BR112015005607A2

BR112015005607A2 - Método e aparelho para remoção de nitrogênio no tratamento de água de rejeito

Info

Publication number: BR112015005607A2
Application number: BR112015005607A
Authority: BR
Inventors: Omari Ahmed; Wett Bernhard; B Bott Charles; Miller Mark; Regmi Pusker; N Murthy Sudhir
Original assignee: D C Water & Sewer Authority; Hampton Roads Sanitation Distr
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2019-12-17
Also published as: CA2884713C; CN105189368B; WO2014043547A1; US9346694B2; IL237606A0; JP6230032B2; KR102369453B1; RU2640767C2; EP4279459A2; SG10201914003SA; MX360501B; HK1212669A1; CN105189368A; IL237606B; CN107200397B; JP2015531683A; CN107200397A; US10005683B2; EP2895430A1; AU2013315133A1

Abstract

resumo método e aparelho para remoção de nitrogênio no tratamento de água servida" um ou mais reatores e um ou mais métodos de controle são usados para remoção de nitrogênio no tratamento de água servida para se atingir o controle me-dido da manutenção de altas taxas de oxidação de bactérias para oxidação de amô-nia (aob) ao mesmo tempo em que se consegue uma seleção de bactérias oxidan-tes de nitrito (nob), utilizando-se várias estratégias de controle, incluindo: 1) amônia e o uso de valores pré-ajustados para a amônia; 2)do operacional e o uso de valores pré-ajustados de do; 3) bioaumento de anammox e de fração de aob em flóculo mais leve; e 4) implantação de anoxia transitória em diversas configurações e condições de reator para remoção de nitrogênio oxidado utilizando-se anammox ou organismos heterotróficos. os controles descreveram máxima remoção de nitrogênio com aeração mínima, através do controle do srt transitório de anoxia e aeróbico, seleção de nob, e controle de concentrações de do ou intervalo de aeração mantendo-se as concentrações de amônia reagente (nh4) e nitrogênio oxidado (nox) aproximadamente iguais.

Description

MÉTODO E APARELHO PARA REMOÇÃO DE NITROGÊNIO NO TRATAMENTO DE ÁGUA DE REJEITO [001]Esse pedido reivindica o benefício do pedido provisório US 61/700.717, depositado em 13 de setembro de 21012, do pedido provisório US 61/708.498, depositado em 01 de outubro de 2012, e do pedido provisório US 61/783.232, depositado em 14 de março de 2013. As divulgações integrais dos pedidos provisórios US 61/700.717, US 61/708.498 e US 61/783.232 são incorporadas aqui como referência.

[002]A presente divulgação se refere de modo geral a sistemas e métodos para tratamento de água de rejeito. Normalmente a remoção de nitrogênio é a tarefa relativa ao tratamento que exige mais recursos em termos de volume de reator, energia de aeração e dosagem química. A presente divulgação visa trajetórias metabólicas mais eficientes quanto aos recursos na remoção de nitrogênio - a chamada remoção de nitrogênio por um atalho biológico. Aspectos da presente divulgação permitem a remoção do nitrogênio da água de rejeito para produzir um efluente de alta qualidade com menos energia, produtos químicos e custos.

[003]A supressão de bactérias oxidantes de nitrito (NOB) é uma précondição para a implantação de processos de remoção de nitrogênio por atalho biológico (ScBNR), tais como nitritação-desnitritação (ver Ciudad e outros, 2005; Gee e Kim, 2004, Ju e outros, 2007, Yoo e outros, 1999, Yu e outros, 2000, Zeng e outros, 2008), oxidação de amônia derivada de nitrito e anaeróbica com nitritação parcial (anammox) (ver Fux e outros, 2002, Hippen e outros, 1997, van Dorgen e outros, 2001, Wett, 2006, Wett, 2007, Wett e outros, 2010), e desamonificação. A supressão bem-sucedida da oxidação de nitrito pelo controle de NOB economiza 25% de oxigênio e 40% de carbono orgânico se comparada à nitrificação-desnitrificação convencional (ver Turk e Mavinic, 1986; Abeling e Seyfried, 1992). Nos processos de desamonificação, o controle de NOB resulta em benefícios adicionais pelas redu

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2/28 ções maiores na energia de aeração requerida, e custos reduzidos ligados ao doador de elétron e à manipulação de sólidos. A Figura 1, a Figura 2 e a Figura 3 mostra fluxogramas para a remoção de nitrogênio através de nitrificação/desnitrificação, nitritação/desnitritação e desamonificação convencionais (nitritação parcial + oxidação aeróbica com amônia), respectivamente.

[004]Nitrificação e desnitrificação simultâneas (SND) em um único tanque é altamente desejável ao se comparar com os sistemas convencionais, uma vez que tanques separados e a reciclagem de nitrato de solução misturado da zona de nitrificação aeróbica para a zona de desnitrificação anóxica não é requerida. Os benefícios da SND são aumentos ainda pela exploração da trajetória de derivação de nitrite como foi demonstrado pelo uso de controle de duração da aeração com potencial de redução de oxidação (ORP) (ver Guo e outros 2009) e o perfil do pH da amônia (ver Peng e outros, 2004). Os microambientes do reator (zonas aeróbicas e anóxicas que se desenvolvem dentro de um reator devido à combinação de mistura insuficiente com o modelo do reator) e os microambientes de floco (zonas aeróbicas e anaeróbicas que se desenvolvem dentro dos flocos de lama ativados) foram postulados como possíveis mecanismos para SND (Daigger e outros, 2007). É difícil incorporar estratégias de controle nos mecanismos acima mencionados para se atingir um desempenho de SND estável. As ocorrências de SND são reportadas em reatores com estágios, de circuito fechado (tais como vala de oxidação, Orbal) (ver Daigger e Littenton, 2000) que empregam tipicamente um longo tempo de residência hidráulica (HRT), tempo de retenção de sólidos (SRT), e um contínuo baixo teor de oxigênio dissolvido (DO).

[005]Em vista do alto custo de remoção de nutriente biológico (BNR) para atender padrões de efluente cada vez mais restritos, a ScBNR através da supressão de NOB é um tópico de interesse. Os esforços para se entender a supressão de NOB foram discutidos em muitas publicações, incluindo aquelas que são mais espe

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3/28 cíficas quanto ao uso de temperatura alta (ver Hellinga e outros, 1998, cuja divulgação é expressamente incorporada como referência aqui em sua totalidade), altos níveis de inibição de amônia livre, ou concentração de DO (ver Blackburne e outros, 2008) e anoxia transitória (ver Kornaros e Dokianakis, 2010). Particularmente, todas essas condições são usadas parcial ou integralmente, em várias abordagens, com sucesso no controle das NOB em sistemas de tratamento de correntes de servido com alta concentração de amônia, tal como solução para desidratar digestor anaeróbico (também normalmente a uma temperatura alta) e chorume de aterro de lixo. Correntes com rejeito de alta concentração de amônia são definidos aqui como tendo uma carga afluente com uma concentração de amônia de mais de 200 mg/L como nitrogênio. O controle da supressão das NOB em correntes de rejeito com baixa concentração tais como água de rejeito domestica permanece um desafio e é o assunto da presente divulgação. Controles que são usados atualmente para suprimir NOB em processos de ScBNR são descritos abaixo.

[006]Temperatura e amônia: tanto a temperatura quanto a amônia livre são características que se acredita que proporcionem uma vantagem para bactérias que oxidam amônia (AOB) se comparadas às NOB. A inibição das NOB com amônia livre (FA) foi bem documentada na literatura desde que ela foi considerada por Anthonisen e outros (1976), cuja divulgação é expressamente incorporada como referência aqui em sua totalidade. Entretanto, o conhecimento do controle da inibição de FA para se obter nitritação estável é mais limitado desde que a adaptação às NOB foi reportado (ver Turk e Mavinic, 1989; e Wong-Chong e Loehr, 1978). Além disso, a temperatura alta é conhecida por favorecer o crescimento das AOB em relação às NOB (ver Kim e outros, 2008).

[007]A atividade aumentada das AOB comparada às NOB a uma temperatura mais alta, maior dissociação do total de amônia em relação à amônia livre e a resultante inibição das NOB a temperaturas mais altas, combinadas com operação a

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4/28 um baixo teor de DO (geralmente conduzida utilizando-se aeração intermitente e com um tempo gerenciado de retenção de sólidos aeróbicos (SRT)) resulta no enriquecimento das AOB e na retirada por lavagem das NOB. Essas abordagem são descritas de maneira variada (ver EP 0826639 A1, EP 087245q B1, US 2010/0233777 A1, US 7.846.334 B2, US 6.485.646 AB1, e WO 2012/052443 A1) para controlar as NOB em água de rejeito com alta concentração de amônia. Os métodos ou usam crescimento interrompido (ver WO 2006/129132 A1), crescimento vinculado nos meios de suporte (ver US 2011/0253625 A1 e EP 0931768 B1) ou lama granular (ver Wett, 2007; e US 7.846.334 B2) para se conseguir ScBNR.

[008]Embora seja eficaz, o papel da temperatura elevada para aumentar a atividade das AOB e para o controle do crescimento das NOB não é possível em processos de corrente principal com baixa concentração que operam sob uma ampla faixa de temperaturas. Consequentemente, o controle de NOB em água de rejeito com baixa concentração permanece de difícil trato e requer cuidadosa manipulação de fatores outros além da temperatura ou da amônia livre.

[009]0xigênio dissolvido (DO): DO pode exercer um papel significativo no controle de NOB em água de rejeito com baixa concentração de amônia. A nitritação sustentada com o uso de baixa concentração de DO foi observada em uma variedade de configurações de reator (ver Sliekers e outros, 2005, Wyffels e outros, 2004, e Blackburne e outros, 2008). Embora esses relatórios não apresentem um detalhamento dos mecanismos subjacentes, eles recorrem a uma hipótese de afinidade mais alta das AOB se comparada às NOB (ver Hanaki e outros, 1990; Laanbroek e Gerards, 1993; e Bernet e outros, 2001) como uma explicação para o fenômeno observado (ver Yoo e outros, 1999, Peng e outros, 2007, Lemaire e outros, 2008, Gao e outros, 2009, e Zeng e outros, 2009). Sin e outros (2008) documentaram o predomínio da crença de que a afinidade das AOB com o oxigênio é maior que a afinidade das NOB com o oxigênio e que a operação de DO favorece as AOB em relação às

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NOBQ, entretanto, há estudos que relatam o oposto (ver Daebel e outros, 2007, e Manser e outros, 2005), e os presentes inventores têm dados (ver Figuras 5-6) que indicam adaptação mais forte à baixa concentração de DO em relação às NOB se comparadas às AOB.

[010]Enriquecimento do bioaumento e da biomassa: A transferência de biomassa nitrificante de um reator de alta resistência para o reator de corrente principal de baixa resistência, de modo que o SRT requerido realize a nitrificação seja diminuído no processo da corrente principal foi reportado (US 7.404.897 B2, US 6.602.417 B1). Esse bioaumento pode ocorrer a partir de um reator de corrente lateral separado ou de um reator coligado ao reator da corrente principal (Parker e Wanner, 2007). Também existe técnica anterior relacionada à separação física de uma fração de biomassa mais densa contendo predominantemente organismos anammox e a reciclagem dessa fração mais pesada pelo uso do hidrociclone a fim de enriquecer a biomassa que cresce muito lentamente (EP 2163524M, US 2011/0198284 A1).

[011]Anoxia transitória: O uso de anoxia transitória tem sido uma abordagemm comum para se conseguir a supressão de NOB (ver Li e outros, 2012; Ling, 2009, Pollice e outros, 2002, Zekker e outros, 2012, US 7.846.334 B2, EP 0872451 B1, e WO 2006/129132 A1). Anoxia transitória pode introduzir um tempo de retardo para que as NOB mudem do ambiente anóxico para o aeróbico. Kornaros e Dokianakis (2010) mostraram atraso na recuperação das NOB e retardo no crescimento das NOB em condições aeróbicas após a anoxia transitória, confirmando assim as observações da utilidade da anoxia transitória por muitos outros (ver Allenman e Irvine, 1980, Katsogiannis e outros, 2003, Sedlak, 199, Silverstein e Schroeder, 1983, Yang e Yang, 2011, e Yoo e outros, 1999). Embora anoxia transitória tenha sido usada com sucesso para controlar NOB em rejeitos com “alta concentração” (ver Wett, 2007; e US 7.846.334 B2) suportados pela alta inibição à amônia livre e pela capacidade de usá-la em rejeitos com baixa concentração tenha sido sugerida (ver

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Peng e outros, 2004), a capacidade de se controlar as características associadas à anoxia transitória sem suporte da inibição da amônia livre permanece um enigma. Para resumir, estratégias para controlar a seleção de NOB retiradas em água de rejeito com baixa concentração, que é a base para as tecnologias de ScBNR emergentes, não rendem um desempenho de processo confiável, devido à falta de entendimento de que taxas de AOB maximizadas se tornam chave para a seleção de NOB retiradas especialmente quando a supressão ativa de NOB não é possível. Nesse contexto, definimos o termo seleção de retirada com uma abordagem para reprimir NOBs por meio da conquista de taxas mais altas para AOBs, produzindo assim nitrite para outros organismos.

SUMÁRIO [012]A presente divulgação atinge um controle apropriado e medido de manutenção de altas taxas de oxidação de AOB ao mesmo tempo em que consegue a seleção de retirada de NOB, utilizando-se várias estratégias de controle, incluindo: 1) controle de aeração assegurando uma concentração de amônia quase saturada e perfis de DO que variam de um alto ponto de ajuste que se esgota rapidamente para quase zero para taxas de AOB maximizadas durante fases aeróbicas; 2) uma estratégia de controle de aeração inovadora com base na relação entre sinais de Nhh- e NOx para maximizar a remoção total de nitrogênio e proporcionar uma relação de substrato estequiométrica ideal para a reação de anammox; 3) gerenciamento de SRT aeróbico agressivo para pressão de lavagem de retirada em NOB; e 4) bioaumento de anammox e fração de AOB floculante mais leve. O uso dessas estratégias de controle proporciona vantagens importantes sobre estratégias da técnica anterior.

[013]Sendo assim, a presente divulgação proporciona um sistema é um método de remover nitrogênio da água de rejeito em um reator para remoção biológica de nitrogênio, em que uma duração aeróbica-anóxica e/ou uma concentração de oxigênio dissolvido no reator é controlada com base em uma relação de uma con

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7/28 centração de amônia para uma concentração de nitrogênio oxidado (NOx, somoa de concentrações de nitrito e nitrato) medida em tempo real. Tipicamente, a duração aeróbica-anóxica e/ou a concentração de oxigênio dissolvido no reator é controlada para que se consiga uma relação entre uma concentração de amônia e uma concentração de nitrogênio oxidado que se encontra dentro de uma faixa de 0,5 a 1,5, preferivelmente entre 0,7 e 1,0. Empregando-se o sistema e o método da presente divulgação, a remoção do nitrogênio como um todo é maximizada porque a desnitrificaçao (que depende da demanda de oxigênio químico (COD) alimentada) e a subseqüente oxidaçao da amônia se equilibram enquanto favorecem ao mesmo tempo as AOB em relação às NOB. Alternativamente, ao invés de aplicar uma relação, a diferença entre a concentração de amônia e a concentração de nitrogênio oxidado pode ser controlada em um valor próximo de zero, o que leva a um desempenho de controle equivalente.

[014]A presente divulgação pode ser usada para se chegar a um controle adequado e medido de um processo de SND que maximiza a remoção total do nitrogênio inorgânico (TIN) através de um dos diversos mecanismos de remoção de nitrogênio incluindo nitrificação-desnitrificação, nitritação-desnitritação (ScBNR), nitritaçao-desnitritaçao parcial produzindo uma corrente efluente apropriada para polimento com anammox em um reator a jusante separado, e nitritação-anammox parcial em um único tanque com retenção de anammox seletiva. Esses sistemas e métodos usam estratégias de controle, incluindo: 1) medição em tempo real de amônia, nitrito e nitrato; 2) DO operacional e uso apropriado de ponto de ajustes de DO controlados com base em uma relação de concentração de amônia com a concentração de nitrogênio oxidado medida no reator; 3) controle de uma freqüência de aeração com base em uma relação da concentração de amônia com a concentração de nitrogênio oxidado medida no reator; e 4) implantação adequada de anoxia transitória dentro de uma ampla faixa de condições de operação (configurações do reator) do

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8/28 aparelho.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [015]A Figura 1 é um fluxograma molar mostrando as reações associadas à nitrificação e desnitrificação convencionais.

[016]A Figura 2 é um fluxograma molar mostrando as reações associadas à nitritação e desnitritação convencionais.

[017]A Figura 3 é um fluxograma molar mostrando reações associadas à desamonificação.

[018]A Figura 4 é um gráfico de linhas comparando dados coletados de valores Ko de nitrificadores totais (AOB + NOB) e NOB apenas em reatores-batelada em escala de laboratório na Instalação para Tratamento de Água de Rejeito (WWTP) de Blue Plains (à esquerda) e em grande escala na WWTP de Strass (à direita).

[019] A Figura 5 é um gráfico (à esquerda) mostrando dados de teste representados de taxas específicas de processos envolvendo nitrogênio em termos de remoção de amônia por grama de Sólidos Suspensos Voláteis (VSS) e do dia dependendo do ponto ajustado do DO da aeração intermitente dos reatores-batelada na WWPP de Blues Plains; expressões de Monod (à direita) são adequadas aos dados medidos pela aplicação da minimização de erro por raiz quadrada (a seta indica taxas de processamento de N 15% mais altas de AOB a um nível de DO de 1,5 mg/L).

[020]A Figura 6 é um gráfico de linhas comparando dados coletados de valores Ko de AOB e NOB apenas em um reator de nitritação na WWTP do Distrito de Saneamento de Hampton Roads (HRSD).

[021 ]A Figura 7 é uma vista esquemática de um sistema para implantar a presente divulgação.

(reserva) [022]A Figura 8 é uma comparação temporal gráfica das curvas de elimina

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9/28 ção de DO entre dois reatores-batelada consecutivos SBRs idênticos operados com o mesmo regime de aeração, um sendo alimentado com efluente tratado principal (PE) e o outro com efluente tratado secundário (SE). Observe-se que a demanda por oxigênio químico (COD) mais alta no sistema de alimentação PE permite transições mais rápidas para anoxia a partir de um ajuste de DO alto.

[023]A Figura 9 é um gráfico comparando perfis de espécies de nitrogênio (NH3, NO2 e NO3) durante a fase de reação em uma configuração de SBR operado com aeração intermitente (amônia residual).

[024] A Figura 10 é um gráfico comparando perfis de espécies de nitrogênio (NH3, NO2 e NO3) durante a fase de reação em uma configuração de SBR operado com aeração intermitente (sem amônia residual).

[025] A Figura 11 é uma vista em corte transversal lateral de um reator BNR equipado com misturador mecânico, difusor de ar, amônia, nitrito, e nitrato e analisadores de DO.

[026]A Figura 12 é um gráfico ilustrando amônia VS NOx (AVN) e controle da amônia ajustando a duração aeróbica e anóxica com flutuações em (NH4⁺ -NNOx-N) e NH4⁺-N.

[027]A Figura 13 é um gráfico que mostra a extensão da seleção de NOB comparando-se as taxas de AOB e NOB e a acumulação de nitrito resultante em um reator com derivação de nitrito em HRSD WWTP.

[028]A Figura 14 é um gráfico comparando taxas de NOB e população de NOB através de medições quantitativas da reação da cadeia de polimerase (qPCR).

[029]A Figura 15 ilustra um piloto de desamonificação da corrente que tem um reator de tanque continuamente agitado (CSTR) com derivação de nitrito seguido de biorreator de anammox de leito móvel (MBBR).

[030]A Figura 16 apresenta amônia e nitrito afluentes e efluentes a partir do AMBBR de anammox.

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DESCRIÇÃO DETALHADA [031 ]A presente divulgação desenvolve procedimentos para incrementar as taxas de oxidação e selecionar e controlar NOB através da amônia, DO, bioaumento e controle de anoxia transitória (NICITA). A presente divulgação, associada a essas quatro características, e controles para implantar a presente divulgação são descritos abaixo. A presente divulgação relaciona-se a um sistema e método para remover nitrogênio de água de rejeito processada em um reator. O sistema e método da presente divulgação maximizam a remoção de nitrogênio minimizando ao mesmo tempo a aeração e os requisitos de carbono orgânico através do controle do SRT transitório de anoxia e aeróbico, seleção de NOB e controle de concentrações dinâmicas de DO ou intervalo de aeração pela manutenção de uma relação predeterminada de uma concentração de amônia (NH4) com uma concentração de nitrogênio oxidado. Uma relação preferida da concentração de amônia com a concentração de nitrogênio oxidado pode estar entre 0,7 a 1,0, mas a relação pode chegar até entre 0,5 e 1,5. O controlador que impulsiona essas estratégias de controle dinâmico foi chamado AVN (NH4VS NOx). O controle AVN não apenas maximiza 0 potencial de remoção de TIN através da trajetória normal (Figura 1), mas também proporciona uma oportunidade para uma seleção e para os benefícios associados em termos de remoção de TIN de acordo com a Figura 2 e a Figura 3. Um alvo adicional de controle é proporcionar a combinação certa de dois substratos (amônia e nitrito) próxima da razão estequiométrica efetiva de 0,76 para NH4-/NOX-N. Ao invés da relação, alternativamente a soma da concentração de amônia (NH4) com 0 valor negativo da soma de concentrações de nitrito e nitrato NOx-N pode ser usada no algoritmo de controle visando uma faixa entre -3 e +1. Esses valores alvo refletem 0 dato de que normalmente a amônia é mais tóxica para receber corpos da água e, mais uma vez, a razão estequiométrica da reação anammox requer 32% mais de nitrito do que de amônia.

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11/28 [032]Amônia: A proposição principal da presente divulgação muda com relação ao uso mais típico de temperatura e amônia livre para se conseguir uma seleção de NOB. Embora o uso da temperatura para controlar as taxas de crescimento relativas das AOB e NOB nem sempre seja possível dentro de processos de corrente principal, de acordo com a presente divulgação pode ser empregada uma característica de controle que usa a medição direta da própria amônia como uma variável de controle no lugar de amônia livre e temperatura. A presente divulgação usa controle direto da extensão da oxidação da amônia, de modo que a amônia seja oxidada através de um ciclo de tempo em reator especificado ou em um comprimento específico no reator. Permitindo-se que amônia residual seja mantida ao longo de todo o comprimento do reator ou ciclo de tempo será mantida uma pressão nas NOB, mantendo-se ao mesmo tempo altas taxas de AOB.

[033]A presente divulgação faz uso de medição direta da amônia, nitrito e nitrato e DO no reator BNR para controlar o SRT e o HRT aeróbicos e anóxicos, bem como a concentração de DO no reator para maximizar a oxidação e a desnitrificação da amônia. A concentração de DO ou o intervalo de aeração ou ambos são eficazmente controlados dependendo relação de Carbono:Nitrogênio afluentes e condições do reator, de modo que reações necessárias para eliminar nitrogênio são favorecidas em qualquer momento. DO se dirige mais à oxidação de amônia em relação à oxidação de COD, e COD disponível é usado para provocar a desnitrificação durante todo o tempo, maximizando assim a remoção de nitrogênio de forma geral. O grau de oxidação da amônia permitido pela presente divulgação é controlado pela disponibilidade de COD que está entrando para a desnitrificação, sendo assim a oxidação e a desnitrificação da amônia são compensadas uma pela outra para uma remoção máxima do nitrogênio. A concentração de DO e/ou a duração da aeração são tipicamente controladas para que se mantenham concentrações aproximadamente iguais de Nhh-N e NOx-N no reator durante todo o tempo, a proproçao de

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12/28 oxidação de Nhk e, desta forma, a proporção de oxigênio enviado é controlada com base na proporção de COD que está entrando disponível para desnitrificar o NOx produzido. Isso minimiza o consumo de COD heterotrófico aeróbico e maximiza a oportunidade de desnitrificação, o que requer tempo com baixo DO e COD disponível. O controlador permite a alimentação de deslocamentos que permitiríam que a concentração de Nhk-N ou NOx-N fosse removida para atender limites de descarga específicos para estes parâmetros. Por exemplo, o controlador pode ser adaptado para garantir que se cumpra com o limite de Nhk ajustando-se o controlador para proporcionar um efluente que contenha NHU em 20-90% da concentração de efluente NOx-N.

[034]Oxigênio dissolvido: embora os documentos discutidos acima tenham exposto as diferenças nas afinidades (por exemplo, maior adaptação a uma baixa concentração de DO para as NOB se comparado às AOB), as oportunidades para empregar essas diferenças em um esquema de controle foram constatadas pelos presentes inventores. Assim, surpreendentemente e ao contrário de interpretações anteriores, uma operação com DO transitoriamente alta parece mais apropriada para superar as NOB. A situação do uso de níveis de DO mais altos é um diferenciador na presente divulgação em relação à técnica anterior. O DO mais alto (>1,0 mg/L) não apenas mantém altas taxas de AOB, mas também gerencia as afinidades relativas de substrato de AOB e NOB com relação à seleção de NOB.

[035]Como descrito acima e mostrado nas Figuras 4 a 6 para três configurações de instalação diferentes, a oxidação de amônia ocorre a uma taxa mais alta a altas concentrações de DO (isto é, concentrações maiores que 1 mg/L) se comparada à oxidação do nitrito. Portanto, era desejável operar o reator BNR a uma concentração de DO transitoriamente alta de modo que o crescimento das AOB seja favorecido em relação às NOB. Essa estratégia vai contra a grande parte da literatura que indica alta afinidade com o oxigênio das AOB se comparada às NOB, e a opera

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13/28 ção preferida a altas concentrações de DO para selecionar NOB.

[036]Bioaumento: Ao contrário do procedimento da técnica anterior, que visa bioaumentar a biomassa inteira de um processo de alta resistência, a presente divulgação visa selecionar a fração de biomassa mais leve (isto é, o fluxo superior ao invés do fluxo inferior do hidrociclone) contendo predominantemente AOB, a fim de bioaumentar as AOB que estão crescendo rapidamente do reator de corrente lateral para a corrente principal, sem perda não-controlada de atividade de anammox no reator de corrente lateral que passa pela desamonificação. A seleção da fração de biomassa mais leve ou mais fina utilizando-se um ciclone, ou peneira, ou a biomassa não-presa separada dos meios portadores de biofilme, permite uma taxa de semeadura máxima que ajuda a suprimir NOB tanto no reator de alta resistência (diminuindo seletivamente o SRT) quanto no sistema de baixa resistência (transferência de AOB, mas quase nenhuma NOB). De maneira similar, o bioaumento de organismos de anammox a partir de uma corrente lateral ou de um reator de alta resistência também é possível. A presente divulgação proporciona o bioaumento de anammox para um reator BNR A (Figura 7), onde o DO é mantido > 1,0 mg/L para inibir NOBs. Os organismos com bioaumento sob condições ideais são retidos e permite-se que eles cresçam no reator BNR A.

[037]A Figura 7 ilustra um sistema 100 para remover nitrogênio da água de rejeito 102. O sistema 100 inclui um reator A para executar remoção biológica de nitrogênio na água de rejeito 102. Os analisadores B, C estão localizados no reator A. O primeiro analisador B detecta a amônia no reator A, e gera um sinal de amônia correspondente 12, expresso em uma base semelhante a nitrogênio. O segundo analisador C detecta nitrito, nitrato, ou uma combinação de nitrito e nitrato no reator A, e gera um sinal 14 correspondente de nitrito, nitrato, ou uma combinação de nitrito e nitrato, tudo expresso em uma base semelhante a nitrogênio. Um controlador D recebe os sinais 12, 14 e usa os sinais 12, 14 para gerar um sinal de comando 16

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14/28 para um dispositivo de controle de fluxo de ar E. O dispositivo E opera sob o controle do sinal de comando 16 para modular o fluxo de ar ou o tempo de aeração 104 proporcionado para o reator A. Assim, a proporção de ar 104 que é fornecida para o reator A se baseia no sinal de controle 16 recebido do controlador D. O efluente 106 do reator A é fornecido para um segundo reator F. O efluente 106 é adequado para remoção adicional do nitrogênio restante, e essa remoção adicional de nitrogênio é executada pelo segundo reator F.

[038]Anoxia transitória: A presente divulgação também proporciona rápida transição para a anoxia ou a partir da anoxia. A situação de transição rápida para anoxia a partir de um alto DO na anoxia é outro assunto da presente divulgação. Transições rápidas para anoxia não apenas deixam pouca oprtunidade para o NOB crescer, transições rápidas da anoxia de volta pra um ponto ajustado com alto DO também permitem inibição do crescimento de NOB. A transição rápida a partir da anoxia também permite a inibição do crescimento de NOB. A transição rápida a partir da anoxia também pode produzir intermediários que são inibidores das NOB. É por natureza que a oxidação com nitrito se segue à oxidaçao da amônia. A maioria dos modelos usa uma meia-saturação de substrato com base na equação de Monod (Monod, 1949) para descrever a capacidade de se usar tanto o elétron doador quanto o receptor. Em um ambiente com DO que muda rapidamente, é provável que algum nitrito se acumule quando se está chegando ao fim da oxidação da amônia com base na meia-saturação de substrato associada às NOB. Nessa situação, se a aeração continuar, o nitrito residual vai terminar sendo convertido em nitrato pelas NOB; entretanto, se a aeração for descontinuada e são dadas condições as condições para uma rápida transição para anoxia, o nitrito restante será “anoxicamente” reduzido ou por desnitrificadores heterotróficos impelidos pela demanda por oxigênio químico (COD) em processos com derivação de nitrito ou através de anammox em um processo de desamonificação em um único estágio. Daí, bactérias que reduzem nitrito

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15/28 (por exemplo, desnitrificadores heterotróficos ou anammox) podem competir com as NOB (por consumir nitrito), criando assim pressão nas NOB ao limitar a disponibilidade de seu substrato. A população de NOB vai ganhar cada vez menos energia em todo ciclo posterior, reduzindo ainda mais a população ativa das mesmas. Portanto, é fundamental restringir a aeração e fazer rapidamente a transição para anoxia no fim da oxidação da amônia de forma que as NOB estejam sem DO quando o nitrito estiver disponível.

[039]De acordo com a presente divulgação, transições rápidas para anoxia são permitidas ao se manter taxas de captação de oxigênio mais altas (anoxia conseguida ao fim de 10 minutos) através de um aumento na concentração misturada de sólidos e solução (aproximadamente 2g/L (entre 1,5 g/L e 4,0 g/L), ou pela introdução de COD (C/N>2) na fase anóxica para tirar rapidamente as impurezas do oxigênio. Outro procedimento é aumentar a temperatura (usando, por exemplo, calor recuperado de turbinas ou motores) e assim as taxas de crescimento de todos os organismos. A Figura 8 mostra um exemplo assim ao comparar os perfis de DO para dois sistemas SBR operados em modo de aeração intermitente onde um foi alimentado com um efluente tratado principal e o outro foi o efluente tratado secundário. Com essa estratégia. O NFk-N é medido e mantido ou dentro de determinados pontos ajustados de NFh-N ou em um único ponto de ajuste com largura de banda apropriada ou concentração igual de reator NOx-N, que depende do regime hidráulico do reator. Esse procedimento elimina a preocupação de aeração excessiva após da oxidação da amônia uma vez que sempre se mantém uma amônia residual, o que ajuda ainda a manter altas taxas de AOB. Assim, de acordo com a presente divulgação, é possível explorar estratégias conhecidas de seleção de NOB pelo uso de um algoritmo de controle robusto com base em sinais diretos de amônia, nitrito, e nitrato e DO. A rápida transição de anoxia para um estado aerado é conseguida utilizandose dispositivos de aeração apropriados que podem fornecer ar rapidamente ou atra

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16/28 vés de zonas aeróbicas e anóxicas consecutivas. Um dispositivo de aeração apropriado neste contexto tem uma capacidade extra para o fornecimento de oxigênio pelo ventilador e difusores em relação à capacidade de aeração necessária presumindo-se uma captação de oxigênio constante ao ponto de ajuste de DO determinado durante os períodos aerados. Essa capacidade extra (cerca de 10 a 25% além do modelo que serve de referência) é necessária para acelerar o aumento de DO a partir do ponto ajustado inferior (<0,1 mg/L) para o ponto de ajuste superior (>1,0 mg/L). A Figura 9 e a Figura 13 demonstram a execução dessa estratégia pelo controle de NOB para conseguir ScBNR em um sistema com derivação de nitrito e sistema de desamonificação com um só estágio, respectivamente. A Figura 10 ilustra o impacto negativo de aeração excessiva (indicado pela ausência de amônia residual) na seleção de NOB (indicada pela produção de nitrato).

[040]Controles específicos para controlar NOB através dessas quatro características possíveis (amônia, DO, bioaumento e controle de anoxia transitório) são descritos como a seguir.

[041]SRT aeróbico e ponto de ajuste de DO: é desejável manter um ponto de ajuste de tão acima de 1mg/L quanto possível. Um ponto de ajuste de DO mais alto permite um crescimento mais rápido de AOB em relação às NOB. Entretanto, um ponto de ajuste de DO muito alto aumenta o tempo de transição para anoxia. Um procedimento que tem sido usado com sucesso para se conseguir essa estratégia de DO alto é descrita na explanação sobre o controle mais abaixo. Deve ser notado que essa estratégia de DO alto é oposta ao conhecimento convencional de se conseguir a derivação do nitrito para resistência baixa e à prática efetiva de se conseguir a derivação de nitrito em correntes de recuperadas com alta resistência e alta temperatura.

[042]O SRT aeróbico é controlado através de dois procedimentos. Um aumento nos sólidos servidos diminui o SRT total e aeróbico. Um segundo procedimen

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17/28 to para diminuir o SRT aeróbico é aumentando-se a etapa de tempo anóxico durante a anoxia transitória. Em um reator BNR intermitentemente aerado (no tempo ou no espaço) operado sob estratégia de controle de AVN e de amônia, o SRT aeróbico é determinado pelas necessidades de aeração de AOB para oxidar a amônia em nitrito de modo que i) a concentração de NHU-N seja igual à concentração de NOx-N ou ii) a concentração de NHU-N seja igual ao ponto ajustado. Por exemplo, se a taxa de oxidação de amônia das AOB for mais baixa, mais aeração (tempo ou concentração de DO mais alta ou ambos) será requerida para manter essa condição se comparado a quando as taxas de AOB são mais altas. Em um cenário como esse, a redução intencional do SRT total leva gradualmente a uma redução na taxe de oxidação de amônia nas AOB a um determinado valor de DO. Sendo assim, AOB requerem mais aeração para aumentar sua taxa de crescimento e atender a condição desejada (NHU-N = NOx-N ou um ponto ajustado) levando o ponto de ajuste de DO alto operacional (no tempo) e HRT aeróbico (no espaço) a aumentar e estar em um ponto onde o crescimento de AOB é favorecido em relação ao crescimento de NOB.

[043]O controle agressivo do SRT não é comumente aceito como um meio de se conseguir derivação de nitrito, que também coincide com a incapacidade de sustentar uma seleção estável de NOB. Quando o reator de BNR é operado a altos valores pré-ajustados de DO, AOB crescem mais rápido que NOB, o que permite que o sistema seja operado a um baixo SRT, criando mais desvantagem para as NOB. Além disso, a aplicação de pressão de ASRT agressiva é facilmente controlada de acordo com a presente divulgação. Como as concentrações de amônia, nitrito e nitrato determinam os ponto de ajustes operacionais altos de DO ou a duração da aeração (no tempo) e a fração aerada (no espaço), a presente divulgação proporciona um sistema simples para controlar o SRT total de modo que o DO permaneça em uma concentração alta, acima de 1 mg/L.

[044]lnibidores externos e internos ou tóxicos de NOB: A diminuição na taxa

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18/28 de crescimento líquido de NOB é possível através da exposição de NOB a inibidores ou substâncias tóxicas tais como, mas não apenas, amônia livre, ácido nitroso livre, e outras substâncias naturais ou sintéticas. Também é concebível tomar vantagem de metabolites nitrogenosos gerados internamente (dentro da instalação de tratamento de água de rejeito) tais como óxido nítrico, hidroxilamina, hidrazina e assim por diante ou outros intermediários de plantas para tratamento (tais como a partir de hidrólise térmica ou outros processos de fermentação) para inibir NOB pelo controle da produção desses intermediários conforme necessário. Inibidores também podem ser adicionados ao processo para reduzir taxas de crescimento de NOBs.

[045]Estimulantes do crescimento para AOB e anammox: O uso de estimulantes do crescimento para AOB e anammox também é possível. Uma abordagem, por exemplo, é usar hidrazina como estimulante do crescimento para anammox enquanto é ao mesmo tempo um tóxico para NOBs. De um modo geral a meta de se usar inibidor ou estimulantes do crescimento é aumentar e diferenciar as taxas de crescimento relativas de AOB ou anammox versus NOB para terminar por selecionar NOBs.

[046]Remoção de nitrogênio pós-anóxica: O efluente do processo BNR A (Figura 7) contendo amônia, nitrito e nitrato pode ser tratado ainda em um processo pós-anóxico F que usa micro-organismos tais como, mas não apenas, anammox com ou sem adição de doador de elétron orgânico. O reator BNR A e o reator F podem ser reatores integrados (utilizando um único dispositivo de separação sólidolíquido) ou reatores separados (com um dispositivo de separação sólido-líquido entre eles está configurado para reter seletivamente bactérias anammox, utilizando diversos tipos de opções de processo tais como reator pós-anóxico de lama ativada, reator de lama granulada, um reator de biofilme de leito móvel, um reator de lama ativado de película fixa integrada, um filtro biologicamente ativo, ou um biorreator de membrana. O doador de elétron externo orgânico para essa remoção de nitrogênio

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19/28 pode incluir, mas não está restrito, a fontes de cabono orgânico tais como acetato, ácido acético, metanol, etanol glicerol, açúcares e combinações dos mesmos ou fontes inorgânicas tais como sulfeto, enxofre elementar, ferro elementar, etc. A pósanoxia também permite um aumento no rendimento de organismos anammox dentro do reator F, com possível reciclo do excesso desses organismos no reator A.

[047]Configurações do reator: Diversos aparelhos estão disponíveis para executar essa oxidação de AOB e armação para seleção de NOB, incluindo reatores mistos completos, reatores-batelada consecutivos, valas de oxidação e reatores de fluxo em pistão. Deve ser notado que o aparelho reator pode ser ajustado para enviar as características de controle para cumprir com os requisitos SRT, de oxidação de amônia, altas transições de ajuste de DO e anoxia, onde possível, pelo fornecimento de flexibilidade mecânica e hidráulica para se chegar aos ajustes de oxigênio dissolvido e anóxico no espaço ou anóxico em ajustes no tempo. Zonas de oscilação (volume de reator facultativamente aerado) ou reatores para acomodar fluxos e cargas variáveis que são típicos de um tratamento de água de rejeito podem ser fornecidos. Além de reatores de crescimento suspensos, biofilme, lama granular ou híbridos desses reatores também são possíveis. Finalmente, a separação sólido-líquido podería ocorrer utilizando-se qualquer dispositivo de separação, incluindo clareadores, membranas ou tanques de flutuação em ar dissolvido.

[048]Reatores de fluxo em pistão dão caracterizados como reatores continuamente alimentados com uma relação muito alta entre comprimento e largura e podem ser simulados como uma série de reatores completamente misturados onde a concentração de poluente diminui ao longo da trajetória de fluxo por toda a extensão do reator (isto é, gradiente de concentração). Em reatores de fluxo em pistão continuamente alimentados, que são mais comumente usados um instalações de tratamento grandes, os controles de processo para se atingir ScNBR podem ser abordados utilizando-se duas configurações: (1) controlando-se a aeração no espaço alter

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20/28 nando-se entre zonas aeróbicas e anaeróbicas; e (2) controlando-se a aeração no tempo circulando ar através do reator em uma sequência “ar ligado” e “ar desligado” similar à configuração SBR. Outras características requerendo o controle de solução misturada e transições aeróbicas/anóxicas são similares ao esquema SBR descrito acima.

[049]Estratégias de controle: Estão disponíveis diversas estratégias de controle que podem ser aplicadas nas configurações de reator acima mencionadas que fazem uso da presente divulgação para conseguir o máximo de remoção de TIN e podem ser estendidas para a seleção de NOB. Algumas poucas estratégias exemplificativas estão descritas abaixo, otimizadas para várias configurações.

[050]Estratégia de Controle A (controle de duração Aeróbica- Anaeróbica): Nessa estratégia, um ponto de ajuste está fixado ao passo que a duração aeróbica e anóxica é variável. O tempo total do ciclo aeróbico-anóxico pode ser mantido em um determinado ponto de ajuste ao mesmo tempo em que permite que períodos aeróbicos e anóxicos variem. Em outro caso, a duração anóxica pode ser fixada, permitindo ao controlador modificar apenas a duração aeróbica, de modo que a duração anóxica + aeróbica permaneça dinâmica dependendo do potencial de remoção de nitrogênio. A mistura mecânica deve ser proporcionada quando a aeração não é proporcionada. Nesse exemplo, a duração aeróbica e anóxica é variável entre 4 minutos e 12 minutos dentro do tempo de ciclo de 16 minutos (Figura 12). Quando o NHh-N no reator for maior que o NOx-N (controle AVN) e ponto de ajuste de amônia (controle de amônia), a duração aeróbica é aumentada até que o NHh-N se encontre abaixo de NOx-N e do ponto de ajuste . Quando a concentração de NHh-N for mais baixa que a de NOx-N, a duração aeróbica é diminuída até que a concentração de NHh-N obtenha um ponto de ajuste mais alto de NOx-N e amônia (Figura 12). Quando o DO aerado é mantido > 1,5mg/L, taxas de oxidação de amônia mais altas são suportadas se comparado à taxas de oxidação de nitrito como discutido acima.

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Desvios podem ser aplicados como discutido acima para um efluente NFU versus NOx mais alto ou vice-versa, conforme desejado.

[051]Nessa modalidade exemplificativa, um reator BNR 20 (Figura 11) pode ser equipado com sensores (ou analisadores) de DO, amônia, nitrito e nitrato 22,24, 26. Será possível ter qualquer configuração de reator adequada no caso em que o controle pode ocorrer no tempo ou no espaço. No caso de reatores múltiplos ou de fluxo em pistão, múltiplas sondas DO estão instaladas ao longo de cada seção principal ao longo de uma sequência, em quanto uma sonda para amônia, nitrito e nitrato será instalada estrategicamente em um reator ou seção posteriores, para gerenciar taxas de reação tais que pequenas quantidades de concentração de amônia permanecem na extremidade do reator e de modo que o efluente do reator contenha concentrações de NFU-N aproximadamente iguais a a NOx-N (controle AVN) ou ao ponto de ajuste da amônia (controle de amônia).

[052]Estratégia de Controle B (controle de intensidade de DO): Sob essa estratégia operacional DO é variável e controlado pelas concentrações de NFU-N e NOx-N no reator BNR que irá otimizar o DO para alta taxa de oxidação de amônia e sob anoxia, desnitrificação heterotrófica ou oxidação de amônia provocada através de anammox. Esse procedimento é válido em uma ampla faixa de configurações de reator incluindo fluxo em pistão, mistura completa, reatores de mistura completa em série, reator-batelada em sequência. Sob esse procedimento, os ciclos de DO entre o ponto de ajuste de DO (que é fixo) e um ponto de ajuste de DO alto variável, normalmente maior que 1mg/L e controlado por reator NFU-N comparado ao ponto de ajuste (controle de amônia) ou concentrações de NOx-N (controle AVN). Um SRT aeróbico agressivo é mantido para aumentar a demanda por oxigênio, permitindo assim ao controlador aumentar automaticamente os níveis de DO para mais que 1 mg/L. Nessa estratégia de controle, os períodos aeróbicos e anóxicos são ditados pelo requisito de aeração para que AOBs cumpram seu objetivo de que NFU-N fique

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22/28 próximo do ponto de ajuste (controle de amônia) ou da concentração NOx-N (controle AVN).

[053]Estratégia de Controle C (Controle de zona de oscilação): O controle da amônia ou o controle AVN também podem ser usados em tanque com fluxo em pistão ou alimentação por etapas (diversos pontos de alimentação em zonas anóxicas sucessivas) com múltiplas zonas consecutivas aeróbicas de oscilação anóxica em série. Controles (zonas de oscilação que podem ser aeradas ou permanecer anoxicas) afetam quais zonas em série serão mantidas anóxicas ou aerobicamente para se chegar ao objetivo, que é o controle.

[054]Exemplos da estratégia de controle incluem, entre outros, os seguintes:

[055] 1. Derivação de nitrito: O sistema para remover nitrogênio em um reator 20 (Figura 11) para remoção biológica de nitrogênio a partir de águas servidas da presente divulgação foi operado com um tempo de residência hidráulica (HRT) de 2 a 3 horas, SRT de ~ 5 dias, 3500 ± 500mg/L de sólidos misturados suspensos em solução (MLSS) a 25 °C. O reator foi operado sob as estratégias de controle AVN mostradas nas Figuras 11 a 12. A Figura 13 representa a seleção de NOB que foi observada. A Figura 14 mostra que a tendência de ANOB dominante (Nitrospira) se iguala àquela das medidas de taxa de NOB, o que claramente comprova que a seleção de NOB foi observada.

[056]2. Polimento através de anammox: A Figura 15 representa o reator com derivação de nitrito do exemplo acima seguido por um MBBR totalmente não-aerado e misturado com anammox para o polimento por nitrogênio. O reator foi operado por um HRT de quatro horas com media fill tendo 50% de K3 (AnoxKaldnes). O MBBR para anammox mostrou remoção quase completa de NO2- (efluente de anammox NO2- - N = 0,16 ± 0,09mg/L), enquanto a remoção de NH4+ foi limitada pelo nível de acumulação de NCVno efluente com derivação de nitrito (Figura 16).

[057] Com referência agora à Figura 11, um sistema 200 para implantar a

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23/28 presente divulgação pode inclui um reator de remoção biológica de nitrogênio 20, um sensor de amônia 26, e um controlador 28 para processar um sinal de concentração de amônia 30, para visar a seleção de NOB sob condições de anoxia transitória controlada. De acordo com a presente divulgação, as condições podem ser controladas ou ao longo da trajetória ou ao longo da linha de tempo do processo. Em operação, o perfil de DO do reator 20 varia entre um ponto de ajuste de DO inferior de menos que 0,1mg/L, e um ponto de ajuste superior de DO , de mais que 1,0mg/L, e um intervalo de ativação de um sistema de aeração 32, o ponto de ajuste superior de DO , ou ambos, de modo que uma concentração de amônia medida on-line (30) é mais alta que 1,5mg/L uma vez que o nitrogênio da amônia é mais de 75% do volume de reator transitoriamente aerado no espaço ou no tempo.

[058]O sistema da Figura 11 pode incluir adicionalmente um analisador 24 que detecta a concentração de nitrogênio oxidado no reator 20, e que gera sinais de concentração 34 representando nitrito, nitrato ou combinação de nitrito e nitrato. Em operação, o controlador 28 processa os sinais 30, 34 para concentrações de amônia e nitrogênio oxidado, para controlar a concentração de DO (36) ou a duração do período aeróbico e/ou a duração do período anóxico no reator 20, com base na relação ou soma da concentração de amônia e da concentração de nitrogênio oxidado no reator 20.

[059] Os controladores 28, 38 podem ser usados para gerar instruções 36, 39 para aumentar, diminuir ou manter a concentração de oxigênio dissolvido (40) ou a duração do período aeróbico e/ou a duração do período anóxico, para manter uma relação da concentração de amônia com uma concentração de nitrogênio oxidado que é de cerca se 0,5 a 1,5, ou para manter uma soma da concentração de amônia mais o valor negativo da concentração de nitrogênio oxidado que é de -3,0 a +1,0.

[060]De acordo com a presente divulgação, o reator 20 pode ter um tempo de retenção de lama aeróbica limitado, justo o suficiente para alcançar o ponto de

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24/28 ajuste de amônia 42 pela extensão controlada de períodos anóxicos ou volume e pela operação de uma taxa alta de rejeito de lama de modo que a taxa de rejeito de lama é controlada para manter DO alto (40) de mais de 1 mg/L no caso de controle de intensidade de DO, ou aumentar a duração aeróbica diminuindo-se a duração anóxica no caso de controle da duração aeróbica/ anóxica de modo que é proporcionada uma fração aeróbica mínima.

[061]Além disso, o sistema 200 pode incluir um bioaumento de AOB 50 produzido a partir de um reator com alta concentração de amônia 52, definido como tendo mais de 200mg/L de amônia como nitrogênio na alimentação, em que a fração de lama menos densa ou mais compressível ou que não está presa é selecionada do reator com alta concentração de amônia 52 para o bioaumento por dispositivo apropriado 54 tal como um ciclone, centrífuga, um fixador de lamela, tela, ou reator de biofilme integrado, e alimentada (50) para o reator 20 a uma taxa máxima levando a um tempo de retenção da fração de bioaumento de menos de 10 dias no reator com alta concentração de amônia 52.

[062]Em operação, o controlador 28 recebe o sinal de concentração de amônia 30 e o sinal de concentração de nitrito, sinal de concentração de nitrato ou uma combinação de sinais de concentração de nitrito e nitrato e gera instruções 36 para aumentar, diminuir ou manter uma concentração de DO ou duração aeróbica e anóxica no reator 20 com base em uma relação ou soma da concentração de amônia com uma concentração de nitrogênio oxidado no reator 20.

[063]De acordo com a presente divulgação, o reator 20 de remoção de nitrogênio da instalação principal pode conter bioaumento 50 de organismos de anammox do reator 52 com alta concentração de amônia 52, para proporcionar concorrentes microbianos por nitrito que ajudam a selecionar NOB.

[064]De acordo com a presente divulgação, o reator 20 pode manter uma taxa de captação de oxigênio que permite transição rápida para anoxia com o reator

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25/28 de menos de 10 minutos a partir de um estado aerado e usa dispositivos de aeração apropriados 32, 56, 58, 60 que permitem transição rápida de anoxia até uma condição aerada.

[065]Com referência mais uma vez à Figura 7, o analisador C pode ser usado para detectar a concentração de nitrogênio oxidado no reator A. O analisador C gera sinais de concentração 14 que podem ser representativos das concentrações de nitrito, nitrato, ou da combinação de nitrito e nitrato, e o controlador D processa os sinais 12, 14 para concentrações de amônia e nitrogênio oxidado, respectivamente, e controla (16) a concentração de DO ou a duração do período aeróbico e/ou a duração do período anóxico no reator A com base na relação ou soma da concentração de amônia com a concentração de nitrogênio oxidado. O efluente 106 produzido pelo processo controlado é alimentado em uma configuração totalmente anóxica F, que pode seletivamente cultivar e reter bactérias para anammox. Esta configuração F pode ser um reator de lama ativado pós-anóxico, um reator de lama granular, um reator de biofilme de leito móvel, um reator de lama ativado de filme fixo integrado, um filtro biologicamente ativo, ou um biorreator de membrana com possível reciclo de bioaumento da biomassa em excesso a partir desse reator F até o reator BNR A a montante.

[066]Em operação, a corrente efluente 106 (Figura 7) do reator A contém uma combinação de amônia, nitrito, e nitrato, de modo que remoção adicional de nitrogênio possa ser conseguida utilizando-se anammox em um reator totalmente anóxico suspenso ou de película F, no qual acetato, ácido acético ou algum outro substrato ou combinação de substratos orgânicos e inorgânicos são adicionados, conseguindo-se a redução seletiva de nitrato em nitrito através de anammox ou outros micro-organismos e posterior remoção de nitrito e amônia através de anammox.

[067]Se desejado, a taxa de crescimento líquido observado das NOB pode ser diminuído pela exposição a inibidores, intermediários metabólicos nitrogenosos

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26/28 ou substâncias tóxicas tais como ácido nitroso livre, hidrazina, amônia livre, hidroxilamina, e ácido nítrico. Além disso, se desejado, as taxas de crescimento líquido de AOB e anammox podem ser aumentadas utilizando-se fatores de crescimento tais como hidrazina.

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[068]A invenção não está limitada às estruturas, métodos e meios descritos acima e mostrados nos desenhos. A invenção é definida pelas reivindicações descritas abaixo. O que se reivindica e que se deseja que seja protegido por Carta-Patente dos Estados Unidos é:

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Aparelho para tratamento de água de rejeito, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

um reator para remoção biológica de nitrogênio (BNR) tendo um volume que é transitoriamente aerado;

um sensor de amônia para gerar um sinal de concentração de amônia; e um controlador para processar o sinal de concentração de amônia e assim limitar um crescimento de bactérias oxidantes de nitrito (NOB) sob condições de anoxia transitória controlada, as condições sendo controladas ou ao longo da trajetória ou ao longo da linha de tempo do processo, e em que um intervalo de ativação de sistema de areação, um ponto de ajuste superior de DO, ou ambos, são ajustados de modo que uma concentração de amônia medida on-line é maior que 1,5 mg/L de amônia como nitrogênio, para mais de 75% do volume do reator transitoriamente aerado no espaço ou no tempo.
2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um sensor de nitrogênio oxidado para detectar nitrogênio oxidado no reator, e para gerar sinais de concentração que podem ser nitrito, nitrato, ou combinação de nitrito e nitrato e em que o controlador processa os sinais de concentração da amônia e do nitrogênio oxidado e controla a concentração de DO, a duração de um período aeróbico, e/ou a duração de um período anóxico, no reator, com base na concentração de amônia e na concentração de nitrogênio oxidado.
3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador gera instruções para aumentar, diminuir ou manter a concentração de DO, a duração do período aeróbico, e/ou a duração do período anóxico, para manter (A) uma relação da concentração de amônia com a concentração de nitrogênio oxidado, em uma base semelhante a nitrogênio, de cerca de 0,5 a 1,5 ou (B) uma soma da concentração de amônia com o valor negativo da concentração de

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2/7 nitrogênio oxidado, em uma base semelhante a nitrogênio, de -3,0 a +1,0.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o reator BNR recebe um bioaumento de bactérias oxidantes da amônia (AOB) a partir de um reator com alta concentração de amônia, tendo uma concentração de alimentação de reator de mais de 200mg/L de amônia como nitrogênio, e em que uma fração de lama menos densa, mais compressível ou que não está presa é selecionada do reator com alta concentração de amônia para o bioaumento, e alimentada para o reator BNR de modo que o tempo de retenção da fração de bioaumento é de menos de 10 dias no reator com alta concentração de amônia.
5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o controlador gera instruções para aumentar, diminuir ou manter a concentração de DO, a duração do período aeróbico, e/ou a duração do período anóxico no reator com base em uma relação ou soma da concentração de amônia com a concentração de nitrogênio oxidado.
6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda um reator com alta concentração de amônia para bioaumento de organismos anammox para proporcionar concorrentes microbianos por nitrito para limitar o crescimento de NOB.
7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho é configurado para manter uma taxa de captação de oxigênio que permite transição rápida para anoxia de menos de 10 minutos a partir de um estado aerado, e em que o aparelho inclui dispositivos de aeração apropriados que causam transição rápida de anoxia para uma condição aerada.
8. Aparelho para tratamento de água de rejeito, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

um reator tendo um volume que é transitoriamente aerado ao longo de uma trajetória ou ao longo de uma linha de tempo do processo;

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3/7 um sensor para detecção da concentração de nitrogênio oxidado no reator, e para gerar um sinal de nitrogênio oxidado representativo de nitrito, nitrato, ou combinação da concentração de nitrito e nitrato; e um controlador para processar os sinais de nitrogênio oxidado e de uma concentração de amônia, e em que o intervalo de ativação de sistema de areação é ajustado de modo que uma concentração de amônia medida on-line seja maior que 1,5 mg/L de amônia como nitrogênio, para mais que 75% do volume do reator transitoriamente aerado no espaço ou no tempo, e em que um efluente controlado contendo amônia e nitrito é alimentado para um reator anóxico onde bactérias anammox são seletivamente cultivadas e mantidas.
9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que uma corrente efluente contendo uma combinação de amônia, nitrito e nitrato, de modo que remoção adicional de nitrogênio pode ser conseguida utilizando-se anammox na qual um substrato orgânico ou inorgânico ou uma combinação de substratos é adicionada, conseguindo-se a redução seletiva de nitrato em nitrito através de anammox ou outros micro-organismos e remoção posterior de nitrito e amônia através de anammox.
10. Método para tratamento de água de rejeito, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

proporcionar um reator para remoção biológica de nitrogênio (BNR) que é transitoriamente aerado;

utilizar um sensor de amônia para gerar um sinal de concentração de amônia;

utilizar um controlador para processar o sinal de concentração de amônia e assim limitar o crescimento de bactérias oxidantes de nitrito (NOB) sob condições de

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4/7 anoxia transitória controlada, as condições sendo controladas ou ao longo da trajetória ou ao longo da linha do tempo do processo; e ajustar um intervalo de ativação de sistema de areação, um ponto de ajuste superior de DO, ou ambos, de modo que uma concentração de amônia medida online tem mais que 1,5 mg/L de amônia como nitrogênio, em mais de 75% do volume do reator transitoriamente aerado no espaço ou no tempo.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda diminuir uma taxa líquida de crescimento observado das NOB pela exposição a um inibidor, um intermediário metabólico nitrogenado, ou uma substância tóxica.
12. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda utilizar um fator de crescimento para aumentar as taxas de crescimento líquido das bactérias oxidantes de amônia (AOB) e da anammox.
13. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda usar um sensor de nitrogênio oxidado para detectar a concentração de nitrogênio oxidado no reator, e gerar sinais de nitrogênio oxidados, que podem ser nitrito, nitrato ou combinação de nitrito e nitrato, e em que o controlador processa os sinais de concentração da amônia e do nitrogênio oxidado, e controla a concentração do DO, a duração de um período aeróbico, e/ou a duração de um período anóxico, no reator, com base na concentração de amônia e de nitrogênio oxidado.
14. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda limitar um tempo de retenção de lama aeróbico para que o reator atinja um ponto de ajuste da amônia pela extensão controlada de períodos anóxicos ou volume e pelo controle da taxa de rejeito de lama, para aumentar o DO no caso de controle de intensidade de DO, ou aumentar a duração aeróbica diminuindo-se a duração anóxica no caso de controle da duração aeróbica/anóxica.

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15. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda a etapa de alimentar bactérias oxidantes da amônia (AOB) para o reator BNR a partir de um reator com alta concentração de amônia, tendo uma concentração de alimentação de reator de mais de 200mg/L de amônia como nitrogênio, e em que uma fração de lama menos densa, mais compressível ou que não está presa é selecionada do reator com alta concentração de amônia e alimentada para o reator BNR de modo que o tempo de retenção da fração é de menos de 10 dias no reator com alta concentração de amônia.
16. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda a etapa de proporcionar um reator com alta concentração de amônia para o bioaumento de organismos anammox, e usar o reator com alta concentração de amônia para proporcionar concorrentes microbianos por nitrito para limitar o crescimento de NOB.
17. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de alimentar adicionalmente um efluente controlado contendo amônia e nitrito é alimentado em um reator anóxico onde bactérias anammox são seletivamente cultivadas e mantidas.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que uma corrente de efluente contém uma combinação de amônia, nitrito, e nitrato, de modo que a remoção de nitrogênio adicional possa ser conseguida utilizandose anammox na qual um substrato ou uma combinação de substratos orgânicos e inorgânicos é acrescentada para se conseguir uma redução seletiva de nitrato em nitrito através de anammox ou outros micro-organismos e remoção de amônia através de anammox.
19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o aparelho é configurado para fazer com que um perfil de oxigênio dissolvido (DO) comute entre um ponto de ajuste inferior de DO menor que 0,1 mg/L e um pon

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6/7 to de ajuste superior de DO maior que 1,0 mg/L.
20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que condições anóxicas que suportam bactérias anaeróbicas oxidantes de amônia são promovidas no espaço no reator usando um biofilme ou uma zona granular dentro de uma geometria do reator.
21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que condições anóxicas que suportam bactérias anaeróbicas oxidantes de amônia são promovidas no tempo no reator com banquisa, biofilme ou grânulo.
22. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tempo de retenção de lama aeróbico associado com o reator é controlado através do ajuste da taxa de fluxo ou a frequência da operação de um dispositivo de fluxo rejeitando a lama para manter uma certa intensidade de aeração ou uma fração aerada pela detecção e medição do oxigênio dissolvido e/ou duração aerada que é adequada para maximizar as taxas de processo de micro-organismos desejados dentro do reator.
23. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de compreender adicionalmente promover em um espaço condições anóxicas no reator usando um biofilme ou uma zona granular dentro de uma geometria do reator.
24. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de compreender adicionalmente promover no tempo condições anóxicas no reator com banquisa, biofilme ou grânulo.
25. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de compreender remover amônia, nitrito ou nitrato usando organismos autotróficos em um pós-polimento de um reator aeróbico ou anóxico.
26. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de compreender adicionalmente fazer com o que o controlador gere instruções para aumentar, diminuir ou manter a concentração de DO, a duração do período aeróbico,

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7/7 e/ou a duração do período anóxico, para alcançar uma concentração alvo de amônia, derivada de uma combinação de qualquer valor de concentração de amônia e da relação da concentração de amônia para o nível de nitrogênio oxidado, em uma base de nitrogênio, na faixa de 0,5 a 1,5 no reator.