dispositivo apresenta uma baixa eficiência de transferência de oxigênio;The. -Suction device: Consists of a hydraulic propellant that pumps a flow of liquid mass, which by the venturic effect, sucks air from the atmosphere and discharges the air / water mixture below the water surface. This device has a low oxygen transfer efficiency;

b. - Tubos estáticos: Consiste em um ou mais tubos montados no fundo do reator biológico, que recebem ar de sopradores que são dissolvidos no líquido através de furos nos tubos, aerando e promovendo a mistura porém possuem uma baixa transferência de oxigênio;B. - Static tubes: Consists of one or more tubes mounted on the bottom of the biological reactor, which receive air from blowers that are dissolved in the liquid through holes in the tubes, aerating and promoting the mixture but have a low oxygen transfer;

c. - Difusor de disco: Consiste em discos de cerâmica rígidos ou membrana porosa flexível montados sobre tubos de distribuição de ar junto ao fundo do tanque. Estes recebem ar de sopradores a serem dissolvidos no líquido através dos poros dos discos que dispensam bolhas de ar no líquido. A energia para mistura deste processo é fornecida pelo ar soprado transformado em bolhas liberadas no líquido, em movimento ascensional;ç. - Disc diffuser: Consists of hard ceramic discs or flexible porous membrane mounted on air distribution tubes near the bottom of the tank. These receive air from blowers to be dissolved in the liquid through the pores of the discs that dispense air bubbles in the liquid. The energy for mixing this process is provided by the blown air transformed into bubbles released in the liquid, in an ascending movement;

d. - Venturi: Aplicado em um equipamento de aeração, o venturi é responsável pela sucção de ar e promoção de sua mistura no líquido em forma de pequenas bolhas. Um aerador Venturi é composto de um bocal, seguido de um conduto de diâmetro constante (garganta) e, em seguida, de um cone gradualmente divergente. A área da garganta sendo pequena, resulta em uma alta velocidade do líquido, seguido de um decréscimo correspondente na pressão estática o que permite a utilização dod. - Venturi: Applied in an aeration equipment, the venturi is responsible for sucking air and promoting its mixture in the liquid in the form of small bubbles. A Venturi aerator is composed of a nozzle, followed by a duct of constant diameter (throat) and then a gradually divergent cone. The throat area being small, results in a high velocity of the liquid, followed by a corresponding decrease in static pressure which allows the use of

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3/21 venturi como um dispositivo de sucção de gases. O projeto de um venturi para succionar gases, utiliza como critério a obtenção de uma pressão inferior à atmosférica. Os furos existentes na parede da garganta proporcionam a sucção de ar ou outro gás, devido à diferença de pressão;3/21 venturi as a gas suction device. The design of a venturi to suck gases uses as a criterion to obtain a pressure lower than atmospheric. The holes in the throat wall provide the suction of air or other gas, due to the pressure difference;

e.- Ejetores - São dispositivos que utilizam a energia cinética de um jato de líquido a alta velocidade para conduzir, dispersar e dissolver gases em líquidos. Nesta categoria se encontra o sistema de aeração “Aeração a Jato” que é composto por bombas hidráulicas para recirculação de licor misto do reator biológico, cujo licor misto.e.- Ejectors - Devices that use the kinetic energy of a jet of liquid at high speed to conduct, disperse and dissolve gases in liquids. In this category is the aeration system “Aeração a Jato” which is composed of hydraulic pumps for recirculation of mixed liquor from the biological reactor, whose mixed liquor.

[12] 2.- SEGUNDA ETAPA: SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL DE SÓLIDOS. Segunda etapa denominada por sedimentação gravitacional , que opera com decantadores ou sedimentadores gravitacionais, constituídos por compartimentos de baixa turbulência hidráulica que permitem que os microrganismos formados no reator biológico, sejam separados por sedimentação ao fundo e coletados com ou sem auxílio de raspadores de fundo que direcionam o lodo até um ponto de coleta onde eles são succionados, sendo grande parte recirculada ao reator biológico e parte descartada para adensamento, desaguamento e disposição.[12] 2.- SECOND STAGE: GRAVITATIONAL SEDIMENTATION OF SOLIDS. Second stage called gravitational sedimentation, which operates with decanters or gravitational sedimenters, consisting of compartments of low hydraulic turbulence that allow the microorganisms formed in the biological reactor, to be separated by sedimentation at the bottom and collected with or without the aid of bottom scrapers that direct the sludge to a collection point where they are suctioned, with a large part recirculated to the biological reactor and part discarded for densification, dewatering and disposal.

[13] O objetivo da recirculação dos sólidos separados no sedimentador gravitacional para o reator biológico tem o intuito de aumentar a concentração de microrganismos no reator biológico e assim aumentar a capacidade de remoção de carga para o volume de reator biológico disponível. No processo de lodo ativado convencional, a concentração de sólidos suspensos no reator biológico é em torno de 2000 mg/L a 4000 mg/L. Nestas concentrações o período de detenção no sedimentador por característica de processo, gira em torno de 3 a 5 horas. Neste compartimento a concentração de oxigênio dissolvido de praticamente 0 (zero). Nesta condição, este tipo de ambiente é denominado de ambiente anóxico. Neste tipo de ambiente, não recomenda-se que uma bactéria aeróbia permaneça mais que 5 horas. Para se sedimentar concentrações de lodo acima de 4000 mg/L demandar-seia períodos de detenção de decantação acima de 5 horas, sendo portanto este o fator limitante da concentração de microrganismos em projetos de lodo ativado convencional.[13] The purpose of recirculating the separated solids in the gravitational sedimenter to the biological reactor is to increase the concentration of microorganisms in the biological reactor and thus increase the capacity to remove charge for the volume of available biological reactor. In the conventional activated sludge process, the concentration of suspended solids in the biological reactor is around 2000 mg / L to 4000 mg / L. In these concentrations, the detention period in the sedimenter by process characteristic is around 3 to 5 hours. In this compartment the concentration of dissolved oxygen is practically 0 (zero). In this condition, this type of environment is called an anoxic environment. In this type of environment, it is not recommended that an aerobic bacterium remain more than 5 hours. In order to settle sludge concentrations above 4000 mg / L, settling periods of more than 5 hours would be required, which is therefore the limiting factor for the concentration of microorganisms in conventional activated sludge projects.

[14] O processo de tratamento de efluentes por lodo ativado convencional pode[14] The conventional activated sludge treatment process can

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4/21 ser definido portanto como a interligação hidráulica de dois compartimentos, operando em duas etapas diferentes, tendo a primeira etapa o objetivo de desenvolver uma cultura de microrganismos capazes de absorver e digerir o material dissolvido em uma massa de água, no compartimento denominado de reator biológico e numa segunda etapa o outro compartimento denominado de separação de sólidos, geralmente é constituído por sedimentadores gravitacionais, capazes de separar os microrganismos que se encontram na fase sólida da fase líquida. A fase líquida é o líquido contido no tanque de aeração, isento da massa de microrganismos. Enquanto os sólidos são coletados no fundo do sedimentador, o líquido isento da massa de microrganismo é descartado através de vertedores superficiais.4/21 therefore be defined as the hydraulic interconnection of two compartments, operating in two different stages, with the first stage having the objective of developing a culture of microorganisms capable of absorbing and digesting the material dissolved in a body of water, in the compartment called biological reactor and in a second stage the other compartment called solids separation, generally consists of gravitational sedimenters, capable of separating the microorganisms that are in the solid phase from the liquid phase. The liquid phase is the liquid contained in the aeration tank, free from the mass of microorganisms. While the solids are collected at the bottom of the sedimenter, the liquid free from the microorganism mass is discarded through surface spillways.

[15] O efluente tratado, é o efluente decantado, descarregado pelos vertedores.[15] The treated effluent is the decanted effluent, discharged by the spillways.

[16] A massa de poluentes é absorvida pelo microrganismo e descartada como lodo biológico [17] III.- PROCESSO BIOLÓGICO AERÓBICO DE LODO ATIVADO COM SEPARAÇÃO HIDRODINÂMICA DE SÓLIDOS [18] 1.- INTRODUÇÃO:[16] The mass of pollutants is absorbed by the microorganism and discarded as biological sludge [17] III.- BIOLOGICAL AEROBIC PROCESS OF ACTIVATED SLUDGE WITH HYDRODYNAMIC SEPARATION OF SOLIDS [18] 1.- INTRODUCTION:

[19] O Processo Biológico Aeróbico de Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica, cujo diagrama pode ser verificado na Figura 1, difere do Lodo Ativado Convencional, por conter 3 etapas como: Reator Biológico; Separador Hidrodinâmico e Sedimentação Gravitacional de Sólidos ou Decantação Secundária.[19] The Aerobic Biological Process of Activated Sludge with Hydrodynamic Separation, whose diagram can be seen in Figure 1, differs from the Conventional Activated Sludge, in that it contains 3 stages such as: Biological Reactor; Hydrodynamic Separator and Gravitational Sedimentation of Solids or Secondary Decantation.

[20] Dito processo tem os mesmos objetivos do tratamento de Lodo Ativado convencional, entretanto utilizando-se de volume menor de tanques, uma vez que nele, a soma do volume do Separador Hidrodinâmico (4) acrescido ao volume do Reator Biológico (2) pode chegar a ser metade do volume do Reator Biológico utilizado em Lodo Ativado convencional.[20] This process has the same objectives as conventional Activated Sludge treatment, however using a smaller volume of tanks, since in it, the sum of the volume of the Hydrodynamic Separator (4) plus the volume of the Biological Reactor (2) it can reach half the volume of the Biological Reactor used in conventional Activated Sludge.

[21] Para a operação do Processo de Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica de Sólidos, foi necessário inventar-se o equipamento Separador Hidrodinâmico de Sólidos (4) que é também objeto deste pedido de patente.[21] For the operation of the Activated Sludge Process with Hydrodynamic Separation of Solids, it was necessary to invent the Hydrodynamic Solid Separator equipment (4) which is also the subject of this patent application.

[22] 2.- DESCRIÇÃO DO PROCESSO [23] O Processo Biológico Aeróbico de Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica de Sólidos, consiste na inserção de um equipamento ou compartimento denominado Separador Hidrodinâmico de Sólidos (4) no processo de Lodo Ativado Con6/23[22] 2.- PROCESS DESCRIPTION [23] The Aerobic Biological Process of Activated Sludge with Hydrodynamic Separation of Solids, consists of the insertion of an equipment or compartment called Hydrodynamic Separator of Solids (4) in the Activated Sludge process Con6 / 23

5/21 vencional, à jusante do Reator Biológico(2) e a montante do Sedimentador Gravitacional (9).5/21, downstream of the Biological Reactor (2) and upstream of the Gravitational Sedimentator (9).

[24] O Processo de Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica de Sólidos, compreende as seguintes etapas:[24] The Activated Sludge Process with Hydrodynamic Separation of Solids, comprises the following steps:

[25] a.- Etapa de Reação Biológica.[25] a.- Biological Reaction Stage.

[26] A Etapa de Reação Biológica, onde ocorre o contato do afluente com os microrganismos e oxigênio dissolvido, absorção e metabolização dos poluentes dissolvidos, contem os seguintes dispositivos:[26] The Biological Reaction Stage, where the affluent comes into contact with microorganisms and dissolved oxygen, absorption and metabolism of dissolved pollutants, contains the following devices:

a.1- Reator Biológico (2) que consiste basicamente em tanque ou recipiente podendo ser executado em concreto, aço, fibra de vidro, etc;a.1- Biological Reactor (2) which basically consists of a tank or container that can be executed in concrete, steel, fiberglass, etc;

a.2- Sistema de dissolução de ar ou oxigênio que consiste em equipamento de dissolução de gases no líquido (chamado de aeração a jato), formado por:a.2- Air or oxygen dissolution system consisting of equipment for dissolving gases in the liquid (called jet aeration), formed by:

a.2.1- ejetor de líquido (30) que consiste em dispositivo que gera turbulência hidráulica devido a aumentar a velocidade do líquido por bocal, para a dissolução de gás no líquido;a.2.1- liquid ejector (30) consisting of a device that generates hydraulic turbulence due to increasing the speed of the liquid per nozzle, for the dissolution of gas in the liquid;

a.2.2- ejetor de gás (23) que consiste em dispositivo que recebe o gás e líquido sob pressão gerando o particionamento do gás, produzindo-se microbolhas de gás, descarregadas no licor misto presente no Reator Biológico (2), dissolvendo oxigênio no líquido por difusão, cuja eficiência depende da seção de contato entre gáslíquido e da diferença de concentração de saturação do oxigênio presente no gás (depende da pressão parcial do oxigênio) e da concentração de oxigênio já dissolvido no líquido que receberá a dissolução do gás.a.2.2- gas ejector (23) consisting of a device that receives gas and liquid under pressure, generating gas partitioning, producing gas microbubbles, discharged into the mixed liquor present in the Biological Reactor (2), dissolving oxygen in the diffusion liquid, whose efficiency depends on the contact section between liquid gas and the difference in oxygen saturation concentration present in the gas (depends on the partial pressure of oxygen) and the concentration of oxygen already dissolved in the liquid that will receive the gas dissolution.

a. 2.3- gerador de gás (24) que consiste em um soprador de ar atmosférico ou um gerador de gás com concentrações de oxigênio maiores que a atmosférica, ou em um tanque criogênico contendo oxigênio armazenado na forma líquida e convertido em gás por vaporizador atmosférico para suprimento do sistema de dissolução.The. 2.3- gas generator (24) consisting of an atmospheric air blower or a gas generator with oxygen concentrations higher than atmospheric, or a cryogenic tank containing oxygen stored in liquid form and converted into gas by atmospheric vaporizer for supply of the dissolution system.

[27] b.- Etapa de Separação Hidrodinâmica de Sólidos.[27] b.- Stage of Hydrodynamic Separation of Solids.

[28] A Etapa de Separação Hidrodinâmica de Sólidos, é executada no dispositivo Coletor Hidrodinâmico de Sólidos (4), que é compreendido por:[28] The Hydrodynamic Solids Separation Stage, is performed on the Hydrodynamic Solids Collector device (4), which is comprised of:

b. 1- Carcaça do coletor (3) que consiste em estrutura executada em concreto, aço ou fibra de vidro, etc, que delimita o interior do Separador Hidrodinâmico e serve para a instalação de demais sistemas do Separador. O afluente ao Separador Hi7/23B. 1- Collector housing (3) consisting of a structure made of concrete, steel or fiberglass, etc., which delimits the interior of the Hydrodynamic Separator and serves for the installation of other systems of the Separator. The tributary to the Hi7 / 23 Separator

6/21 drodinâmico é advindo do Reator Biológico (2) que passa pela carcaça (3), através dos orifícios (5);6/21 drodynamic comes from the Biological Reactor (2) that passes through the housing (3), through the holes (5);

b.2- Sistema coletor de licor de água decantada que consiste em conjunto para executar a coleta do licor misto decantado (7), com o intuito de arrastar hidraulicamente o mínimo possível da massa de sólidos em suspensão;b.2- Decanted water liquor collector system that consists of a set to perform the collection of decanted mixed liquor (7), in order to hydraulically drag as little of the suspended solids mass as possible;

b.3- Sistema coletor de licor misto com sólidos sedimentados que consiste em conjunto para executar a coleta de licor misto com sólidos sedimentados, com o intuito de coletar a máxima massa de sólidos possível, dos sólidos em suspensão no Separador Hidrodinâmico (4). Este sistema conta com o coletor de lodo (6) compreendido por vários tubos com orifícios de captação de lodo (21) que estão distribuídos por toda a seção transversal do fundo do Separador Hidrodinâmico (4);b.3- Mixed liquor collection system with sedimented solids that consists of a set to perform the collection of mixed liquor with sedimented solids, in order to collect the maximum possible mass of solids, from the suspended solids in the Hydrodynamic Separator (4). This system has the sludge collector (6) comprised of several tubes with sludge collection holes (21) that are distributed throughout the cross section of the bottom of the Hydrodynamic Separator (4);

b.4.- Sistema laminar de sedimentação de sólidos que é composto por placas laminares (8), que induzem a diminuição do raio hidráulico na região das placas, reduzindo a turbulência hidráulica e aumentando a capacidade de sedimentação de sólidos;b.4.- Laminar solid sedimentation system that consists of laminar plates (8), which induce the reduction of the hydraulic radius in the region of the plates, reducing hydraulic turbulence and increasing the capacity for sedimentation of solids;

b. 5- Bomba centrifuga (20) consistindo em elemento que executa a sucção do licor misto do sistema coletor de sólidos decantados, pela tubulação (22) e descarrega pela tubulação (11) para o Reator Biológico (2), passando através do sistema de dissolução de ar atmosférico ou oxigênio.B. 5- Centrifugal pump (20) consisting of an element that performs the suction of mixed liquor from the decanted solid collecting system, through the pipe (22) and discharges through the pipe (11) to the Biological Reactor (2), passing through the dissolution system atmospheric air or oxygen.

[29] c.- Etapa de sedimentação gravitacional de sólidos não separados no Sedimentador Gravitacional.[29] c.- Gravitational sedimentation stage of solids not separated in the Gravitational Sedimentator.

[30] A etapa de sedimentação gravitacional de sólidos (9) compreende os seguintes dispositivos:[30] The gravitational sedimentation step of solids (9) comprises the following devices:

c. 1- Sistema de distribuição de licor advindo do Separador que consiste em dispositivo tubular (32) que recebe a vazão da tubulação (10), para reduzir a velocidade do jato e distribuir a vazão de entrada para o sentido descendente;ç. 1- Liquor distribution system from the Separator, which consists of a tubular device (32) that receives the flow from the pipe (10), to reduce the jet speed and distribute the inlet flow to the downward direction;

c.2- Sistema coletor ou raspador de lodo de fundo que consiste em parede inclinada (13) compondo um ângulo máximo de 60° com a parede oposta, onde o lodo que nela sedimentou desliza por gravidade para o ponto de coleta ou para casos de grandes sedimentadores, consiste em máquina raspadora de fundo , que raspam o lodo para o centro do Sedimentador (9) para ser transferido para o poço de lodo;c.2- Collector system or bottom sludge scraper consisting of an inclined wall (13) composing a maximum angle of 60 ° with the opposite wall, where the sludge that has sedimented it slides by gravity towards the collection point or for cases of large sedimenters, consists of a bottom scraper machine, which scraps the sludge to the center of the Sedimentator (9) to be transferred to the sludge pit;

c.3- Sistema de armazenamento e bombeamento de lodo: consiste em comparti8/23c.3- Sludge pumping and storage system: consists of compartment8 / 23

7/21 mento de armazenamento de lodo interligado ao fundo do Sedimentador (9) pela tubulação (14) e equipado com bomba centrifuga (15) para recalcar o lodo em reciclo para o Reator Biológico (2), e descartar parcela do lodo pela tubulação (18) por vazão controlada pela válvula (19);7/21 sludge storage unit connected to the bottom of the Sedimentator (9) by the pipe (14) and equipped with a centrifugal pump (15) to re-feed the recycled sludge to the Biological Reactor (2), and discard a portion of the sludge through the pipe (18) by flow controlled by the valve (19);

c.4- Sistema de coleta de agua decantada que compreende o vertedor (16) e a tubulação de descarte de água decantada e tratada (17).c.4- Decanted water collection system that includes the spillway (16) and the decanted and treated water disposal pipe (17).

[31] 3.- FUNCIONAMENTO DO PROCESSO [32] O Processo Biológico Aeróbio de Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica compreende três etapas; Reação Biológica; Separação Hidrodinâmica e Sedimentação de Sólidos.[31] 3.- PROCESS OPERATION [32] The Aerobic Biological Process of Activated Sludge with Hydrodynamic Separation comprises three stages; Biological Reaction; Hydrodynamic Separation and Sedimentation of Solids.

[33] Entre os três compartimentos do processo ocorre o fluxo de licor misto por gravidade, com rebaixamento do nível de líquido (27) de montante à jusante.[33] Between the three compartments of the process there is the flow of mixed liquor by gravity, with a lowering of the liquid level (27) from upstream to downstream.

O efluente poluído entra na etapa de Reação Biológica, para que a matéria orgânica nele dissolvida seja absorvida por uma biota de microrganismos aeróbios heterotróficos e o nitrogênio amoniacal seja biologicamente oxidado à nitrato por bactérias autotróficas. A biota é mantida com concentração constante no reator através do controle de vazão de descarte de lodo, tanto pelo descarte do Sedimentador Gravitacional, bem como pelo descarte do Separador Hidrodinâmico (4).The polluted effluent enters the Biological Reaction stage, so that the organic matter dissolved in it is absorbed by a biota of aerobic heterotrophic microorganisms and the ammoniacal nitrogen is biologically oxidized to nitrate by autotrophic bacteria. The biota is maintained with constant concentration in the reactor through the sludge discharge flow control, both by the disposal of the Gravitational Sedimenter, as well as by the disposal of the Hydrodynamic Separator (4).

[34] No Reator Biológico está instalado um sistema de dissolução de oxigênio que além de dissolver o oxigênio necessário ao desenvolvimento biológico dos microrganismos responsáveis pelo tratamento, também fornece energia hidráulica ao Reator Biológico (2) para a necessária manutenção dos microrganismos em suspensão.[34] In the Biological Reactor, an oxygen dissolution system is installed which, in addition to dissolving the oxygen necessary for the biological development of the microorganisms responsible for the treatment, also supplies hydraulic energy to the Biological Reactor (2) for the necessary maintenance of the microorganisms in suspension.

[35] O Processo de Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica opera com dois reciclos de lodo, advindos do Separador Hidrodinâmico (4) e do Sedimentador de Sólidos (9).[35] The Activated Sludge Process with Hydrodynamic Separation operates with two sludge recycles, coming from the Hydrodynamic Separator (4) and the Solid Sedimentator (9).

[36] Os microrganismos presentes no Reator Biológico tem uma cinética de crescimento exponencial, auxiliada pelos ditos reciclos de lodo.[36] The microorganisms present in the Biological Reactor have exponential growth kinetics, aided by said sludge recycles.

[37] O duplo reciclo de lodo é uma diferença significativa em relação ao Lodo Ativado convencional ,que conta com apenas um reciclo de lodo sedimentado e advindo do Sedimentador de Sólidos (9) .[37] The double recycling of sludge is a significant difference in relation to the conventional Activated Sludge, which has only one recycling of sedimented sludge and coming from the Solid Sedimenter (9).

[38] Na etapa de Reação Biológica a capacidade de remoção de matéria orgânica[38] In the Biological Reaction stage, the ability to remove organic matter

9/239/23

8/21 dissolvida, é diretamente proporcional à concentração de microrganismos, ou seja, quanto maior for a concentração de microrganismos, maior será a capacidade de remoção de carga do tratamento global.8/21 dissolved, it is directly proportional to the concentration of microorganisms, that is, the higher the concentration of microorganisms, the greater the capacity to remove load from the overall treatment.

[39] Após a biota ter absorvido os poluentes dissolvidos, o liquido no interior do Reator que agora se denomina de “licor misto” segue para a etapa de Separação Hidrodinâmica” [40] No interior do “Separador Hidrodinâmico”, devido ao projeto hidráulico do sistema, aproximadamente dois terços da vazão de entrada é encaminhada para o coletor de licor misto com sólidos decantados induzidos pela vazão de sucção da bomba (20) e um terço da vazão de entrada no Separador, que coincide com a vazão de entrada no processo, é direcionada para o sistema de coleta de licor decantado e flui por gravidade para o Sedimentador Gravitacional (9) pela tubulação (10).[39] After the biota has absorbed the dissolved pollutants, the liquid inside the Reactor which is now called “mixed liquor” goes to the Hydrodynamic Separation stage ”[40] Inside the“ Hydrodynamic Separator ”, due to the hydraulic design of the system, approximately two thirds of the inlet flow is directed to the mixed liquor collector with decanted solids induced by the pump suction flow (20) and one third of the inlet flow in the Separator, which coincides with the inlet flow in the process , is directed to the decanted liquor collection system and flows by gravity to the Gravitational Sedimentator (9) through the pipe (10).

[41] A vazão recalcada pela bomba centrífuga (20), é reciclada para o Reator Biológico (2), passando pelo sistema de dissolução de gases. O sistema de dissolução de gases é responsável por suprir a demanda de oxigênio pelos microrganismos aeróbios e fornecer a energia de mistura responsável pela manutenção dos sólidos em suspensão no reator.[41] The flow repressed by the centrifugal pump (20), is recycled to the Biological Reactor (2), passing through the gas dissolution system. The gas dissolution system is responsible for supplying the oxygen demand by the aerobic microorganisms and providing the mixing energy responsible for maintaining the suspended solids in the reactor.

[42] A função da Separação Hidrodinâmica é de fazer uma separação de sólidos, retirando concentração de sólidos do licor misto que segue para a etapa de Sedimentação Gravitacional e adicionando concentração de sólidos ao licor misto que é captado pelo sistema de captação de lodo do Separador Hidrodinâmico.[42] The function of Hydrodynamic Separation is to separate solids, removing solids concentration from the mixed liquor that proceeds to the Gravitational Sedimentation stage and adding solids concentration to the mixed liquor that is captured by the Separator's sludge capture system Hydrodynamic.

[43] Para que o dito efeito de separação ocorra, o Separador Hidrodinâmico tem instalado um sistema de separação laminar composto pelas lâminas (8), que reduz a turbulência em sua região para valores de número de Reynolds abaixo de 2000, transformando o regime de turbulento para laminar, induzindo assim a sedimentação mais intensa de sólidos. Este efeito somado a uma composição de forças de arraste aplicadas nas partículas resultará no encaminhamento das mesmas para o coletor de lodo (6), sendo que a massa de partículas que passa pelo vertedor (7), é menor que 30% da massa de partículas que entra no Separador Hidrodinâmico (4). Consequentemente a massa de sólidos que é coletada pelo coletor de lodo (8) será maior que 70% da massa de entrada no Separador Hidrodinâmico (4).[43] For the said separation effect to occur, the Hydrodynamic Separator has installed a laminar separation system composed of the blades (8), which reduces the turbulence in your region to Reynolds number values below 2000, transforming the regime of turbulent to laminate, thus inducing more intense sedimentation of solids. This effect added to a composition of drag forces applied to the particles will result in their forwarding to the sludge collector (6), with the mass of particles passing through the spillway (7), being less than 30% of the particle mass. that enters the Hydrodynamic Separator (4). Consequently, the mass of solids that is collected by the sludge collector (8) will be greater than 70% of the mass entering the Hydrodynamic Separator (4).

[44] A saída de líquido decantado do Separador Hidrodinâmico (4), ocorre por gra10/23[44] The liquid decanted out of the Hydrodynamic Separator (4), occurs by gra10 / 23

9/21 vidade, pela admissão do mesmo no vertedor através dos orifícios (26), que estão distribuídos por toda a seção transversal superior do Separador.9/21, by admitting it to the spillway through the holes (26), which are distributed throughout the upper cross section of the Separator.

[45] O licor misto com lodo mais concentrado, é captado pelo sistema de coleta de lodo do Separador pelos orifícios (21). Os ditos orifícios estão presentes em tubos de coleta por toda a seção transversal do Separador Hídrodinâmico, recebendo a vazão de sucção da Bomba Centrífuga (20), produzindo-se assim o efeito de arraste hidráulico na direção horizontal, sentido para baixo, nas partículas sólidas ou flocos biológicos que se encontrem dentro do Separador Hidrodinâmico (4), produzindo o efeito de separação hidrodinâmica de sólidos.[45] The mixed liquor with more concentrated sludge is captured by the separator sludge collection system through the holes (21). Said orifices are present in collection tubes throughout the cross-section of the Hydrodynamic Separator, receiving the suction flow from the Centrifugal Pump (20), thus producing the effect of hydraulic drag in the horizontal direction, downwards, in the solid particles or biological flakes found inside the Hydrodynamic Separator (4), producing the effect of hydrodynamic separation of solids.

[46] No Reator Biológico (2), a concentração de microrganismos deve ser mantida constante , em valores que satisfaçam a taxa de aplicação de substrato entre 0,05 a 0,5 kg de demanda bioquímica de oxigênio por dia, por kg de microrganismos em suspensão no reator, para que se atinja a remoção desejada de carga orgânica dissolvida no efluente. O controle da concentração de microrganismos é feito tanto pelo descarte do lodo do Separador Hidrodinâmico quanto pelo Sedimentador Gravitacional.[46] In the Biological Reactor (2), the concentration of microorganisms must be kept constant, in values that satisfy the substrate application rate between 0.05 to 0.5 kg of biochemical oxygen demand per day, per kg of microorganisms suspended in the reactor, to achieve the desired removal of organic charge dissolved in the effluent. The control of the concentration of microorganisms is done both by discarding the sludge from the Hydrodynamic Separator and by the Gravitational Sedimentator.

[47] O efluente tratado é o sobrenadante decantado retirado pela tubulação de descarte de água decantada (17), isento da carga orgânica dissolvida absorvida no Reator Biológico (2) e isento também dos sólidos sedimentados no Sedimentador Gravitacional (9).[47] The treated effluent is the decanted supernatant removed by the decanted water discharge pipe (17), free from the dissolved organic load absorbed in the Biological Reactor (2) and also free from the sedimented solids in the Gravitational Sedimentator (9).

[48] 3.1- PRINCÍPIOS DA SEPARAÇÃO HIDRODINÂMICA [49] Separação Hidrodinâmica é regida por princípios de operações unitárias envolvendo partículas, ou sistemas particulados.[48] 3.1- PRINCIPLES OF HYDRODYNAMIC SEPARATION [49] Hydrodynamic separation is governed by principles of unitary operations involving particles, or particulate systems.

[50] O processo de Separação Hidrodinâmica de Sólidos pode ser descrito através de teoria sobre sistemas particulados, conforme teoria de Interação PartículaFluído.[50] The process of hydrodynamic separation of solids can be described through the theory of particulate systems, according to the theory of Particle-Fluid Interaction.

[51] Pode se observar na Figura 6, a dinâmica do sistema fluído-partícula, sendo a nomenclatura adotada conforme abaixo:[51] Figure 6 shows the dynamics of the fluid-particle system, with the nomenclature adopted as follows:

a. - (33) - Floco biológico (partícula)The. - (33) - Biological flake (particle)

b. - (34) - U^Mdesc- Velocidade de aproximação de descarregamento : É a vazão sobrenadante de descarregamento do separador hidrodinâmicoB. - (34) - U ^M desc- Unloading approach speed: It is the supernatant discharge rate of the hydrodynamic separator

11/2311/23

10/2110/21

c. - (35) - U~suc- Velocidade de aproximação de sucção de lodo: É a vazão succionada pela bomba hidráulica interligada ao coletor de sólidos do separador hidrodinâmico.ç. - (35) - U ~ suc- Speed of approach of sludge suction: It is the flow suctioned by the hydraulic pump connected to the solid collector of the hydrodynamic separator.

d. - (36) - Vetor de força representando o peso do floco (ps.V.g), sendo V o volume da partícula, ps o peso específico da partícula e g a aceleração da gravidade.d. - (36) - Force vector representing the weight of the flake (ps.V.g), where V is the volume of the particle, ps is the specific weight of the particle and g is the acceleration of gravity.

f. - (37) - FDsuc- Força de arraste de sucção: Dada pela lei de Stokes para a atuação da velocidade de sucção de lodo.f. - (37) - FDsuc- Suction drag force: Given by Stokes' law for the action of sludge suction speed.

g. - (39) - FDdesc- Força de arraste de descarte: Dada pela lei de Stokes para a atuação da velocidade de aproximação de descarregamento.g. - (39) - FDdesc- Discharge drag force: Given by Stokes' law for the actuation of the unloading approach speed.

h. - (38) - Empuxo : Força de empuxo sendo E=Vp.p. g, sendo ρ a densidade do líquido.H. - (38) - Thrust: Thrust force being E = Vp.p. g, where ρ is the density of the liquid.

i. - (40) - RFD- Vetor resultante das forças FDsuc, FDdesc, peso próprio e E. Para efeito de dimensionamento do sistema este vetor é o utilizado para o direcionamento do floco e dimensionamento do separador hidrodinâmico.i. - (40) - RFD- Vector resulting from the forces FDsuc, FDdesc, own weight and E. For the purpose of dimensioning the system, this vector is used for the direction of the flake and dimensioning of the hydrodynamic separator.

j. - Ângulo β: Ângulo formado pela horizontal e a força de arraste de sução (37)que depende das características geométricas do separador hidrodinâmico.j. - Angle β: Angle formed by the horizontal and the suction drag force (37) which depends on the geometric characteristics of the hydrodynamic separator.

k. - Ângulo α: Ângulo formado pela horizontal e a força de arraste de descarte (39), que depende das características geométricas do separador hidrodinâmico.k. - Angle α: Angle formed by the horizontal and the discharge drag force (39), which depends on the geometric characteristics of the hydrodynamic separator.

[52] Além destes parâmetros, também são necessários outras grandezas definidos conforme segue, para se equacionar o equipamento:[52] In addition to these parameters, other quantities defined as follows are also required to equate the equipment:

a. - V, volume da partícula;The. - V, particle volume;

b. - m, massa da partícula;B. - m, mass of the particle;

c. - ps, densidade da partícula;ç. - ps, particle density;

d. - v, velocidade da patícula;d. - v, speed of the foot;

e. - ρ, densidade do fluído;and. - ρ, fluid density;

f. - μ, viscosidade dinâmica do fluído;f. - μ, dynamic fluid viscosity;

g- U^M. velocidade de aproximação (ou não perturbada) do fluído;g- U ^M. speed of approach (or undisturbed) of the fluid;

12/2312/23

11/2111/21

h.- b, intensidade do campo externo de forças.h.- b, intensity of the external force field.

[53] Para o cálculo das forças de arraste, adota-se a lei de Stokes, conforme segue na equação abaixo:[53] For the calculation of drag forces, Stokes' law is adopted, as follows in the equation below:

[54] Sendo ρ a densidade do líquido, D o diâmetro médio da partícula e U» a velocidade de aproximação e CD o coeficiente de arraste, conforme segue na equação abaixo:[54] Being ρ the density of the liquid, D the average diameter of the particle and U »the speed of approach and CD the drag coefficient, as follows in the equation below:

**

3* sed [55] Sendo v_sed a velocidade de sedimentação do floco, obtido da de teoria consagrada de sedimentação de floco biológico, mais adiante explanada.3 * sed [55] Since v _{sed is} the sedimentation speed of the flake, obtained from the established theory of biological flake sedimentation, explained below.

[56] Usualmente quando se opera com separação de sólidos biológicos, deve-se levar em conta conceitos que envolvem a condição biológica do lodo, cujos flocos são as partículas.[56] Usually when operating with separation of biological solids, one must take into account concepts that involve the biological condition of the sludge, whose flakes are the particles.

[57] Para esta questão, no âmbito de dimensionamento de sistemas de lodo ativado, usa-se a teoria do fluxo limite de sólidos, sendo que uma série de autores (White, 1976; Johnstone et al, 1979; Tuntoolavlgerest & Grady, 1982; Koopman & Cadee, 1983; Pitmann, 1984; Daigger and Roper, 1985; Ekama & Marais, 1986; Wahlberg and Keinath, 1988, 1995; van Haandel et al, 1988; von Sperling, 1990; Daigger, 1995) procuravam expressar a velocidade de sedimentação do lodo em função de variáveis facilmente determináveis ou assumíveis, como o Indice Volumétrico do Lodo (IVL e suas variantes). Uma vez estimada a velocidade de sedimentação do lodo pode-se empregar a teoria do fluxo limite para projeto e operação. A proposição de von Sperling e Fróes (1999) determina para cada faixa de sedimentabilidade (de ótima até a péssima), uma média de valores de V₀ e k, obtidos por diversos autores , tabelados na Tabela 1 mais abaixo.[57] For this question, in the scope of sizing activated sludge systems, the theory of limit flow of solids is used, and a series of authors (White, 1976; Johnstone et al, 1979; Tuntoolavlgerest & Grady, 1982 ; Koopman & Cadee, 1983; Pitmann, 1984; Daigger and Roper, 1985; Ekama & Marais, 1986; Wahlberg and Keinath, 1988, 1995; van Haandel et al, 1988; von Sperling, 1990; Daigger, 1995) sought to express the sludge sedimentation speed as a function of easily determinable or assumed variables, such as the Sludge Volumetric Index (IVL and its variants). Once the sludge sedimentation speed has been estimated, the limit flow theory can be used for design and operation. The proposition of von Sperling and Fróes (1999) determines for each sedimentability range (from excellent to very bad), an average of values of V ₀ and k, obtained by several authors, tabulated in Table 1 below.

[58] Com estes coeficientes é possível determinar-se a velocidade de sedimentação, conforme equação 04: V_sed=V₀.e^k'^c [59] Sendo V_sed (m.h ) a velocidade final da partícula, C a concentração de sólidos[58] With these coefficients it is possible to determine the sedimentation speed, according to equation 04: V _sed = V ₀ .e ^k ' ^c [59] Since V _sed (mh) is the final particle speed, C the concentration of solids

13/2313/23

12/21 do meio analisado e V_o (m.h'¹) e k (L.g'¹), parâmetros tabelados em função da condição de lodo. No entanto o parâmetro V_o representa a velocidade da partícula sem a ação do efeito da concentração de sólidos no sistema.12/21 of the analyzed medium and V _o (m.h ' ¹ ) ek (L.g' ¹ ), parameters tabulated according to the sludge condition. However, parameter V _o represents the particle speed without the action of the effect of the concentration of solids in the system.

[60] O parâmetro V_sedé utilizado para se definir o coeficiente de arraste CD, utilizado no dimensionamento do separador hidrodinâmico de sólidos.[60] The parameter V _is used to define the drag coefficient CD, used in the design of the hydrodynamic solids separator.

[61] Na Tabela 1 pode-se encontrar os parâmetros V_o e k tabelados em função da condição biológica do floco biológico.[61] In Table 1 you can find the parameters V _o ek tabulated according to the biological condition of the biological flake.

Velocidade de sedimentação (m/h) ... ,. Fluxo LimiteSedimentation speed (m / h) ...,. Flow Limit

V_Sed=V₀.e (kg/m2.h)V _S ed = V ₀ .e (kg / m2.h)

G_L=m.(Q_r/A)ⁿ G _L = m. (Q _r / Y) ⁿ

Sedimentabi- lidade Sedimentation lity V₀(m/h)V ₀ (m / h) K(m7kg) K (m7kg) m m n n Ótima Great !- 10,0 ! - 10.0 0,27 0.27 14,79 14.79 0,64 0.64 Boa Good θ/0 θ / 0 0,35 0.35 11,77 11.77 0,70 0.70 Média Average 8,6 8.6 0,50 0.50 8,41 8.41 0,72 0.72 Ruim Bad 6/2 6/2 0,67 0.67 6,26 6.26 0,69 0.69 Péssima Terrible 5/6 5/6 0,73 0.73 5,37 5.37 0,69 0.69

Tabela 1 [62] Utilizando-se das teorias acima, pode se prever em que ponto do Separador Hidrodinâmico a partícula vai tocar, sendo arrastada pela resultante das forças detalhadas.Table 1 [62] Using the theories above, it is possible to predict at which point of the Hydrodynamic Separator the particle will touch, being dragged by the result of the detailed forces.

[63] Considera-se o Separador Hidrodinâmico bem dimensionado, quando a partícula que entra no Separador em posição mais desfavorável, vai tocar o fundo e não[63] The Hydrodynamic Separator is considered to be well dimensioned, when the particle that enters the Separator in a more unfavorable position, will touch the bottom and not

14/2314/23

13/21 a parede do Separador Hidrodinâmico.13/21 the wall of the Hydrodynamic Separator.

[64] 3.2- PRINCÍPIOS DO PROCESSO DE LODO ATIVADO COM SEPARAÇÃO HIDRODINÂMICA [65] Seguem mais abaixo na Tabela 2, considerações de dimensionamento de capacidade de uma ETE convencional sem a utilização de Separador Hidrodinâmico, em comparação com outra com o Separador Hidrodinâmico operando em diferentes taxas de retenção de sólido.[64] 3.2- PRINCIPLES OF THE ACTIVATED SLUDGE PROCESS WITH HYDRODYNAMIC SEPARATION [65] Below in Table 2, capacity sizing considerations of a conventional WWTP without the use of a Hydrodynamic Separator, compared to another with the Hydrodynamic Separator operating in different solid retention rates.

[66] Na dita Tabela 2, encontram-se parâmetros adotados e calculados conforme a atual metodologia de dimensionamento de lodo ativado, e considerações de cálculo admitindo-se a inserção de um Separador Hidrodinâmico, cujos rendimento de separação de sólidos variam de 70 a 90%, conforme será relatado.[66] In said Table 2, parameters are adopted and calculated according to the current methodology for sizing activated sludge, and calculation considerations assuming the insertion of a Hydrodynamic Separator, whose solids separation yields vary from 70 to 90 %, as will be reported.

[67] Na primeira linha da Tabela 2 encontra-se o título indicando a eficiência de separação de sólidos do separador hidrodinâmico. As duas primeiras colunas da seção “Retenção Sólidos Separador Hidrodinâmico (%)” , com 0% de eficiência de separação, representam a operação do lodo ativado sem a Separação Hidrodinâmica de Sólidos. Nas colunas seguintes os valores de eficiência de separação de sólidos foram adotados com 70%, 80% e 90%. Esta eficiência depende do projeto adotado para o Separador. Em função da eficiência de separação, é mostrado o aumento da capacidade de tratamento.[67] In the first line of Table 2 is the title indicating the solids separation efficiency of the hydrodynamic separator. The first two columns of the “Solid Retention Hydrodynamic Separator (%)” section, with 0% separation efficiency, represent the operation of the activated sludge without the Hydrodynamic Separation of Solids. In the following columns, the efficiency values for separation of solids were adopted with 70%, 80% and 90%. This efficiency depends on the design adopted for the Separator. Depending on the separation efficiency, an increase in the treatment capacity is shown.

[68] Segue abaixo a descrição de cada linha da tabela, com a explanação de cálculos:[68] Below is a description of each row in the table, with an explanation of calculations:

a. - Linha 1 (Vazão): A unidade adotada para a vazão é de m3/h sendo os valores adotados no sentido da demonstração da função do separador hidrodinâmico no processo de lodo ativado;The. - Line 1 (Flow): The unit adopted for the flow is m3 / h and the values adopted in the sense of demonstrating the function of the hydrodynamic separator in the activated sludge process;

b. - Linha 2 (DBO5): Demanda Bioquímica de Oxigênio, cuja unidade adotada é kg/m³ e o valor adotado é constante para toda a tabela e representa o valor médio de carga orgânica para esgoto sanitário;B. - Line 2 (DBO5): Biochemical Oxygen Demand, whose adopted unit is kg / m ³ and the value adopted is constant for the entire table and represents the average value of organic load for sanitary sewage;

c. - Linha 3 (F/M): Fator Food/Microrganism, sendo que a unidade adotada é kgDBO₅/kgSSV.dia e representa o fator que determina o projeto de lodo ativado , resultando na determinação do volume necessário do reator biológico. Sua equaçãoç. - Line 3 (F / M): Food / Microrganism factor, with the unit adopted being kgDBO ₅ /kgSSV.dia and representing the factor that determines the activated sludge project, resulting in the determination of the necessary volume of the biological reactor. Your equation

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14/2114/21

Tabela 2Table 2

Retenção Sólidos Separador Hidrodinâmico (%) | Solid Retention Hydrodynamic Separator (%) | o*** o cn O 00 sP O O*** O cn O 00 sP O Com Sep. Hidr. | With Sep. Hidr. | 4,00 4.00 0,20 0.20 o m o' O m O' cP O O o' σι cP O O O' σι 12,00 12.00 o EN ι—1 O EN ι — 1 6,67 6.67 6,20 6.20 P' CD o' P' CD O' σι CD o' σι CD O' kO <0 kO <0 cr- O r> cr- O r> 15,60 15.60 0,52 0.52 1^ in i-l 1 ^ in i-l cn m o' cn m O' o Ci ΓΠ O Ci ΓΠ o CM o' O CM O' o m o' O m O' sp cP O o o' σι sp cP O O O' σι o o tn O O tn o ^OT, T-íthe ^OT , T-í ρχ CD CD' ρχ CD CD' o CM cd' O CM CD' P' co o' P' co O' Oi CD o' Hi CD O' kQ eN 10 kQ eN 10 g\ o g \ O íN oo íH iH ÍN oo íH iH CO Γ'- o' CO Γ'- O' m rn EN m rn EN 00 P'- o' 00 P'- O' 8 íN 8 ÍN O CM o' O CM O' o m o' O m O' se cP o o o' σι if cP O O O' σι 8 CD 8 CD O ^OT, rí ^OT , laughs px CD CD px CD CD O CM CO' O CM CO ' P' co o' P' co O' Oi CD o' Hi CD O' kD eN LO kD eN LO sç o> O sç o> O <N oo iH ι—1 <N oo iH ι — 1 CM m o' CM m O' in in i-l in in i-l 00 P~ o' 00 P ~ O' o ^9 O O ^ 9 O Ό O O ± Q_ ω E ω un Ό O O ± Q_ ω AND ω un o <q CM O <q CM O CM cT O CM cT o Pi o' O Pi O' se cP o o σ' σι if cP O O σ ' σι O cq uí O cq ui O cq U) O cq U) r* LO LD r * LO LD O (N LQ O (N LQ P' CD o' P' CD O' Oi co o' Hi co O' kD EN kQ kD EN kQ sp O sp O o Px rí O Px laugh m <□ (N τΗ m <□ (N τΗ σι CD <0 m σι CD <0 m o OQ ι—1 O OQ ι — 1 O <D Ή O <D Ή o CM cT O CM cT o m o' O m O' xp lí' o o σ' σι xp li ' O O σ ' σι o <q m' O <q m ' o q Γ0 O q Γ0 r-' CD cd' r- ' CD CD' O Γ\Ι LQ O Γ \ Ι LQ p' CO o' P' CO O' Oi CO o' Hi CO O' IO (N kQ IO (N kQ sp o^· O r- sp o ^ · O r- σι P> co' σι P> co ' m Γ o' m Γ O' m EN EN m EN EN in íN EN in ÍN EN ω Ό 0 'c D ω Ό 0 'ç D -C E -Ç AND en E^ 00 en E ^ 00 'T3 'T3 S s (T E: CtD (T AND: CtD en ,£ 00 en , £ 00 en E en AND _£ *£ _ £ * £ uo uo xp ds xp ds x: CM .E LH LO 1— CLD .X x: CM .AND LH LO 1- CLD .X C\l E C \ l AND m E m AND X X O l_ ω E <03 0 Q. O l_ ω AND <03 0 Q. O Ϊ0 Γ-J TO > O Ϊ0 Γ-J TO > m O CQ O m O QC O Ξ LL Ξ LL E φ o CQ Q AND φ O QC Q O u ‘bfi *O O CÚ L_ o M 03 Φ C£ (Zi un O u ‘Bfi *O O ASS L_ O M 03 Φ C £ (Zi un o 'to Ό C □ Lí 03 LH O 0 to 4-J c «3 U ω O H tZi ΙΛ O 'to Ό Ç □ Li 03 LH O 0 to 4-J ç «3 U ω O H tZi ΙΛ O zto Lb 03 03 < 03 3 C c 03 H 03 E 3 O > O zto Lb 03 03 < 03 3 Ç ç 03 H 03 AND 3 O > o > 0 c 03 Ό 0 σ u 0 Φ > E O > 0 ç 03 Ό 0 σ u 0 Φ > AND -X 0J 4-ί c 03 <J 4- QJ o L3 ’JBC -X 0J 4-ί ç 03 <J 4- QJ O L3 ’JBC c 03 *-» c o 'lí M— ω O L> sa ç 03 * - » ç O 'li M— ω O L> sa E 03 4-» c Φ Ό M— Φ o Lí luj JUS AND 03 4- » ç Φ Ό M— Φ O Li luj JUS Qí 0 Í0 Lb _TO 3 Lí t_ Ό 03 QC ru c □ 1) Qi 0 Í0 Lb _TO 3 Li t_ Ό 03 QC ru c □ 1) 'Õ (Λ 03 “0 O iflj Lh 03 Lí □_ TO 03 Ό É o TO TO X 0 H >PO| 9OJ 'O (Λ 03 "0 O iflj Lh 03 Li □ _ TO 03 Ό IS O TO TO X 0 H > PO | 9OJ 0 zro Lh (0 4-» c 03 E 03 Ví 03 Ό -E ΙΛ ΙΛ 0 Lí Φ £ 0 ΖΠ3 Lh 03 tZí 0 zro Lh (0 4- » ç 03 AND 03 Saw 03 Ό -AND ΙΛ ΙΛ 0 Li Φ £ 0 ΖΠ3 Lh 03 tZí o ΪΠ3 Lh ra +-» c 03 £ 03 V) 03 0 ω E 0 o > O ΪΠ3 Lh frog + - » ç 03 £ 03 V) 03 0 ω AND 0 O > 0 ΪΑ3 Lh 03 4-^ C 03 E o 03 <ZI 03 0 O 0 _v0 03 Ü.0 ΪΑ3 Lh 03 4- ^ C 03 E o 03 <ZI 03 0 O 0 _v 0 03 Ü. E 0 AND 0 1 1 EN EN m m LH LH ω ω 1^ 1 ^ C0 C0 cn cn O í—l O í — l íH i—l íH i — l CN iH CN iH m iH m iH ι—1 ι — 1 m ι—1 m ι — 1 LD iH LD iH

16/2316/23

15/21 é F/M=(Q*DBO₅)/(VTA*SSVTA), onde Q é a vazão em m³/dia, DBO₅ é a carga organica do efluente em kg/m³, VTA é o volume do tanque de aeração em m³ e SSVTA é os sólidos voláteis em suspenção em kg/m³;15/21 is F / M = (Q * BOD ₅ ) / (VTA * SSVTA), where Q is the flow in m ³ / day, BOD ₅ is the organic load of the effluent in kg / m ³ , VTA is the volume of the aeration tank in m ³ and SSVTA is the volatile solids in suspension in kg / m ³ ;

d. - Linha 4 (DBOrem): Representa a eficiência de remoção de DBO₅ do processo de lodo ativado em porcentagem e pode ser calculada, para esgoto sanitário, pela fómula DBOrem=(1-(FM/3))*100%. Notar que o rendimento de remoção depende a relação F/M;d. - Line 4 (DBOrem): Represents the efficiency of removing BOD ₅ from the activated sludge process in percentage and can be calculated, for sanitary sewage, by the formula DBOrem = (1- (FM / 3)) * 100%. Note that the removal performance depends on the F / M ratio;

e. - Linha 5 (SST Reator Biológico): A unidade adotada é kg/m³ e representa a concentração de sólidos totais em suspensão a ser mantida no interior do reator biológico;and. - Line 5 (SST Biological Reactor): The unit adopted is kg / m ³ and represents the concentration of total suspended solids to be maintained inside the biological reactor;

f. - Linha 6 (SST Sedimentador Secundário): A unidade é kg/m³, representa a concentração de sólidos totais que passa para o Sedimentador Gravitacional após sofrer detenção pelo separador hidrodinâmico é dado pela fórmula ;f. - Line 6 (SST Secondary Sedimentator): The unit is kg / m ³ , it represents the concentration of total solids that passes to the Gravitational Sedimenter after being detained by the hydrodynamic separator is given by the formula;

SSTDec=(100 - Ef. Rem. Separador Hidrodinâmico)% * SST Reator Biológico;SSTDec = (100 - Eff. Rem. Hydrodynamic Separator)% * SST Biological Reactor;

₃₃

g. - Linha 7 (Volume Tanque Aeração (VTA)): A unidade é m³ e representa o volume do tanque de aeração ou reator biológico necessário para obter a remoção dada em função da concentração de sólidos voláteis a serem mantidos no mesmo, dado pela fórmula VTA=(Q*DBO₅)/(FM*SSV), sendo os parâmetros os mesmos da linha 3 e para a situação SSV=0,8*SST;g. - Line 7 (Aeration Tank Volume (VTA)): The unit is m ³ and represents the volume of the aeration tank or biological reactor required to obtain the removal given as a function of the concentration of volatile solids to be kept there, given by the formula VTA = (Q * DBO ₅ ) / (FM * SSV), the parameters being the same as in line 3 and for the situation SSV = 0.8 * SST;

h. - Linhas de 8 até 11 (Coeficientes de sedimentabilidade): adotados para projeto como lodo de sedimentabilidade ruim. Os coeficientes de sedimentabilidade podem ser obtidos na Tabela 1;H. - Lines 8 through 11 (Sedimentability coefficients): adopted for the project as poor sedimentability sludge. The sedimentability coefficients can be obtained in Table 1;

i. - Linha 12 (Recirculação R): Recirculação de lodo do Sedimentador Gravitacional para o tanque de aeração. A unidade é a porcentagem da vazão de entrada no ₃ sistema de lodo ativado, ou Qr=R*Q, onde Qr é a vazão de recirculação em m³/h;i. - Line 12 (Recirculation R): Recirculation of sludge from the Gravitational Sedimenter to the aeration tank. The unit is the percentage of the input flow in the activated sludge system _3, or Qr = Q * R, where Qr is the recirculation flow in m ³ / h;

j. - Linha 13 (Taxa admissível de aplicação de sólidos (G_L)): A unidade é kgSST/ h.m² e representa a taxa de sólidos em kg por hora aplicada em 1 m² de decantação secundária admissível para que todos os sólidos sejam sedimentados evitando-se a perda dos mesmos pelo sobrenadante. A equação utilizada para cálculoj. - Line 13 (Permissible rate of application of solids (G _L )): The unit is kgSST / hm ² and represents the rate of solids in kg per hour applied in 1 m ² of permissible secondary settling so that all solids are sedimented avoiding loss of them by the supernatant. The equation used for calculating

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16/21 desta taxa é G_L=m*(R*V₀*EXP(-k*C₀)^An, sendo C₀=SSTA (kg/m³);16/21 of this rate is G _L = m * (R * V ₀ * EXP (-k * C ₀ ) ^A n, where C ₀ = SSTA (kg / m ³ );

l. - Linha 14 (Seção necessária de sedimentação): Representa a seção necessária de Sedimentador Gravitacional para receber a carga de sólidos do reator biológico ou separador hidrodinâmico dada em m² e é calculada pela equação: A=(Q+Qr) *C0/Gl;l. - Line 14 (Required sedimentation section): Represents the required section of Gravitational Sedimentator to receive the solids load from the biological reactor or hydrodynamic separator given in m ² and is calculated by the equation: A = (Q + Qr) * C0 / Gl ;

m. - Linha 15 (Volume de sedimentação): É o volume aproximado da unidade de ₃ decantação secundária em m³ e calculado pela seção de sedimentação vezes a profundidade média, sendo a profundidade adotada de 3m;m. - Line 15 (sedimentation volume): It is the approximate volume of the secondary settling unit ₃ m ³ in section and calculated by sedimentation times the average depth, the depth being adopted 3m;

n. - Linha 16 (Período de sedimentação): É o período médio em que o lodo permanece no Sedimentador Gravitacional em horas e é dado pelo volume do Sedimentador dividido pela vazão de entrada no mesmo.n. - Line 16 (Sedimentation period): It is the average period in which the sludge remains in the Gravitational Sedimenter in hours and is given by the volume of the Sedimentator divided by the inflow in it.

[69] Objetiva-se fazendo uso da Tabela 2, de se demonstrar o aumento da capacidade de tratamento com a utilização do processo de Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica em comparação ao tratamento de Lodo Ativado convencional.[69] The objective is to make use of Table 2, to demonstrate the increase in the treatment capacity with the use of the Activated Sludge with Hydrodynamic Separation process compared to the conventional Activated Sludge treatment.

[70] Na Tabela 2 o sistema convencional de Lodo Ativado é dimensionado para a ₃ capacidade unitária de 1 m³/h de efluente, com um volume de reator biológico de ₃ [70] In Table 2 the conventional Activated Sludge system is dimensioned for the ₃ unit capacity of 1 m ³ / h of effluent, with a volume of biological reactor of ₃

6,67 m³. Mantendo-se este mesmo volume de tanque de reação biológica, aumenta-se a vazão do tratamento para o dobro. Para a manutenção do rendimento de 90% de remoção de DBO₅ deve-se manter constante a relação F/M em 0,3 kgDBO/kgSSV.dia. Para tanto é necessário se aumentar a concentração de sólidos.6.67 m ³ . Keeping this same volume of biological reaction tank, the treatment flow is doubled. To maintain the yield of 90% BOD removal _5, the F / M ratio must be kept constant at 0.3 kgDBO / kgSSV.dia. Therefore, it is necessary to increase the solids concentration.

[71] Observa-se no processo de Lodo Ativado convencional, que com o aumento da concentração de sólidos no reator biológico, necessita-se aumentar a seção de sedimentação, como por exemplo; para se duplicar a vazão num sistema convencional tendo as condições do lodo classificado como “ruim” (vide coeficientes na Tabela 1), necessita-se de uma seção de decantação secundária mais de 20 vezes maior que a seção necessária para uma vazão unitária, resultando em um período de detenção no Sedimentador Gravitacional em torno de 30 horas. Como o Sedimentador encerra um ambiente anóxico, não se recomenda a permanência do lodo biológico nele, acima de 5 horas, sendo inviável portanto a duplicação da vazão de um Lodo Ativado convencional simplesmente aumentando-se fisicamente[71] It is observed in the conventional Activated Sludge process, that with the increase in the concentration of solids in the biological reactor, it is necessary to increase the sedimentation section, as for example; in order to double the flow in a conventional system having the conditions of the sludge classified as “bad” (see coefficients in Table 1), a secondary settling section is needed more than 20 times larger than the section required for a unitary flow, resulting in a detention period in the Gravitational Sedimenter around 30 hours. As the Sedimentator contains an anoxic environment, it is not recommended to keep the biological sludge in it for more than 5 hours, therefore it is impossible to double the flow rate of a conventional Activated Sludge simply by increasing it physically.

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17/21 a seção do Sedimentador Gravitacional.17/21 the Gravitational Sedimenter section.

[72] Porém, no processo de Lodo Ativado com Separador Hidrodinâmica a situação é diferente. Para se detalhar algumas situações, é necessário se considerar a eficiência de retenção de sólidos no Separador Hidrodinâmico.[72] However, in the process of Activated Sludge with Hydrodynamic Separator the situation is different. To detail some situations, it is necessary to consider the efficiency of retention of solids in the Hydrodynamic Separator.

[73] As vazões estabelecidas para o processo operando com Separador Hidrodinâmico, (Tabela 02, item 01), são de 2,00; 3,00; e 4,00 m³/h e estão relacionadas aos valores da eficiência de retenção do separador hidrodinâmico.[73] The flow rates established for the process operating with Hydrodynamic Separator, (Table 02, item 01), are 2.00; 3.00; and 4.00 m ³ / h and are related to the retention efficiency values of the hydrodynamic separator.

[74] Estas vazões são as vazões admissíveis que o processo comporta, utilizando ₃ [74] These flows are the permissible flows that the process involves, using ₃

-se como volume constante de reator igual a 6,67 m³ (Tabela 02, item 7), considerando-se o tratamento do efluente com uma eficiência de remoção de carga de 90%.as a constant volume of reactor equal to 6.67 m ³ (Table 02, item 7), considering the treatment of the effluent with a load removal efficiency of 90%.

[75] Para manter a eficiência de tratamento em vazões maiores que no processo convencional, mantendo-se o mesmo volume de reator biológico, é necessário aumentar-se a concentração de lodo biológico neste compartimento, conforme a Tabela 2, item 5; para 6,0 ; 9,0 ; 12;0 kgSST/m³ [76] Caso não houvesse a ação do separador hidrodinâmico, estas concentrações seriam as que passariam para o Sedimentador Gravitacional, fazendo reduzir substancialmente a taxa de sólidos admissíveis (Tabela 2 item13) .[75] In order to maintain treatment efficiency at higher flow rates than in the conventional process, maintaining the same volume of biological reactor, it is necessary to increase the concentration of biological sludge in this compartment, according to Table 2, item 5; to 6.0; 9.0; 12; 0 kgSST / m ³ [76] If there was no action of the hydrodynamic separator, these concentrations would be those that would pass to the Gravitational Sedimenter, substantially reducing the permissible solids rate (Table 2 item13).

[77] Porém, com a aplicação do separador hidrodinâmico, a passagem de sólidos para o Sedimentador Gravitacional, será respectivamente de 1,8; 1,8 e 1,2 kgSST/ ₃ m³ como respectivas taxas de aplicação (Tabela 2, item 6), que são concentrações possíveis de serem tratadas pelo Sedimentador Gravitacional.[77] However, with the application of the hydrodynamic separator, the passage of solids to the Gravitational Sedimentator will be 1.8, respectively; 1.8 and 1.2 kgSST / ₃ m ³ as respective application rates (Table 2, item 6), which are possible concentrations to be treated by the Gravitational Sedimentator.

[78] Os resultados das seções de sedimentação necessárias registradas na linha 14, respectivamente 0,52m², 0,78m² e 0,52m² encontram-se abaixo da seção necessária para a sedimentação convencional, onde usualmente se projeta Lodo Ativado convencional pela taxa de aplicação hidráulica de 1,0 m³/m²*h .[78] The results of the required sedimentation sections recorded on line 14, respectively 0.52m ² , 0.78m ² and 0.52m ² are below the section required for conventional sedimentation, where conventional Activated Sludge is usually projected by hydraulic application rate of 1.0 m ³ / m ² * h.

[79] Assim sendo, fica teoricamente demonstrada a maior capacidade de tratamento do Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica em relação ao Lodo Ativado convencional.[79] Therefore, it is theoretically demonstrated the greater treatment capacity of Activated Sludge with Hydrodynamic Separation in relation to conventional Activated Sludge.

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18/21 [80] 4.- VANTAGENS DO PROCESSO DE LODO ATIVADO COM SEPARAÇÃO HIDRODINÂMICA SOBRE O LODO ATIVADO CONVENCIONAL.18/21 [80] 4.- ADVANTAGES OF THE ACTIVATED SLUDGE PROCESS WITH HYDRODYNAMIC SEPARATION OVER CONVENTIONAL ACTIVATED SLUDGE.

[81] O Processo de Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica opera com as seguintes vantagens sobre o processo de Lodo Ativado convencional:[81] The Hydrodynamic Activated Sludge Process operates with the following advantages over the conventional Activated Sludge process:

[82] 4.1- No processo de Lodo Ativado convencional, a concentração de sólidos que flui para o Sedimentador é a mesma que se encontra no Reator Biológico. No Processo de Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica, a concentração de sólidos que entra no Sedimentador Gravitacional (9) é menor que a existente no Reator Biológico (2). Dita diferença habilita o aumento da capacidade de sedimentação, já que a taxa de aplicação hidráulica em um sedimentador gravitacional é inversa e exponencialmente proporcional à concentração de sólidos de entrada neste sedimentador.[82] 4.1- In the conventional Activated Sludge process, the concentration of solids flowing to the Sedimentator is the same as that found in the Biological Reactor. In the Process of Activated Sludge with Hydrodynamic Separation, the concentration of solids that enters the Gravitational Sedimentator (9) is lower than that existing in the Biological Reactor (2). This difference enables the increase of the sedimentation capacity, since the rate of hydraulic application in a gravitational sedimenter is inverse and exponentially proportional to the concentration of incoming solids in this sedimentator.

[83] 4.2.- Com o menor carregamento de sólidos no Sedimentador Gravitacional (9), é possível aumentar o carregamento hidráulico do mesmo, resultando-se assim na habilitação de aumento de vazão deste processo em comparação a um processo convencional.[83] 4.2.- With the lower loading of solids in the Gravitational Sedimentator (9), it is possible to increase the hydraulic loading of the same, thus resulting in the enabling of increased flow of this process compared to a conventional process.

[84] 4.3.- O efeito de reciclar o lodo do Separador hidrodinâmico em concentração de microrganismos maior que no Reator Biológico habilita o fator cumulativo possibilitando o aumento da concentração de microrganismos no Reator Biológico (2).[84] 4.3.- The effect of recycling the sludge from the Hydrodynamic Separator in a concentration of microorganisms higher than in the Biological Reactor enables the cumulative factor allowing the increase of the concentration of microorganisms in the Biological Reactor (2).

[85] 4.4- Os efeitos das vantagens dos itens 6.2 e 6.3 somados simultaneamente torna possível o aumento da capacidade global de tratamento em relação ao Lodo Ativado convencional.[85] 4.4- The effects of the advantages of items 6.2 and 6.3 added together make it possible to increase the overall treatment capacity in relation to conventional Activated Sludge.

[86] 4.5- O processo de Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica de Sólidos, opera com redução da massa biológica que flui para o Sedimentador Gravitacional, fazendo com que somente uma pequena fração da massa biológica aeróbia permaneça em ambiente anóxico pelo período de detenção do Sedimentador Gravitacional, sendo que no Lodo Ativado convencional, toda a massa de microrganismos passa pelo Sedimentador Gravitacional e lá permanece pelo período de detenção convencional. Tal fato atribuiu ao Lodo Ativado com Separação a operar com o lodo mais saldável, porque a maior parte da biota permanece todo o tempo em ambiente óxico, conferindo uma maior estabilidade e resistência à choques.[86] 4.5- The Activated Sludge Process with Hydrodynamic Separation of Solids, operates with a reduction of the biological mass that flows to the Gravitational Sedimenter, causing only a small fraction of the aerobic biological mass to remain in an anoxic environment for the sedimentator's detention period Gravitational, and in conventional Activated Sludge, the entire mass of microorganisms passes through the Gravitational Sedimenter and remains there for the period of conventional detention. This fact attributed to the Activated Sludge with Separation to operate with the most salable sludge, because most of the biota remains at all times in an toxic environment, providing greater stability and resistance to shocks.

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19/21 [87] 4.6 - A operação com Separador Hidrodinâmico resulta na redução de bulking por proliferação de bactérias filamentosas, já que por ação hidrodinâmica, as ditas bactérias ficam retidas no reator biológico, e impedidas de passarem para o Sedimentador Gravitacional e serem perdidas por “overflow”.19/21 [87] 4.6 - The operation with Hydrodynamic Separator results in the reduction of bulking by proliferation of filamentous bacteria, since by hydrodynamic action, said bacteria are retained in the biological reactor, and prevented from passing to the Gravitational Sedimenter and being lost overflow.

[88] 4.7 No caso de morte de microrganismos por toxicidade aguda ou sobrecarga, a recuperação do processo de Lodo Ativado com separação hidrodinâmica, devido a este sistema, ocorre em tempo muito menor, pois o bulking de lodo fica retido pelo separador hidrodinâmico, acelerando muito a recuperação do Processo.[88] 4.7 In the case of death of microorganisms due to acute toxicity or overload, the recovery of the Activated Sludge process with hydrodynamic separation, due to this system, occurs in a much shorter time, as the bulking of sludge is retained by the hydrodynamic separator, accelerating recovery of the Process.

[89] IV.- EQUIPAMENTO SEPARADOR HIDRODINÂMICO [90] 1.- INTRODUÇÃO [91] O Separador Hidrodinâmico de Sólidos é um equipamento idealizado para operar no processo de Lodo Ativado com Separação de Sólidos.[89] IV.- HYDRODYNAMIC SEPARATOR EQUIPMENT [90] 1.- INTRODUCTION [91] The Hydrodynamic Solid Separator is an equipment idealized to operate in the Activated Sludge with Solid Separation process.

[92] 2.- CAMPO DE APLICAÇÃO [93] O Separador Hidrodinâmico de Sólidos pode ser utilizado para ser instalado no interior do Reator Biológico de uma nova planta de tratamento de Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica, ou em uma planta de tratamento de Lodo Ativado convencional, para transformá-la em Lodo Ativado com Separação Hidrodinâmica, aumentando a sua capacidade ou melhorando seu rendimento de remoção de poluentes. O Separador Hidrodinâmico poderá ser aplicado como uma unidade, ou varias unidades interligadas hidraulicamente para operar em tratamentos de maior vazão.[92] 2.- APPLICATION FIELD [93] The Hydrodynamic Solids Separator can be used to be installed inside the Biological Reactor of a new treatment plant Activated Sludge with Hydrodynamic Separation, or in a treatment plant Activated Sludge conventional, to transform it into Activated Sludge with Hydrodynamic Separation, increasing its capacity or improving its pollutant removal performance. The Hydrodynamic Separator can be applied as a unit, or several units connected hydraulically to operate in higher flow treatments.

[94] 3.- DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO [95] O Separador Hidrodinâmico de Sólidos é o compartimento, tanque ou equipamento do processo de Lodo Ativado com a Utilização do Separador Hidrodinâmico.[94] 3.- EQUIPMENT DESCRIPTION [95] The Hydrodynamic Solids Separator is the compartment, tank or equipment of the Activated Sludge process using the Hydrodynamic Separator.

[96] Na Figura 2, encontra-se desenho da vista geral do equipamento, e nas Figuras 3, 4 e 5 encontra-se cortes do equipamento para visualização interna.[96] In Figure 2, there is a drawing of the general view of the equipment, and in Figures 3, 4 and 5 there are sections of the equipment for internal viewing.

[97] A Separação Hidrodinâmica é regida por princípios de operações unitárias envolvendo partículas, ou sistemas particulados.[97] Hydrodynamic separation is governed by principles of unitary operations involving particles, or particulate systems.

[98] A Separação Hidrodinâmica de Sólidos no processo de lodo ativado com utilização de separador hidrodinâmico destina-se à retenção de sólidos biológicos[98] The Hydrodynamic Separation of Solids in the activated sludge process using a hydrodynamic separator is intended for the retention of biological solids

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20/21 dentro do tanque de aeração.20/21 inside the aeration tank.

[99] A energia utilizada para a separação hidrodinâmica de sólidos é obtida do sistema de aeração que empregue “aeração a jato” para a dissolução de ar ou oxigênio, bastando conectar o coletor de lodo do separador hidrodinâmico à sucção da bomba hidráulica que opera na aeração/oxigenação.[99] The energy used for the hydrodynamic separation of solids is obtained from the aeration system that employs “jet aeration” for the dissolution of air or oxygen, simply by connecting the sludge collector of the hydrodynamic separator to the suction of the hydraulic pump that operates in the aeration / oxygenation.

[100] O Separador Hidrodinâmico é formado pela carcaça (3), que pode ser construída de materiais diversos como fibra de vidro, aço, concreto, etc. O objetivo desta carcaça é de se delimitar o volume de atuação de separação hidrodinâmica e servir de suporte para a fixação de outros componentes do Separador Hidrodinâmico.[100] The Hydrodynamic Separator is formed by the housing (3), which can be constructed from different materials such as fiberglass, steel, concrete, etc. The purpose of this housing is to delimit the hydrodynamic separation performance volume and serve as a support for fixing other components of the Hydrodynamic Separator.

[101] O Conjunto vertedor (7), tem a função de coletar o efluente decantado, com os sólidos perdidos que não foram retidos pelo Separador Hidrodinâmico. No Vertedor (7) estão fixados os tubos perfurados de coleta de efluente decantado (28).[101] The spillway set (7), has the function of collecting the decanted effluent, with the lost solids that were not retained by the Hydrodynamic Separator. In the Vertedor (7) the perforated tubes for collecting decanted effluent are fixed (28).

[102] Estes elementos são responsáveis pela admitir o efluente decantado e encaminhar para a caixa principal (7). Em geral, estes tubos (28) tem o diâmetro de 150 a 250 mm. O tubo perfurado de um lado é fixado na caixa vertedora e do outro lado na carcaça do separador.[102] These elements are responsible for accepting the decanted effluent and forwarding it to the main box (7). In general, these tubes (28) have a diameter of 150 to 250 mm. The perforated tube on one side is attached to the spill box and on the other side to the separator housing.

[103] Os orifícios para a coleta de efluente decantado (26), são orifícios de diâmetro aproximado de 15 a 30 mm, posicionados no tubo de coleta de decantado (28).[103] The orifices for the collection of decanted effluent (26), are orifices of approximately 15 to 30 mm in diameter, positioned in the decantate collection tube (28).

[104] O tubo de descarga (10) é responsável pela descarga de sobrenadante do separador hidrodinâmico.[104] The discharge tube (10) is responsible for the discharge of supernatant from the hydrodynamic separator.

[105] O conjunto de elementos de separação laminar (8) é empregado no auxílio para a sedimentação da partícula, uma vez que ele propicia a transformação do regime hidráulico de turbulento para laminar, por meio da redução do raio hidráulico na sua região. O elemento de separação laminar é composto por lâminas de fina espessura (8), fixadas na carcaça com um ângulo de inclinação de 60° em relação à horizontal. O espaçamento entre as laminas é de 5 a 15 cm, e a largura das lâminas é de 1,0 a 1,5 m.[105] The set of laminar separation elements (8) is used to aid in the sedimentation of the particle, since it promotes the transformation of the hydraulic regime from turbulent to laminar, by reducing the hydraulic radius in your region. The laminar separation element is made up of thin sheets (8), fixed to the housing with an inclination angle of 60 ° in relation to the horizontal. The spacing between the blades is 5 to 15 cm, and the width of the blades is 1.0 to 1.5 m.

[106] O conjunto de coleta de sólidos sedimentados tem a função de distribuir a vazão de sucção por toda a seção do separador hidrodinâmico, para que a partícula admitida no separador receba uma vazão no sentido vertical, direção para baixo, gerando uma força cuja magnitude depende do coeficiente de arraste desta[106] The sedimented solids collection set has the function of distributing the suction flow throughout the section of the hydrodynamic separator, so that the particle admitted in the separator receives a flow in the vertical direction, downward direction, generating a force whose magnitude depends on the drag coefficient of this

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21/21 partícula no meio em que se encontra. Esta força é o componente físico que atua no sentido de aumentar a concentração de sólidos do lodo coletado em relação ao efluente decantado. Também tem a função de coletar os sólidos separados para que estes possam ser recalcados de volta ao reator biológico por meio de bombeamento hidráulico.21/21 particle in the environment in which it finds itself. This force is the physical component that acts to increase the solids concentration of the collected sludge in relation to the decanted effluent. It also has the function of collecting the separated solids so that they can be repressed back to the biological reactor by means of hydraulic pumping.

[107] O tubo central de coleta de sólidos sedimentados (21) é o tubo de diâmetro de 200 a 400 mm, que recebe os tubos perfurados (29), para conduzir o líquido contendo sólidos sedimentados ao tubo central.[107] The central sedimentation collection tube (21) is the 200 to 400 mm diameter tube, which receives the perforated tubes (29), to convey the liquid containing sedimented solids to the central tube.

[108] Os tubos perfurados conectados ao tubo central (21) são tubos contendo orifícios (6) de diâmetros de 25 a 50 mm, distribuídos equidistantemente ao longo do tubo, objetivando-se distribuir a vazão de sucção de separação por toda a seção longitudinal do separador hidrodinâmico.[108] The perforated tubes connected to the central tube (21) are tubes containing holes (6) with diameters from 25 to 50 mm, distributed equidistantly along the tube, aiming to distribute the separation suction flow throughout the longitudinal section of the hydrodynamic separator.

[109] O tubo de descarga do líquido contendo sólidos sedimentados (22) é o tubo que se conecta na sucção da bomba hidráulica que aciona o separador hidrodinâmico, cujo recalque se direciona ao equipamento de “aeração a jato” que por sua vez, descarrega no reator biológico.[109] The liquid discharge tube containing sedimented solids (22) is the tube that connects to the suction of the hydraulic pump that drives the hydrodynamic separator, whose repression is directed to the “jet aeration” equipment that in turn discharges in the biological reactor.

[110] O Separador Hidrodinâmico funciona de acordo com a teoria sobre sistemas particulados.[110] The Hydrodynamic Separator works according to the theory about particulate systems.

[111] Usualmente quando se opera com separação de sólidos biológicos, deve-se levar em conta conceitos que envolvem a condição biológica do lodo, cujos flocos são as partículas.[111] Usually when operating with separation of biological solids, one must take into account concepts that involve the biological condition of the sludge, whose flakes are the particles.

[112] A velocidade de sedimentação do floco, deve ser utilizada para se definir o coeficiente de arraste de Stokes, para se utilizar no dimensionamento do separador hidrodinâmico de sólidos.[112] The sedimentation speed of the flake must be used to define the Stokes drag coefficient, to be used in the design of the hydrodynamic separator of solids.

[113] Adota-se como hipótese de dimensionamento a necessidade da partícula atingir o fundo do separador hidrodinâmico. As características geométricas do separador hidrodinâmico deverão atender a este requisito.[113] It is adopted as a design hypothesis the need for the particle to reach the bottom of the hydrodynamic separator. The geometric characteristics of the hydrodynamic separator must meet this requirement.

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Claims

1) AEROBIC BIOLOGICAL PROCESS OF ACTIVATED SLUDGE WITH HYDRODYNAMIC SEPARATION OF SOLIDS, which consists of the insertion of an equipment or compartment called Hydrodynamic Solids Separator in the flowchart of the Conventional Activated Sludge process, downstream of the Biological Reactor and upstream of the Gravitational Sedimentator understand the following steps:

a.- Biological Reaction Stage:

The Biological Reaction Stage comprises the following devices:

a.1- Biological Reactor (2): It basically consists of a tank or container and can be executed in concrete, steel, fiberglass, etc;

a.2- Air or oxygen dissolution system consisting of gas dissolution equipment (called jet aeration), formed by:

a.2.1- liquid ejector (30) consisting of a device that generates hydraulic turbulence due to increasing the speed of the liquid per nozzle, for the dissolution of gas in the liquid;

a.2.2- gas ejector (23) consisting of a device that receives gas and liquid under pressure, generating gas partitioning, producing gas microbubbles, discharged into the mixed liquor present in the Biological Reactor (2), dissolving oxygen in the diffusion liquid, whose efficiency depends on the contact section between gas-liquid and the difference in oxygen saturation concentration and the concentration of oxygen dissolved in the liquid;

The. 2.3- gas generator (24) consisting of an atmospheric air blower or a gas generator with oxygen concentrations higher than atmospheric, or by a cryogenic tank containing liquid oxygen that is converted into gas by an atmospheric vaporizer;

B. - Stage of Hydrodynamic Separation of Solids:

The Stage of Hydrodynamic Separation of Solids, formed by the Collector device

Hydrodynamics of Solids (4), comprises the following devices:

b.1- Collector housing (3) consisting of a structure made of concrete, steel or fiberglass, etc., which delimits the interior of the Hydrodynamic Separator and serves for the installation of other systems of the Separator, the affluent of which is SePetição 870160049749, of 06/09/2016, p. 27/37

2/5 Hydrodynamic stop comes from the Biological Reactor (2) passing through the housing (3), through the holes (5);

b.2- Decanted water liquor collector system (7) which consists of a system to perform the collection of decanted mixed liquor, in order to hydraulically drag as little of the mass of suspended solids as possible;

b.3- Mixed liquor collection system with sedimented solids that consists of a system to perform the collection of mixed liquor with sedimented solids, in order to collect the maximum possible mass of solids from the suspended solids in the Hydrodynamic Separator (4), being that this system contains the sludge collector (6) comprised of several tubes with sludge collection holes (21) that are distributed throughout the entire cross section of the bottom of the Hydrodynamic Separator (4);

b.4.- Laminar solid sedimentation system that consists of laminar plates (8), which induce the reduction of the hydraulic radius in the region of the plates, reducing hydraulic turbulence and increasing the capacity for sedimentation of solids;

B. 5- Centrifugal pump (20) consisting of an element that performs, through the pipe (22), the suction of mixed liquor from the sedimented collecting system, and discharges through the pipe (11) to the Biological Reactor (2), passing through the dissolution system of atmospheric air or oxygen;

ç. - Gravitational Sedimentation Stage (9) of solids not separated in the Hydrodynamic Separator, which comprises the following devices:

c.1- Liquor distribution system from the Separator, which consists of a tubular device (32) that receives the flow from the pipe (10), to reduce the jet speed and distribute the inlet flow to the downward direction;

c.2- Collector system or bottom sludge scraper, which consists of an inclined wall (13) composing a maximum angle of 60 ° with the opposite wall, where the sludge that sedimented it slides by gravity to the collection point, or to cases of large sedimenters, it consists of a bottom scraper machine, which scraps the sludge to the center of the Sedimentator (9) to be transferred to the silt pit (20);

c.3- Sludge pumping and storage system that consists of competition 870160049749, of 06/09/2016, p. 28/37

3/5 sludge storage compartment (20) connected to the bottom of the sedimenter by the pipe (14) and equipped with a centrifugal pump (15) to re-feed the recycled sludge to the Biological Reactor, and discard a portion of the sludge through the pipe (18) by flow controlled by the valve (19);

c.4- Decanted water collection system comprising the spillway (16) and the decanted and treated water discharge pipe (17), with the flow affluent to the Gravitational Sedimentator entering the pipe (10) and being distributed to the entire section of the Pelletizer through the liquor distribution system (32).

2) AEROBIC BIOLOGICAL PROCESS OF ACTIVATED SLUDGE WITH HYDRODYNAMIC SEPARATION OF SOLIDS, according to claim 1, characterized by containing means for the hydrodynamic separator (4) to use the same energy consumed for the dissolution of oxygen by the ejector (23), in depending on the use of the same hydraulic pump (20).

3) AEROBIC BIOLOGICAL PROCESS OF ACTIVATED SLUDGE WITH HYDRODYNAMIC SEPARATION OF SOLIDS, according to claim 1, characterized by containing means for the concentration of microorganisms that enter the secondary decanter (9) to be lower than the concentration inside the biological reactor ( 2) by the action of the hydrodynamic separator (4).

4) BIOLOGICAL AEROBIC PROCESS OF ACTIVATED SLUDGE WITH HYDRODYNAMIC SOLID SEPARATION, according to claim 1, characterized by containing means to increase the flow capacity of the effluent to be treated, in relation to a conventional activated sludge, depending on the retention efficiency of solids from the hydrodynamic separator.

5) HYDRODYNAMIC SEPARATOR FOR OPERATION IN EFFLUENT TREATMENT STATION, characterized by comprising compartment, tank or equipment of the Activated Sludge process using the Hydrodynamic Separator formed by the housing (3), which can be constructed of different materials such as fiberglass , steel, concrete, etc; understand the spillway set (7) that has the function of collecting the decanted effluent, with the lost solids that were not retained by the Hydrodynamic Separator; understand the Vertedor (7) where the perforated tubes for collecting decanted effluent are attached (28); understand perforated tubes responsible for the admission of decanted effluent and

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4/5 forwarding to the main box (7); understand perforated tubes for collecting decanted liquid (28) with a diameter of 150 to 250 mm; understand holes for the collection of decanted effluent (26), with an approximate diameter of 15 to 30 mm, positioned in the decantate collection tube (28); comprising discharge tube (10) being responsible for the discharge of supernatant from the hydrodynamic separator; understand a set of laminar separation elements (8) being used to aid in the sedimentation of the particle, since it allows the transformation of the hydraulic regime from turbulent to laminar, by reducing the hydraulic radius in your region; contain the laminar separation element consisting of thin sheets (8), fixed to the housing with an inclination angle of 60 ° in relation to the horizontal with 5 to 15 cm spacing between the sheets, and the width of the sheets is 1.0 to 1.5 m; understand set of collection of sedimented solids having the function of distributing the suction flow throughout the section of the hydrodynamic separator, so that the particle admitted in the separator receives a flow in the vertical direction, downward direction, generating a force whose magnitude depends on the coefficient dragging this particle in the environment in which it is found; contain a central tube for collecting sedimented solids (21) with a diameter of 200 to 400 mm, which receives the perforated tubes (29), to carry the liquid containing sedimented solids to the central tube; understand the perforated tubes connected to the central tube (21), containing holes (6) with diameters from 25 to 50 mm, distributed equidistantly along the tube, aiming to distribute the separation suction flow throughout the longitudinal section of the hydrodynamic separator ; understand the discharge tube of the liquid of sedimented solids (22), which connects to the suction of the hydraulic pump, which activates the hydrodynamic separator, whose repression is directed to the “jet aeration” equipment which, in turn, discharges into the reactor biological.

6) HYDRODYNAMIC SEPARATOR FOR OPERATION IN EFFLUENT TREATMENT STATION, according to claim 5, characterized by comprising a centrifugal pump (20) to produce the suction drag force operating in the biological flake governed by Stokes' law, to induce separation of vertically downward.

7) HYDRODYNAMIC SEPARATOR FOR OPERATION IN TRAPETITION STATION 870160049749, of 06/09/2016, p. 30/37

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EFFLUENT TREATMENT, according to claim 5, characterized by comprising laminar sedimentation blades (8) in order to reduce the number of Reynolds inside the hydrodynamic separator, by decreasing the hydraulic radius between the blades, changing from turbulent to more as close as possible to a laminar regime between the blades.

Petition 870160049749, of 9/6/2016, p. 31/37

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