BR112012018986B1

BR112012018986B1 - Método para reduzir a produção de lodo em um processo de tratamento de águas residuais

Info

Publication number: BR112012018986B1
Application number: BR112012018986-7A
Authority: BR
Inventors: Robert G. Whiteman
Original assignee: Robert G. Whiteman
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2020-09-29
Also published as: JP2013527023A; WO2011100089A3; PT2528869T; WO2011100089A2; US20110186510A1; BR112012018986A2; KR20190003816A; EP2528869A2; PL2528869T3; IN2012MN02051A; KR20140021953A; EP3549916A1; CN107352752A; KR20210054037A; CA2787971A1; EP2528869B1; US9409803B2; KR20220078722A; ES2736248T3; CN102844276A

Abstract

sistemas e métodos para redução de lodos produzidos por estações de tratamento de águas residuais. a invenção se refere a métodos e sistemas para remoção melhorada de lodo mantendo a qualidade do efluente. os métodos incluindo o direcionamento de uma corrente de entrada de águas residuais para uma estão de tratamento, a corrente possuindo um fluxo de pelo menos 20.000 galões por dia (76.000 l por dia); a corrente de entrada de águas residuais possuindo pelo menos 50 mg/l de sólidos e uma dbo de 100 mg/l; remoção de sólidos e da dbo da corrente de entrada de águas residuais na estação de tratamento para fornecer uma corrente efluente final; a corrente efluente final possuindo menos de 10% dos sólidos da corrente de águas residuais e menos de 10% de dbo da corrente de águas residuais; a remoção de sólidos e da dbo produzindo menos do que aproximadamente 0,25 mg de lodo (0,25 g/g) secundário por miligrama de remoção de dbo.

Description

Antecedentes

[001]As águas residuais geradas pela água de indústrias e municipalidades são comumente coletadas e destinadas a uma estação de tratamento para a remoção de vários poluentes físicos, químicos e biológicos antes de serem descarregadas em um corpo de água de recepção. Para efetuar o tratamento necessário, muitas estações de tratamento públicas e privadas empregam tanto métodos de tratamento físicos como biológicos. Os métodos físicos incluem triagem, moagem e sedimentação física que são processos eficazes para a remoção de sólidos maiores e mais pesados nas águas residuais. Entretanto, os sólidos menores e mais leves, e outros poluentes solúveis nas águas residuais resistem à remoção por métodos físicos. Para estes poluentes, os métodos de tratamento biológicos, tais como lodo ativado e filtros de go- tejamento são comumente empregados.

[002]As regulamentações de descargas de poluente de sistemas de tratamento de águas residuais municipais ficaram mais restritivas nos últimos anos. Em resposta, muitas municipalidades desenvolveram novos sistemas de tratamento de águas residuais ou adaptaram os sistemas existentes para reduzir a descarga de poluentes. Os poluentes podem ser de muitas formas sendo os mais comuns a Demanda bioquímica de Oxigênio (DBO), a Demanda Química de Oxigênio (DQO), o Total de Sólidos Suspensos (TSS), amónia, nitrogênio total, nitrato, nitrito e fósforo.

[003]Os sistemas de tratamento biológicos, tais como sistemas de lodo ativado convencionais e biorreatores de membrana são um método para reduzir os poluentes em um afluente de águas residuais. O termo "afluente" se refere a águas residuais ou outro líquido-bruto (não tratado) ou parcialmente tratado-fluindo para um reservatório, bacia, processo de tratamento ou instalação de tratamento ou estação de tratamento. Os sistemas de tratamento biológico são projetados e funcionam para reter uma quantidade adequada do lodo ativado de tal modo que a carga de poluente contida na massa de água tratada pelo sistema será adequadamente reduzida. A quantidade líquida definida como o peso ou massa de lodo ativo inútil produzido está relacionada ao Tempo de Retenção de Sólidos (TRS) do sistema. O TRS mínimo necessário para tratar vários poluentes sob várias condições é geralmente bem conhe-cido. Os sistemas de lodo ativado convencionais conservam o lodo ativado pelo uso de dispositivos de clarificação ou sedimentação e podem manter o lodo ativado adequado pelo uso de dispositivos de clarificação ou sedimentação e podem manter um TRS adequado para tratar poluentes contanto que o fluxo da concentração de lodo ativado e a sedimentabilidade do lodo ativado ou clarificadores que vai às bacias de sedimentação estejam dentro de limites razoáveis definidos pelos parâmetros de projeto, que dependem da área das bacias de sedimentação ou clarificadores e das características do lodo ativado. Os sistemas de biorreator de membrana conservam o lodo ativado pelo uso do equipamento de filtração em membrana e podem funcionar com sucesso no momento da concentração de lodo ativado significativamente mais alta do que é típico para sistemas convencionais de lodo ativado, mas são mais limitados na sua capacidade de processar altas taxas de fluxo ocasionais.

[004]Quando a carga de poluente ou os limites de capacidade hidráulicos são atingidos, as estações de tratamento se colocam em risco de violar o limite licenciado, com possibilidades de ação judicial federal ou estadual, e restrições ou proibições de crescimento doméstico e industrial dentro da área de serviço do sistema de coleta dos serviços de tratamento. Tipicamente, as estações de tratamento de águas residuais sofrem expansão física para se adequarem às necessidades da carga hidráulica aumentada. Mas, a expansão física é cara e muitas vezes necessita de área adicional, que pode não estar disponível, adjacente às instalações existentes, particularmente em grandes cidades, onde o custo da área é elevado.

[005]Por isso, é desejável encontrar um modo de aumentar a carga de volumétrica ou mássica de poluente e a capacidade hidráulica das instalações sem necessidade de expansão das instalações físicas. Uma vantagem significativa da presente invenção sobre os métodos de técnica anterior de processamento de lodo é que a carga volumétrica de poluentes pode ser substancialidade aumentada com a adição de um biofermentador nas instalações físicas existentes. Além disso, é também uma característica e uma vantagem da presente invenção que o processo de lodo melho-rado produz um lodo biológico com características de sedimentação melhoradas. Ca-racterísticas de sedimentação melhoradas permitem aumentos na carga hidráulica sem necessidade de um aumento no tamanho dos elementos físicos do sistema de lodo ativado porque a perda líquida e/ou a produção de lodo são mais baixas. Outra vantagem é uma redução de custos operacionais, tais como de produtos químicos, mão-de-obra, energia e transporte porque há menos lodo biológico a ser manejado nos processos de manejo e despejo de lodo, o que tipicamente representa de 40 a 50% dos custos operacionais de uma estação de tratamento de águas residuais. Justamente por isso, as novas instalações de tratamento de águas residuais podem ser construídas em menores tamanhos, com uma necessidade muito reduzida das instalações de manejo de lodo e consequentemente por custos de capital mais baixo do que os sistemas conhecidos. Para os sistemas de tratamento de águas residuais existentes que necessitem de um upgrade pode ser possível eliminar as necessidades para expansão de capital ou as partes atrasadas da expansão ou toda a expansão. Adicionalmente, o tempo entre os despejos de lodo biológico pode ser estendido em 25-50 % para o processamento de lodo ativado em um digestor aeróbico ou anaeró- bico, e desse processamento, para a etapa de desaguamento tal como por leito de secagem, filtro prensa ou centrífuga, em 25-50 %. Este tempo adicional significa menos exigências de mão-de-obra, menos equipamento, menos uso de energia e menos uso de produtos químicos.

Sumário

[006]A invenção se refere a um método melhorado para remoção de lodo mantendo a qualidade do efluente. O método inclui o direcionamento de uma corrente de entrada de águas residuais para uma estação de tratamento, a corrente possuindo um fluxo de pelo menos 20.000 galões por dia (76.000 L por dia); a corrente de entrada de águas residuais possuindo pelo menos 50 mg/L de sólidos e uma DBO de 100 mg/L; remoção de sólidos e da DBO da corrente de entrada de águas residuais na estação de tratamento para fornecer uma corrente efluente final; a corrente efluente final possuindo menos de 10 % de sólidos da corrente de águas residuais e menos de 10 % da DBO da corrente de águas residuais; a remoção de sólidos e da DBO produ-zindo menos do que aproximadamente 0,25 libras de lodo secundário por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 200 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,25 libras de lodo secundário por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 400 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,25 libras de lodo secundário por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 50 mg/L de sólidos e uma DBO de 100 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,125 libras de lodo secundário por libra (0,125 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 200 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,125 libras de lodo secundário por libra (0,125 g/g) da DBO removida.

[007]Em outra modalidade, a invenção se refere a um método melhorado para remoção de lodo mantendo a qualidade do efluente. O método inclui o direcionamento de uma corrente de entrada de águas residuais para uma estação de tratamento, a corrente possuindo um fluxo de pelo menos 20.000 galões por dia (76.000 L por dia); a corrente de entrada de águas residuais possuindo pelo menos 50 mg/L de sólidos e uma DBO de 100 mg/L; remoção de sólidos e da DBO da corrente de entrada de águas residuais na estação de tratamento para fornecer uma corrente efluente final; a corrente efluente final possuindo menos de 10 % dos sólidos da corrente de águas residuais e menos de 10 % da DBO da corrente de águas residuais; a remoção de sólidos e da DBO produzindo menos do que aproximadamente 0,25 libras do lodo biológico por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 200 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,25 libras do lodo biológico por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 400 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,25 libras do lodo biológico por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 50 mg/L de sólidos e uma DBO de 100 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,125 libras do lodo biológico por libra (0,125 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 200 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,125 libras do lodo biológico por libra (0,125 g/g) da DBO removida.

[008]Em outra modalidade, a invenção se refere a um método melhorado para remoção de lodo mantendo a qualidade do efluente. O método inclui o direcionamento de uma corrente de entrada de águas residuais para uma estação de tratamento, a corrente possuindo um fluxo de pelo menos 20.000 galões por dia (76.000 L por dia); a corrente de entrada de águas residuais possuindo pelo menos 50 mg/L de sólidos e uma DBO de 100 mg/L; a remoção de sólidos e da DBO da corrente de entrada de águas residuais na estação de tratamento para fornecer uma primeira corrente efluente final; a primeira corrente efluente final possuindo menos de 10 % dos sólidos da corrente de águas residuais e menos de 10 % da DBO da corrente de águas residuais; tratamento da corrente de águas residuais pela adição de uma batelada de tratamento de um biofermentador, em que o peso de lodo removido é reduzido de pelo menos aproximadamente 10 % sem aumentar os sólidos e a DBO na corrente efluente final. No método, a batelada de tratamento pode ser adicionada ao digestor anaeró- bico, à bacia de equalização e/ou ao clarificador primário. No método o peso de lodo removido pode ser reduzido em pelo menos aproximadamente 25 % sem aumentar os sólidos e a DBO na corrente efluente final. No método, o peso de lodo removido pode ser reduzido em pelo menos aproximadamente 50 % sem aumentar os sólidos e a DBO na corrente efluente final.

[009]Em ainda outra modalidade, a invenção se refere a um método melhorado para remoção de lodo mantendo a qualidade do efluente. O método inclui o direcionamento de uma corrente de entrada de águas residuais para uma estação de tratamento, a corrente possuindo um fluxo de pelo menos 20.000 galões por dia (76.000 L por dia); a corrente de entrada de águas residuais possuindo pelo menos 50 mg/L de sólidos biológicos e a DBO de 100 mg/L; remover sólidos biológicos e a DBO da corrente de entrada de águas residuais na estação de tratamento para fornecer uma corrente efluente final; a corrente efluente final possuindo menos de 10 % dos sólidos biológicos da corrente de águas residuais e menos de 10 % da DBO da corrente de águas residuais, a remoção de sólidos e da DBO produzindo menos do que aproximadamente 0,25 libras de sólidos biológicos por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, o lodo pode ser um lodo primário, um lodo biológico, e ou o lodo pode compreender um lodo primário e um lodo biológico. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 200 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,25 libras de sólidos biológicos por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 400 mg/L e o sólido removido pode ser menos de a corrente de águas residuais aproximadamente de entrada pode ter pelo menos aproximadamente 50 mg/L de sólidos e uma DBO de 100 mg/L e os sólidos removidos são menos do que aproximadamente 0,125 libras de sólidos biológicos por libra (0,125 g/g) de DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 200 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,125 libras de sólidos biológicos por libra (0,125 g/g) da DBO removida.

[0010]Em uma modalidade adicional, a invenção se refere a um método melhorado para remoção de lodo mantendo a qualidade do efluente. O método inclui o direcionamento de uma corrente de entrada de águas residuais para uma estação de tratamento, a corrente possuindo um fluxo de pelo menos 20.000 galões por dia (76.000 L por dia); a corrente de entrada de águas residuais possuindo pelo menos 50 mg/L de sólidos ou uma DBO de 100 mg/L; remoção de sólidos e da DBO da corrente de entrada de águas residuais na estação de tratamento para fornecer uma corrente efluente final; a corrente efluente final possuindo menos de 10 % dos sólidos da corrente de águas residuais e menos de 10 % da DBO da corrente de águas residuais; a remoção de sólidos e da DBO produzindo menos do que aproximadamente 0,25 libras de lodo secundário por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 200 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,25 libras de lodo secundário por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 400 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,25 libras de lodo secundário por libra da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 50 mg/L de sólidos e uma DBO de 100 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,125 libras de lodo secundário por libra (0,125 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 200 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,125 libras de lodo secundário por libra (0,125 g/g) da DBO removida.

[0011]Em ainda outra modalidade, a invenção se refere a um método melhorado para remoção de lodo mantendo a qualidade do efluente. O método inclui o direcionamento de uma corrente de entrada de águas residuais para uma estação de tratamento, a corrente possuindo um fluxo de pelo menos 20.000 galões por dia (76.000 L por dia); a corrente de entrada de águas residuais possuindo pelo menos 50 mg/L de sólidos ou uma DBO de 100 mg/L; a remoção de sólidos e da DBO da corrente de entrada de águas residuais na estação de tratamento para fornecer uma corrente efluente final; a corrente efluente final possuindo menos de 10 % dos sólidos da corrente de águas residuais e menos de 10 % da DBO da corrente de águas residuais; a remoção de sólidos e da DBO produzindo menos do que aproximadamente 0,25 libras do lodo biológico por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 200 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,25 libras do lodo biológico por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 400 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,25 libras do lodo biológico por libra (0,25 g/g) da DBO removida. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos apro-ximadamente 50 mg/L de sólidos e uma DBO de 100 mg/L e a DBO removeu. No método, a corrente de entrada de águas residuais pode ter pelo menos aproximadamente 100 mg/L de sólidos e uma DBO de 200 mg/L e o sólido removido pode ser menor do que aproximadamente 0,125 libras do lodo biológico por libra (0,125 g/g) da DBO removida. Breve descrição dos desenhos FIG. 1 é um diagrama de fluxo do processo de lodo ativado convencional. FIG. 2 é um diagrama que ilustra um processo tratamento de águas residuais convencional. FIG. 3 é um diagrama ilustrando um exemplo de sequência de tratamento de águas residuais e processo. FIG. 4 é um diagrama ilustrando um exemplo de sequência de tratamento de águas residuais e processo.

Descrição detalhada dos desenhos e modalidades preferidas presentes.

[0012]Várias modalidades da presente invenção fornecem sistemas e métodos do tratamento de águas residuais. Muitas modalidades da invenção são capazes de receber um afluente que excede um ou mais padrões ambientais e descarga de um efluente que cumpre padrões ambientais atuais, inclusive limitações de DBO, DQO, TSS, amónia, nitrato, nitrito, nitrogênio total, e níveis de fósforo. Tais padrões ambientais de descarga são controlados sob ou pelo Sistema Nacional de Eliminação de Descarga de Poluente (NPDES). Os aspectos da invenção podem ser selecionados para maximizar a eficácia do tratamento e minimizar os custos operacionais durante a operação “normal”, ainda produzindo uma qualidade de descarga aceitável com o mesmo sistema até mesmo durante os períodos de entrada elevada.

[0013]Especificamente, a presente invenção se refere a um método de tratamento de águas residuais, no qual o lodo biológico líquido despejado ou produzido é reduzido.

Resumo.

[0014]A prática da presente invenção emprega, a menos que de outra maneira seja indicado, as técnicas convencionais das tecnologias de tratamento de águas residuais, que estão dentro das habilidades comuns de um operador técnico qualificado Classe 1 ou Classe A ou um Engenheiro Ambiental graduado. Tais técnicas e a definição de termos técnicos são explicados completamente na literatura, tal como, Operation of Wastewater Treatment Plants Manuals, A Field Study Training Program, 4a Edição, Volumes 1 e 2, California State University, Sacramento, 1993; Industrial Waste Treatment, A Field Study Training Program, California State University, Sacramento, 1991; Advanced Waste Treatment, A Field Study Training Program, Segunda Edição, California State University, Sacramento, 1993; e Operation and Maintenance Wastewater Collection Systems, A Field Study Training Program, Quarta Edição, Volumes 1 e 2, California State University, Sacramento, 1993, para certificação de operadores.

[0015]As águas residuais podem ser tratadas perto de onde são geradas (em tanques sépticos, biofiltros ou sistemas de tratamento aeróbico), ou coletadas e transportadas via uma rede de tubulação e as estações de bomba referidas como um sistema de coleta para uma instalação de tratamento de águas residuais. A coleta de águas residuais e o tratamento são tipicamente sujeitos a regulamentações locais, estatais e federais e a padrões. As fontes industriais de águas residuais muitas vezes necessitam de processos especializados de tratamento.

[0016]Tipicamente, o tratamento de águas residuais envolve três etapas, chamadas tratamentos primário, secundário, e terciário.

[0017]O estágio / tratamento primário ou de sedimentação consiste de tempo-rariamente manter as águas residuais de afluente em uma bacia estática onde os sólidos pesados podem se decantar no fundo enquanto as gorduras, os óleos, a graxa e os sólidos mais leves flutuam na superfície. Os materiais decantados e flutuantes são removidos e o líquido restante pode ser descarregado ou submetido ao tratamento secundário.

[0018]O termo “afluente” se refere a uma água residual ou outro líquido bruto (não tratado) ou parcialmente tratado, fluindo para dentro de um reservatório, bacia, processo de tratamento ou planta de tratamento ou instalação de tratamento.

[0019]Na etapa primária, as águas residuais fluem através de grandes tanques, comumente chamados “clarificadores primários” ou “tanques de sedimentação primários”. O termo "clarificador"se refere a tanques de decantação ou bacias de sedimentação”, que são tanques ou bacias nos quais as águas residuais são mantidas durante um período do tempo, durante o qual os sólidos mais pesados decantam no fundo e o material mais leve flutua na superfície da água. Os tanques são bastante grandes para que o lodo possa se decantar e flutuar o material, tal como graxa e os óleos que podem chegar à superfície e serem escumados. O objetivo principal da etapa de sedimentação primária é produzir tanto um líquido geralmente homogêneo capaz de ser tratado biologicamente como um lodo que pode ser separadamente tratado ou processado. Os tanques de decantação primários são normalmente equipados de raspadeiras mecanicamente dirigidas que constantemente direcionam o lodo coletado em direção a um saltador na base do tanque de onde pode ser bombeado a etapas de tratamento de lodo adicionais.

[0020]O termo "lodo", abrange “o lodo primário,” “lodo secundário” ou “lodo biológico” e diversamente "sólidos", estas três palavras são usadas aqui de modo tro- cável e dependendo do contexto, se referem à biomassa excessiva produzida durante o tratamento secundário (biológico) da biodegradação da matéria orgânica.

[0021]O termo “lodo primário” se refere a uns semi-resíduos líquidos que resultam da sedimentação que usa tratamento primário, sem tratamento adicional. Ele tipicamente inclui material orgânico, papel, matéria/sólidos fecais que decantam e são removidos do fundo do clarificador primário ou dragados da bacia de equalização ou um pré-tratamento. O lodo primário também pode incluir o lodo secundário onde a co- sedimentação do lodo secundário e primário é praticada nos clarificadores primários

[0022]Os termos “lodo secundário” ou “lodo biológico” se referem à biomassaa excessiva produzida durante o tratamento secundário (biológico) da biodegradação da matéria orgânica. O lodo secundário inclui o lodo ativado, o lodo misto, e o lodo quimicamente precipitado.

[0023]O termo "sólidos" se refere ao lodo primário, lodo secundário ou ambos.

[0024]O termo "biossólidos" se refere a um produto sólido primário, produzido por processos de tratamento de águas residuais.

[0025]A concentração/redução de sólidos via digestão anaeróbica combina os lodos primário e secundário. Os processos aeróbicos normalmente somente processam o secundário.

[0026]O lodo é tipicamente removido das águas residuais para manter o acúmulo de sólidos no processo biológico. Depois da remoção do lodo, ele pode sofrer um processo de manejo de lodo que pode tomar muitas formas do tratamento inicial para reduzir o volume do lodo usando digestão aeróbica ou anaeróbica, seguida de agentes químicos usando de etapa de concentração (floculantes ou polímeros) em máquinas, tais como centrífugas, prensas de correia para descarte final via aplicação de terra e incineração e aterro. O descarte de lodo e o subsequente processo de manejo é importante para manter a proporção alimento para microrganismo (razão F:M) em uma planta de lodo ativado, como a razão F:M é um parâmetro principal em determinação e controle da qualidade efluente. O termo “razão F:M” se refere à razão entre alimento e microrganismo, que é uma medida do alimento fornecido a bactérias em um tanque de aeração.

[0027]O tratamento secundário remove a matéria biológica dissolvida e suspensa. O tratamento secundário é tipicamente executado por microrganismos nativos, flutuantes em um hábitat gerenciado, nominalmente o sistema biológico de tratamento de resíduo. O tratamento secundário necessita que um processo de separação remova os microrganismos da água tratada antes da descarga ou tratamento terciário.

[0028]O tratamento terciário é às vezes definido como nada mais do que os tratamentos primário e secundário. A água tratada é às vezes desinfetada quimicamente ou fisicamente (por exemplo, por lagunas e microfiltração) antes da descarga em uma corrente, rio, baía, laguna, ou área alagada, ou ela pode ser usada para a irrigação de um campo de golfe, jardins ou parque. Se for suficientemente limpa, também pode ser usada para recarregar o lençol freático ou para objetivos agrícolas.

[0029]Geralmente, as águas residuais de afluente também podem ser pré- tratadas. O pré-tratamento remove materiais, tais como grandes objetos que podem ser facilmente coletados do esgoto bruto antes que eles danifiquem ou entupam as bombas e as escumadeiras dos clarificadores de tratamento primário. Isto é mais co- mumente feito com uma tela de barras automatizada mecanicamente limpa em plantas modernas que servem a grandes populações, enquanto em plantas menores ou menos modernas e manualmente limpas a tela pode ser usada. Andam a passo tipicamente pela ação de limpeza de uma tela de barras mecânica de acordo com o acúmulo nas telas bar e/ou taxa de fluxo. Os sólidos são coletados e depois descartados em um aterro ou incinerados.

[0030]O pré-tratamento também pode incluir uma areia ou canal de areia ou câmara onde a velocidade das águas residuais de entrada é cuidadosamente controlada para permitir areia, areia e pedras para decantar.

[0031]Depois do tratamento terciário, os lodos acumulados devem ser tratados e desfeitos em uma maneira segura e eficaz. O objetivo de digestão é reduzir a quantidade da matéria orgânica e o número de microrganismos causadores de doenças presentes nos sólidos. As opções de tratamento mais comuns incluem digestão anaeróbica, digestão aeróbica, e composição. A incineração também pode ser usada.

[0032]A escolha do método de tratamento de sólido de águas residuais depende da quantidade de sólidos gerada e outras condições específicas locais. Entretanto, em geral, a compostagem é mais frequentemente usada para aplicações em menor escala seguidas de digestão aeróbica e depois por digestão anaeróbica final para aplicações municipais em maior escala.

[0033]A digestão anaeróbica é um processo bacteriano que é realizado na ausência do oxigênio. O processo pode ser digestão termofílica, na qual o lodo é fermentado em tanques em uma temperatura de 55QC, ou mesofílica, em uma temperatura de aproximadamente 36 QC. Embora permitindo um tempo de retenção mais curto (e assim menores tanques), a digestão termofílica é mais cara quanto ao consumo de energia para aquecimento do lodo.

[0034]Uma característica principal da digestão anaeróbica é a produção do biogás (com o componente mais útil sendo o metano), que pode ser usado em geradores para produção de eletricidade e/ou em caldeiras para fins de aquecimento.

[0035]A digestão aeróbica é um processo bacteriano que ocorre na presença de oxigênio. Sob condições aeróbicas, as bactérias rapidamente consomem a matéria orgânica e convertem-na em gás carbônico. Os custos operacionais para digestão aeróbica são significativos por causa da energia usada pelos sopradores, as bombas e os motores que têm de acrescentar oxigênio ao processo mesmo com o advento recente da tecnologia de filtro de fibra de pedra que usa correntes aéreas naturais para oxigenação. A digestão aeróbica também pode ser atingida usando aeradores a jato para oxidar o lodo, que é também caro, mas menos caro do que os processos tradicionais.

[0036]A compostagem também é um processo aeróbico que envolve a mistura do lodo com fontes de carbono, tais como serragem, palha ou lascas de madeira. Na presença do oxigênio, as bactérias digerem tanto os sólidos de águas residuais como a fonte de carbono adicionada e, desse modo, produzem uma grande quantidade de calor.

[0037]A incineração do lodo é menos comum devido a preocupações de emissões gasosas e o combustível suplementar (tipicamente gás natural ou óleo combustível) necessário queimar o lodo de baixo valor calorífico e vaporizar a água residual. Múltiplos incineradores de piso de lareira com um alto tempo de residência bem como incineradores de leito fluidizado são os sistemas mais comuns usados para queimar o lodo de águas residuais. A queima compartilhada em plantas municipais de resíduos para geração de energia é ocasionalmente feita, esta opção é menos cara assumindo que as instalações já existam para resíduos sólidos bem como não haja necessidade de combustível auxiliar.

[0038]Quando um lodo líquido é produzido, pode ser necessário um tratamento adicional para torna-lo adequado para o descarte final. Tipicamente, os lodos são tornados espessos (desidratados) para reduzir os volumes transportados para fora do sítio para o descarte. Não há nenhum processo que completamente elimine a necessidade de se desfazer de biossólidos. Há, entretanto, uma etapa adicional que algumas cidades estão tomando para superaquecer o lodo de águas residuais e converter o "bolo" em pequenos grânulos peletizados que têm alta concentração de nitrogênio e outros materiais orgânicos e são usados como fertilizantes. Este produto pode ser depois vendido para agricultores locais e fazendas de pasto como regulador de solo ou fertilizante, reduzindo a quantidade do espaço necessário se desfazer do lodo em aterros. O fluido removido, chamado centrado, é tipicamente reintroduzido no pro-cesso de águas residuais.

[0039]Há tipos diferentes de sistemas de tratamento de águas residuais e processos. No exemplo do tratamento de águas residuais o sistema é um processo de lodo ativado, que é ilustrado na FIG. 1 com um diagrama de fluxo. Geralmente, durante a etapa de pré-tratamento, o afluente é primeiro avaliado para remover raízes, trapos, latas, e entulhos maiores, que depois podem ser rebocados a um aterro ou para possível moagem e retornam para o fluxo da planta. Em seguida, a areia e o cascalho são removidos do afluente durante a etapa de remoção de areia e as águas residuais são pré-aeradas para refrescar as águas residuais e ajudar a remover o óleo. O afluente é depois passado através de um metro de fluxo que mede e registra o fluxo. Depois do pré-tratamento, o afluente é submetido ao tratamento primário, inclusive sedimentação e flotação que remove materiais sedimentáveis e flutuáveis depois do tratamento primário, as águas residuais entram no tratamento secundário (também conhecido como tratamento biológico) para remover através de biodegradação os compostos orgânicos solúveis ou dissolvidos enquanto os sólidos suspensos são removidos via o aprisionamento por floco com a biodegradação alguma depois de algum tempo. Depois do tratamento secundário, as águas residuais entram no tratamento terciário onde as águas residuais são desinfetadas para matar organismos patogênicos, e normalmente são re-aeradas antes da descarga do efluente.

[0040]A FIG. 2 ilustra outro exemplo do processo de tratamento de águas residuais. Especificamente, esse é um exemplo de um sistema de oxigênio puro. O sistema de oxigênio puro é uma modificação do processo de lodo ativado. A diferença principal é o método de fornecer o oxigênio dissolvido ao lodo ativado. Em outros processos de lodo ativado, o ar é comprimido e liberado sob água para produzir uma interface ar-água que transfere o oxigênio para a água (oxigênio dissolvido). Se o ar comprimido não for usado, os aeradores superficiais agitam a superfície de água para levar o ar para a água para obter a transferência de oxigênio no sistema de oxigênio puro, as únicas verdadeiras diferenças são que o oxigênio puro é liberado em baixo da superfície ou dirigido para a água por meio de aeradores superficiais em vez de ar e os aeradores são cobertos. Neste processo o afluente é submetido à clarificação primária. Como mostrado na FIG. 2, o afluente é pré-tratado, depois submetido a um clarificador primário, reatores de oxigênio puro, e um clarificador secundário. O efluente pode ser contatado com cloro e descartado em águas de recepção. O lodo pode ser devolvido aos reatores de oxigênio puro ou combinado com o lodo tornado espesso do clarificador primário e submetido ao digestor anaeróbico primário e secundário. Os sólidos podem ser depois desidratados.

[0041]Outros processos de tratamento de águas residuais são conhecidos na técnica e podem ser usados de acordo com os métodos da presente invenção.

[0042]Métodos de Tratamento de Águas Residuais.

[0043]Em uma modalidade, a invenção é um método para tratamento de águas residuais, no qual o lodo líquido despejado e/ou produzido no método é reduzido.

[0044]No método, um sistema de biofermentação, que foi descrito em grande detalhe na Publicação U.S. No. 2003/0190742, os teores da qual são incorporados aqui em sua totalidade é são colocados on-site na estação de tratamento de águas residuais.

[0045]O sistema on-site é para o crescimento de micróbios no sítio ou a localização das águas residuais contaminadas e geralmente, inclui um tanque principal, uma entrada da água, uma saída para a batelada de tratamento, um aparelho de mistura, e um aparelho de controle de temperatura. O nutriente, a água e uns inóculos compreendendo micróbios são depositados no sistema on-site. Os inóculos são cultivados no sistema on-site para fornecer uma batelada de tratamento que inclui um número aumentado de micróbios. Pelo menos uma porção da batelada de tratamento é diretamente aplicada às águas residuais contaminadas, de tal modo que os micróbios não são isolados, concentrados ou liofilizados entre as etapas de crescimento e aplicação. Os micróbios reduzem contaminantes nas águas residuais contaminadas. Em grandes plantas de lodo ativado ou lagunas de única etapa um tanque de retenção pode ser usado para transferência da batelada de tratamento onde a batelada de tratamento pode ser diluída para criar um maior volume de bombeamento e para fins de dosagem para atingir a descarga contínua da batelada de tratamento.

[0046]De modo importante, o uso do sistema de biofermentação on-site leva em conta a inoculação suficiente, repetida dos micróbios funcionais (quer seja uma fonte exógena ou nativa) que permite que uma população microbiana seja estabelecida rapidamente e isenta da competição de uma população nativa indesejável, tal como micróbios filamentosos ou de tipo Zoogloeal, que causam o aglomerado. Há uma necessidade comercial tremenda de resolver tais problemas como micróbios filamentosos ou aglomerados de Zoogloeal, que podem aumentar o custo total de operação de uma instalação de tratamento de águas residuais em tanto quanto 20 a 25 %. A primeira área de custos de tratamento aumentados surge por causa da necessidade de usar auxiliares de decantação ou produtos químicos para clarificar a água e concentrar a biomassa no clarificador secundário. Os exemplos de tais produtos químicos incluem polímeros, bentonita, alume, ou sais férricos. A segunda área de custos aumentados surge devido à pobre desidratabilidade do crescimento de filamentosos e de Zoogoeal, aumentando assim a quantidade de equipamentos necessários para processar o lodo e a quantidade do polímero no desaguamento, e consequentemente os custos. A terceira área do custo aumentado surge quando mais mão-de-obra é necessária conforme a operação fica menos eficiente e os custos do transporte e taxas do aumento de despejo. O sistema de biofermentação fornece um processo que aplica o controle ou desloca os micróbios indesejáveis, tal como micróbios do tipo filamentoso ou Zoogloeal que causam problemas de sedimentabilidade e aglomeração. O processo de fermentação é usado para reduzir ou eliminar o uso do polímero para melhorar a sedimentação, minimizar o uso de produtos químicos de desaguamento, e minimizar a necessidade de manejo de lodo, custos de mão-de-obra, de transporte e taxas de descarte.

[0047]Adicionalmente, o processo de biofermentação leva em conta o fornecimento de uma concentração eficaz de micróbios desejados em um ponto da aplicação suficiente para tratar significativamente as águas residuais no ponto de aplicação. Otimamente, o inóculo é cultivado a uma concentração de aproximadamente 108-109 unidades de formação de colônia por mililitro (ufc/ml) para atingir uma inoculação mínima preferível de aproximadamente 103 a 104 ufc/ml no ponto da aplicação.

[0048]Os tipos de micróbio ou micróbios presentes no inóculo dependem do tipo de águas residuais a serem tratadas. O inóculo pode conter uma cepa única ou múltiplas cepas fornecidas como um líquido ou um produto seco. O produto seco é comumente liofilizado ou seco ao ar. Adicionalmente, os micróbios podem ser micróbios exógenos às águas residuais ou micróbios nativos podem ser isolados das águas residuais sob tratamento.

[0049]Os termos microrganismo, micróbio, ou organismo, como usado aqui, são trocáveis e, incluem fungos, leveduras, bactérias, e outros pequenos organismos unicelulares de biodegradabilidade.

[0050]Preferivelmente, os microrganismos para redução do lodo, que podem ser comprados da Advanced Biofermentation Services Inc., Fleming Island, FL, são usados para o tratamento de águas residuais em estações de tratamento de águas residuais onde a eficiência da remoção de DBO é baixa, o sistema é sobrecarregado, e/ou em qualquer estação de tratamento para reduzir custos operacionais relacionados ao manejo de lodo, que tipicamente representa aproximadamente 40 a 50 % dos custos operacionais de qualquer instalação.

[0051]Os exemplos de alguns micróbios com características de biodegrada ção particulares são fornecidos na Tabela 1. Tabela 1

Notas: Spp. = a espécie, estes podem variar, Subfiles é uma espécie do Bacilo; Putida é uma espécie de Pseudomonas; CO2 = gás carbônico.

[0052]A determinação que cultura ou a formulação de fabricante são as mais eficazes para tratar umas águas residuais particulares pode ser feita usando técnicas respirométricas padrão. O princípio da respirometria é medir a atividade de uma bio- massaa exposta a um substrato de teste em comparação com um controle contendo biomassaa e um substrato conhecido que dá um resultado predizível. O substrato a ser testado pode variar de uma corrente de resíduos químicos específicos ou de águas residuais combinadas. Os experimentos de respirometria podem ser ajustados para estimular ambientes aeróbicos ou anaeróbicos. As aplicações típicas da reespirome- tria incluem a avaliação do seguinte: tratabilidade de águas residuais municipais e industriais, toxicidade de correntes de resíduos específicas ou produtos químicos; bio- degradabilidade de produtos químicos; exigência de oxigênio bioquímica (DBO); e taxas de absorção de oxigênio (TAO).

[0053]Os microrganismos aeróbicos usam 0 oxigênio para cultivar e metabo- lizar substratos orgânicos. Para micróbios aeróbicos, considera-se que a taxa de absorção de oxigênio (TAO) é diretamente relacionada à estabilização orgânica, e consequentemente, relacionada à capacidade da formulação de biodegradar os resíduos orgânicos.

[0054]O equipamento de respirometria e os procedimentos de tratabilidade tanto de estudos aeróbicos como de anaeróbicos podem ser obtidos de fabricantes nos Estados Unidos, tais como Challenge Environmental Systems of Fayetteville, Ark.; Arthur Technology of Fond du Lac, Wis.; e Bioscience Management of Bethlehem, Pa. Os exemplos de estudos aeróbicos de tratabilidade podem ser encontrados em documentos técnicos, tais como Whiteman, G. R., TAPPI Environmental Conference-“Ap- plication of Selected Microbial Formulations in the Pulp and Paper Industry,” TAPPI Environmental Proceedings, Livro 1, páginas 235-238, abril de 1991; Whiteman, G. R., Gwinnett Industrial Conference-“Optimizing biological Processes-A Look Inside The Black Box,” abril de 1995; e Whiteman, G. R., TAPPI Environmental Conference- “Improving Treatment “Performance with Natural Bioaugmentation”, TAPPI Environmental Proceedings, Vancouver, BC, 1998; as divulgações das quais são aqui incorporadas pela referência.

[0055]Uma vez a eficácia de cada um isolado, isola, e/ou a formulação foi comparada usando técnicas de respirometria, depois o melhor pode ser selecionado como o inóculo do processo de fermentação descrito aqui. As culturas prontas, preparadas podem ser compradas de Advanced Biofermentation Services Inc., de Fleming Island, FL.

[0056]O termo "nutrientes" se refere a substâncias que devem apoiar plantas vivas e organismos. Os nutrientes principais são o carbono, o hidrogênio, o oxigênio, o enxofre, o nitrogênio, e o fósforo. Os nutrientes incluem tanto macronutrientes como micronutrientes. A composição típica de um micróbio é mostrada abaixo na Tabela 2, na qual é evidente que os micróbios diferentes têm composições diferentes. Os micróbios também têm capacidades diferentes de assimilar o nitrogênio em aminoáci- dos, os blocos de construção básicos de proteínas ou a purina ou bases de pirimidina de ácido ribonucleico (RNA) e ácido desoxirribonucleico (DNA). Por isso, os micróbios diferentes têm exigências diferentes de macronutrientes (nitrogênio e fósforo) e micronutrientes (por exemplos magnésio, cálcio, potássio, sódio, manganês, cobalto, níquel, zinco, ferro, cloreto e enxofre) para otimizar o processo de fermentação. Ver Introductory Microbiology por Levy, et al., a divulgação do qual é incorporada aqui pela referência para obter informações sobre macronutrientes e micronutrientes inclusive concentrações de micróbios fastidiosos (difíceis de crescer), como para determinar se um micronutriente particular é necessário, e as explicações do papel de nutrientes em geral. Tabela 2

[0057]A biomassa ativa, principalmente composta de bactérias, em uma instalação biológica de tratamento contém nitrogênio de 8 a 15 % para a maioria das bactérias, mais tipicamente fósforo de 12 a 12,5 % e de 2 a 5 %, mais tipicamente 2,3 a 2,6 %. O fósforo é importante na formação do trifosfato de adenosina (ATP) que é como os micróbios armazenam a energia.

[0058]Os micróbios são compostos de proteínas, carboidratos, materiais gra- xos chamados lipídios, ou combinações destas substâncias. Particularmente, as proteínas são usadas para produzir enzimas que são a base do processo de biodegradação. Uma série de reações compõe o processo de biodegradação de qualquer substância orgânica particular. Uma enzima específica realiza cada reação. Estas enzimas são compostas de aminoácidos e às vezes cofatores, normalmente metais, que compõem os sítios reativos das enzimas onde a biodegradação e a conversão de uma substância orgânica se realizam. Otimamente, os micronutrientes estão presentes na quantidade suficiente para otimizar o processo de biodegradação ou a fermentação. Os micronutrientes incluem substâncias, tais como vitaminas, coenzimas, metais, ou os compostos inorgânicos necessitaram, tais como co-fatores para a produção de enzimas, coenzimas ou para o crescimento celular. Por exemplo, o enxofre é necessário para a assimilação da cisteína de aminoácidos essencial e metionina. A informação quanto ao papel de tais micronutrientes, tais como coenzimas, inclusive ácido fólico, ácido pantotênico (Coenzima A), a vitamina B12 (cobamida), biotina, ácido de nicotí- nico ou nicotinamida (NAD), a vitamina B1 (tiamina, a vitamina B2 (riboflavina, a vitamina B6 (piridoxina), lipóico o ácido ácido e ascórbico é encontrado em Bioquímica, Segunda Edição, Albert L. Lehninger, Wort Publishers Inc, 1975, ISBN: 0-87901-047- 9, e Introductory Microbiology por Levy, et al., John Wiley & Sons Inc, 1973, ISBN 0- 471-53155-3, as divulgações dos quais são incorporadas aqui pela referência.

[0059]Como mencionado anteriormente, o tipo de micróbio ou micróbios usados no processo de tratamento de águas residuais da presente invenção depende do tipo do problema de águas residuais a ser abordado. Os micróbios usados mais frequentemente são bactérias, e o mais comumente, as bactérias aeróbicas, mesofílicas são usadas. As bactérias aeróbicas usam o oxigênio para metabolizar a matéria orgânica, como medido, por exemplo, pela exigência de oxigênio bioquímica (DBO), exigência de oxigênio química (DQO), carbono orgânico total (TOC), ou carbono total (TC). É também possível usar bactérias facultativas, que podem metabolizar com ou sem oxigênio, ou bactérias anaeróbicas, que não usam o oxigênio. As bactérias também são classificadas em relação à temperatura na qual eles crescem otimamente. As temperaturas ótimas são, para termófilos: 55 a 75 °C.; para mesófilos: 30 a 45 °C.; e para psicrófilos obrigatórios: 15 a 18 °C.

[0060]A aplicação ou o uso tal processo de biofermentação local e sistema resultam em uma perda líquida de lodo mais baixo e/ou produção de qualquer estação de tratamento de águas residuais municipal ou industrial.

[0061]Uma sequência de tratamento de águas residuais preferível e os processos de acordo com a presente invenção são geralmente ilustrados em FIGS. 3 e 4. Os métodos, entretanto, não são limitados a nenhum sistema particular ilustrado nos desenhos ou detalharam acima, qualquer aparelho que permite o desempenho de um método da invenção pode ser usado em vez disso.

[0062]Em relação à FIG. 3, o tratamento de águas residuais de acordo com os métodos da presente invenção inclui um pré-tratamento, tratamento primário (químico e físico), tratamento secundário (remoção de sólidos suspensos e orgânicos dissolvidos), tratamento terciário, tratamento de lodo, despejo de lodo e despejo líquida.

[0063]As etapas de tratamento específicas do método de tratamento de águas residuais da presente invenção são mostradas em FIG. 4.

[0064]A etapa de pré-tratamento inclui a triagem e a remoção da areia, a igualação e o armazenamento e a separação de óleo. O tratamento primário químico inclui pelo menos 2 etapas de neutralização e adição química e coagulação. O tratamento primário físico inclui múltipla flotação, sedimentação e etapas de filtração. O tratamento secundário de orgânicos dissolvidos inclui o lodo ativado, a laguna anaeróbica, a lagoa aerada de filtro de gotejamento, a bacia de estabilização, contatador biológico giratório e o filtro. A remoção sólida suspensa do tratamento secundário inclui a sedimentação dos sólidos ou a bacia de aeração interna possuindo um ciclo mudo (SBR) ou o uso de membranas. Em seguida, as águas residuais sofrem o tratamento terciário, que inclui a coagulação e a sedimentação, a filtração, a absorção de carbono, a troca iônica e a membrana. O lodo que resulta das etapas de tratamento está depois disponível para o tratamento de lodo. Especificamente, o lodo pode ser tratado por digestão ou combustão líquida. O lodo também pode ser tornado espesso (desidratado) pela gravidade ou a flotação para reduzir os volumes transportados para fora do sítio para o descarte. Também, o lodo pode ser tratado por filtração de pressão, filtração a vácuo, centrifugação ou formação de lagoa ou leitos de secagem. Depois do tratamento do lodo, o lodo pode ser descartado por incineração, despejo oceânico e aterro. As águas residuais diluídas tratadas também podem ser dispostas nas águas de recepção, controlaram ou transportaram a descarga, a aplicação de superfície de despejo oceânica ou o vazamento de lençol de água, a evaporação e a incineração. As águas residuais orgânicas concentradas podem ser dispostas por injeção em poço profundo ou incineração.

[0065]Surpreendentemente, o processo de tratamento de águas residuais que incorpora o sistema de biofermentação local utilizando micróbios reduzem o lodo da presente invenção resulta em uma perda líquida e/ou produção de lodo mais baixa.

[0066]Especificamente, tipicamente, para cada 1 libra (lb) da DBO tratada pelo sistema secundário, se esperaria que 0,5 libras (lb) do lodo seriam desperdiçadas e/ou produzidas. Baseado em cargas da DBO do afluente e remoção típica de 90 % da DBO pela maior parte dos sistemas biológicos isto seria equivalente ao lodo de 0,45 libras produzido por 1 libra de DBO que entra na planta.

[0067]As taxas de produção de lodo biológicas variam para os diferentes constituintes de águas residuais, por exemplo, gordura, óleo e/ou graxa (FOG) poderiam produzir 0,7 a 0,8 libras de lodo/lb da DBO reduzida, enquanto os produtos químicos, tais como benzeno ou fenol podem ser tão baixos como 0,25 libras de lodo/lb da DBO reduzida.

[0068]Entretanto, quando um sistema de biofermentação que usa como os seus micróbios de redução do lodo de batelada de tratamento é instalado local na estação de tratamento de águas residuais, de acordo com os métodos da presente invenção, para cada 1 lb da DBO tratada pelo sistema secundário, 0,125 libras do lodo são desperdiçados e/ou produzidos. Baseado nas cargas de DBO de afluente e remoção típica de DBO de 90 % pela maior parte de sistemas biológicos isto seria equivalente a 0,112 lb do lodo produzido por lb de DBO que entra na planta, que é significativamente menor do que um dos normalmente versados na técnica esperaria baseado na quantidade do afluente entrando na estação de tratamento.

[0069]Sem estar preso a um mecanismo em particular, acredita-se que a perda líquida de lodo mais baixo e/ou produção pode ser atribuída, por exemplo ao número aumentado de micróbios presentes no sistema e disponível para o processo de biofermentação como descrito na Publ. U.S. N°. 2003/0190742. Aumentando o número de micróbios viáveis no sistema biológico, isso essencialmente reduz a razão F:M, que significa micróbios mais viáveis com menos alimento para comer. Por sua vez, isto resultaria no metabolismo celular dos micróbios que usam DBO para manutenção celular em vez de crescimento celular. Esse último, por isso, resultaria na menor produção de lodo biológico. Além disso, ou alternativamente, o benefício de reduzir os micróbios filamentosos (no sistema de lodo ativado) resulta em uma melhor sedimentação do lodo levando em conta mais lodo a ser transportado no sistema biológico reduzindo assim a razão F:M aumentando o TRS. Esta redução da F:M e os aumentos no TRS são um método clássico de reduzir a perda líquida de lodo conforme o lodo se autodigere no sistema biológico resultando em mais baixa perda líquida de lodo.

Exemplos. Exemplo 1. Cidade de Gray

[0070]A meta deste estudo foi melhorar a eficiência de tratamento de DBO e a capacidade hidráulica na estação de tratamento de águas residuais de lodo ativado na Cidade de Gray, já que o sistema de tratamento convencional muitas vezes era sobrecarregado em uma base diária na capacidade de projeto.

[0071]Antes do tratamento, a Cidade de Gray tinha um sistema de lodo ativado de embalagem convencional do tratamento de águas residuais projetado para tratar 400.000 galões por dia (Ipd) de águas residuais municipais com um digestor aeróbico integrado e 4 leitos de secagem. Tipicamente, o lodo foi despejado nos leitos de secagem após os primeiros 90 dias como era a prática normal antes do início do inverno.

[0072]Um sistema de biofermentação Modelo 250, que pode ser comprado da Advanced Biofermentation Services, Fleming Island, FL e instalado como anteriormente descrito na Publ. U.S. N°. 2003/0190742, foi ajustado no local adjacente ao sistema de lodo ativado a ser tratado.

[0073]O biofermentador Modelo 250 foi ajustado para alimentar 30 galões diariamente de 1/4 de uma batelada de tratamento de resistência, incluindo os micróbios para remoção da DBO com o nome comercial “Biobooster for BOD removal” que pode ser comprado da Advanced Biofermentation Services, Fleming Island FL. Uma batelada de tratamento de potência total é definida como a adição de 10 libras de bionutriente (o nutriente usado para cultivar os micróbios) ao biofermentador. Como Tal, 1/4 de uma batelada de tratamento de resistência é equivalente a % ou 2,5 libras. O bionutriente usado no processo pode ser comprado da Advanced Biofermentation Services, Fleming Island FL.

[0074]O processo de biofermentação foi inicialmente ajustado para 90 dias antes do inverno. Dentro dos 90 dias de começar o tratamento, as melhoras significativas no processo de tratamento foram observadas pelos operadores, incluindo a capacidade hidráulica melhorada sem perda de TSS no efluente durante os picos de fluxo (às vezes maior do que 1 MGD) e melhor remoção de DBO. Tal observação foi produzida visualmente e anotada pelos operadores.

[0075]Na Primavera do ano seguinte, surpreendentemente notou-se que o despejo do lodo aos leitos de secagem não ocorria e mais atenção foi dada ao processo de despejo do lodo.

[0076]Vários meses depois a cidade observou que houve uma redução de 75 % na produção de lodo que foi observada pela falta do uso dos leitos de secagem. A cidade já tinha iniciado a aquisição de uma nova prensa de esteira e numa construção custando US$ 800,000 para substituir os leitos de secagem. Se a cidade tivesse percebido que a biofermentação poderia reduzir o despejo líquido de lodo e/ou sua produção, então a cidade não teria aprovado a despesa.

[0077]De modo importante, a Cidade de Gray notou uma redução de 65 % no uso de polímero e a capacidade hidráulica foi aumentada em 50 %. Também, quaisquer problemas de espuma/uso de antiespumante foram eliminados. Tudo isso resultou em um processo melhorado de tratamento de águas residuais.

Exemplo 2.

[0078]A instalação de tratamento de águas residuais da cidade de Dublin (WWTP) usou o alume para precipitar sólidos suspensos e a DBO associada fora do efluente final durante os últimos oito (8) anos. A planta é uma planta de filtro de gotejamento de 4,0 MGD, com dois filtros de deslocamento de areia na extremidade que produzem água reutilizável. O WWTP tem três licenças: (B1)4 MGD, 30 DBO, 30 TSS (B2)4 MGD, 25 DBO, 15 TSS (B3)4 MGD, 25 DBO, 30 TSS

[0079]Para melhorar a remoção da DBO, reduzir o uso de alume nos clarificadores secundários usados para a clarificação, e desenvolver uma biologia mais saudável para alcançar o potencial total do processo, um processo de biofermentação, tal como descrito aqui foi implementado na Cidade de Dublin WWTP.

[0080]Especificamente, um sistema de biofermentação Modelo 250, que pode ser comprado da Advanced Biofermentation Services, Fleming Island FL e instalado como anteriormente descrito na Publ. U.S. N°. 2003/0190742, foi ajustado no local adjacente ao sistema do filtro de percolação. O Modelo 250 foi ajustado para alimentar 60 galões diariamente de % de potência de uma batelada de tratamento usando uma cultura específica desenvolvida para redução do lodo chamado “biorreforço para redução do lodo”, que pode ser comprado da Advanced Biofermentation Services Inc, Fleming Island, FL.

[0081]O tratamento foi realizado por 45 dias.

[0082]Após 45 dias de uso do processo de biofermentação, a cidade foi capaz de interromper o uso do alume economizando para a cidade aproximadamente US$ 100,000.

[0083]Também, aumentou o crescimento de algas nas rochas do filtro de gotejamento, a DBO do efluente foi reduzida e TSS atingiu uma remoção de 85 % sem o uso do alume. Houve também uma redução perceptível da quantidade de lodo biológico, que resultou na utilização da prensa de cinco dias por semana, produzindo dois reservatórios por dia (consumindo um rolo de 20 yards, cada), para uma utilização da prensa uma vez ou duas vezes por semana produzindo um reservatório por dia (consumindo um rolo de 20 yards).

[0084]Notavelmente, após 6 meses de operação as prensas eram utilizadas uma vez cada duas semanas. Isto representou uma redução de mais de 70 % nos custos de manutenção do lodo. O digestor também foi melhorado (incluindo o lodo primário e o lodo secundário). Especificamente, o lodo de digestor foi alterado de 11/2 % de sólidos para 3 % de sólidos e um sobrenadante mais limpo saindo dos digesto- res.

Exemplo 3 (Preditivo)

[0085]Método para melhorar digestão anaeróbica de lodo.

[0086]Outra aplicação reconhecida dos resultados surpreendentes em Dublin é a possibilidade de melhorar digestão anaeróbica de lodo.

[0087]Para 0 tratamento do digestor anaeróbico de lodo, um biofermentador (comprado da Advanced Biofermentation Services, Fleming Island, FL) foi ajustado no local do digestor para acrescentar uma batelada de tratamento diretamente ao digestor. A taxa de dosagem pode variar baseado no volume do digestor. Entretanto, tipicamente para um digestor de menos que 1 MGV, a taxa de dosagem é 10 - 60 galões por dia de uma potência de batelada de % a V2.

[0088]Para atingir taxas mais rápidas do metabolismo as taxas de dosagem são dobradas ou quadruplicadas, conforme necessário para obter os resultados desejados.

[0089]O custo-benefício para 0 cliente é dependente de qualidade melhorada do sobrenadante do digestor e espessura dos sólidos que ajudariam a desidratabili- dade e resultam em custos mais baixo de produtos químicos/polímeros para a desidratação. Também, os custos de operação seriam devidos a menos mão-de-obra e frequência mais baixa de descarte. Além disso, a eficiência de tais digestores anaeró- bicos é melhorada onde a capacidade de digestão é limitada evitando assim um dispêndio de capital ou minimizando as necessidades da despesa.

Exemplo 4 (Preditivo).

[0090]Método para melhorar digestão de lodo em uma bacia de equalização.

[0091]Outra aplicação reconhecida dos resultados surpreendentes na cidade de Gray é a possibilidade de melhorar a digestão do lodo na bacia de equalização, que são tipicamente usadas por diversas pequenas cidades antes do tratamento em uma planta de empacotamento. Também, um pré-tratamento caro e/ou clarificadores primários podem ser evitados.

[0092]Para o tratamento do lodo da bacia de equalização um biofermentador (comprado da Advanced Biofermentation Services, Fleming Island, FL) é montado ao local da bacia de equalização para acrescentar uma batelada de tratamento diretamente para a bacia de equalização na entrada da planta de águas residuais.

[0093]A taxa de dosagem poderia estar baseada no volume da bacia de equalização ou no fluxo de entrada. Entretanto, tipicamente, o volume do fluxo de entrada para menos do que 1 - 3 MGV seria 10-60 galões por dia de um % a 1/2 de potência da batelada. O aumento de escala para plantas maiores seria proporcional. Para atingir taxas mais rápidas do metabolismo as taxas de dosagem podem ser dobradas ou quadruplicadas deverá ser necessária para obter os resultados desejados.

[0094]O custo benefício ao cliente seria dependente da remoção da DBO que melhora através da bacia de equalização e reduzindo o acúmulo de sólidos e evitando ou transferindo a necessidade de dragar sólidos. A dragagem é extremamente cara já que envolve custos do equipamento de desaguamento, produtos químico/polímeros para desidratação, mão-de-obra, transporte e taxas de despejo. Além disso, o tratamento pode resultar na melhora da eficiência de tal capacidade de equalização onde tal capacidade é limitada, assim evitando o dispêndio de capital ou minimizando a necessidade de despesas.

Exemplo 5 (Preditivo).

[0095]Método para reduzir o lodo primário no clarificador primário antes do digestor anaeróbico.

[0096]Outra aplicação reconhecida dos surpreendentes resultados em Dublin seria a possibilidade de reduzir o lodo primário no clarificador primário antes do digestor anaeróbico já que o tratamento do lodo primário é altamente caro.

[0097]Para o tratamento do lodo de clarificador primário um biofermentador (comprado de Advanced Biofermentation Services, Fleming Island FL) é montado no local para acrescentar uma batelada de tratamento diretamente ao lodo do clarificador primário na entrada da planta de águas residuais.

[0098]A taxa de dosagem pode variar baseado no volume tratado pela instalação de tratamento de águas residuais. Entretanto, tipicamente, o volume tratado pela planta de águas residuais menor do que 1 - 3 MGV seria 10-60 galões por dia de um 1/4 a 1/2 potência de batelada. O aumento de escala para plantas maiores seria proporcional. Para atingir taxas mais rápidas do metabolismo as taxas de dosagem podem ser dobradas ou quadruplicadas e devem ser aquelas para se obter os resultados desejados.

[0099]O custo benefício para o cliente seria dependente da redução dos custos de manutenção de lodo do lodo primário, tais como os custos do equipamento de desaguamento, composto químico/polímero para desidratação, mão-de-obra, transporte, e taxas de despejo. Além disso, uma segunda vantagem estaria melhorando a eficiência de tais processos de manejo de lodo onde tal capacidade é limitada assim evitando dispêndio de capital ou minimizando a necessidade da despesa.

[00100]Todas as Patentes, Pedidos de Patentes, Pedidos Provisórios, e as Publicações mencionadas ou citadas são aqui incorporadas pela referência na sua integridade, incluindo todas as figuras e tabelas, até o ponto em que elas são sejam inconsistentes com os ensinamentos explícitos do presente relatório descritivo.

[00101]Embora várias modalidades da invenção tenham sido descritas, será evidente para aqueles normalmente versados na técnica que muitas outras modalidades e aplicações serão possíveis dentro dos limites da invenção. Consequentemente, a invenção não deve ser restrita exceto à luz das reivindicações anexadas e dos seus equivalentes.

Claims

1. Método para reduzir a produção de lodo em um processo de tratamento de águas residuais em pelo menos aproximadamente 10% enquanto reduzindo os sólidos e DBO em uma corrente final de efluente, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende tratar um fluxo de água residual em uma estação de tratamento de água residual pela adição de uma batelada de tratamento a partir de um biofermentador; em que o processo de tratamento de água residual compreende: direcionar a corrente de entrada de águas residuais para a estação de tratamento, a corrente possuindo um fluxo de pelo menos 20.000 galões por dia (76.000 L por dia) e a corrente de entrada de águas residuais possuindo pelo menos 50 mg/L de sólidos e uma DBO de 100 mg/L; remover sólidos e DBO da corrente de águas residuais na estação de tratamento para fornecer a corrente efluente final; a corrente efluente final possuindo menos de 10% dos sólidos da corrente de águas residuais e menos de 10% da DBO da corrente de águas residuais; em que o biofermentador é colocado on-site na estação de tratamento de águas residuais; em que nutriente, água e um inóculo compreendendo micróbios é depositado em um biofermentador on-site e o inóculo é cultivado no biofermentador colocado on- site para fornecer uma batelada de tratamento compreendendo micróbios; em que o inóculo é cultivado a uma concentração de aproximadamente 108 a 109 unidades de formação de colônia por mililitro (ufc/ml) para atingir uma inoculação mínima preferível de aproximadamente 103 a 104 ufc/ml no ponto da aplicação do tratamento em batelada; em que o biofermentador inclui um tanque principal, uma entrada para água, uma saída para a batelada de tratamento, um aparelho de mistura, e um aparelho de controle de temperatura; e em que a pelo menos uma porção da batelada de tratamento compreendendo micróbios é diretamente aplicada às águas residuais contaminadas, de tal modo que os micróbios não são isolados, concentrados ou liofilizados entre as etapas de crescimento e aplicação ao processo de tratamento de águas residuais, e em que a batelada de tratamento é adicionada à um digestor anaeróbico, uma bacia de equalização, um clarificador primário, um sistema de lodo ativado ou um sistema de filtro de percolação.