BR112016018887B1 - Equipamento para modulação de consórcios microbianos para aplicações ambientais, uso de subsistema ex-situ para modulação de consórcios microbianos e processo para modulação ex-situ de consórcios microbianos - Google Patents

Equipamento para modulação de consórcios microbianos para aplicações ambientais, uso de subsistema ex-situ para modulação de consórcios microbianos e processo para modulação ex-situ de consórcios microbianos Download PDF

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Abstract

a presente invenção situa-se nos campos da engenharia ambiental e microbiologia, sendo relacionada à conservação de energia e gerenciamento de resíduos. mais especificamente, a presente invenção proporciona um equipamento e um processo on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos úteis em sistemas de tratamento de efluentes líquidos, semisólidos ou resíduos sólidos, para a remoção e/ou reaproveitamento de cargas orgânicas ou inorgânicas indesejáveis. o equipamento da invenção consiste de um tanque de cultivo principal ou corpo líquido dotado de subsistema ex-situ de modulação de consórcios microbianos, para subsequente ou concomitante introdução ao reator/tanque de cultivo principal ou ao corpo líquido a invenção aumenta substancialmente o desempenho de sistemas de tratamento de efluentes, aumentando a capacidade de unidades já instaladas e/ou reduzindo os custos de instalação de novas unidades; viabiliza a utilização de efluentes como biomassa para biotransformação e obtenção de produtos de interesse econômico.

Description

(54) Título: EQUIPAMENTO PARA MODULAÇÃO DE CONSÓRCIOS MICROBIANOS PARA APLICAÇÕES AMBIENTAIS, USO DE SUBSISTEMA EX-SITU PARA MODULAÇÃO DE CONSÓRCIOS MICROBIANOS E PROCESSO PARA MODULAÇÃO EX-SITU DE CONSÓRCIOS MICROBIANOS (51) Int.CI.: C02F 3/30; C02F 11/02 (30) Prioridade Unionista: 13/06/2014 BR 102014014539-7 (73) Titular(es): BIOTECAM ASSESSORIA E DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA AMBIENTAL LTDA.
(72) Inventor(es): RICARDO AMARAL REMER; WIM MAURITS SYLVAIN DEGRAVE / 38
Relatório Descritivo de Patente de Invenção
Equipamento Para Modulação de Consórcios Microbianos Para Aplicações Ambientais, Uso de Subsistema Ex-Situ Para Modulação de Consórcios Microbianos e Processo Para
Modulação Ex-Situ de Consórcios Microbianos
Criação e Campo da Invenção [0001] A criação industrial ora descrita compreende uma invenção passível de proteção patentária. Referida invenção situa-se nos campos da Engenharia Ambiental e Microbiologia, sendo relacionada à conservação de Energia e Gerenciamento de Resíduos. Mais especificamente, a presente invenção proporciona um equipamento e um processo on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos úteis em sistemas de tratamento de efluentes líquidos, semi-sólidos ou resíduos sólidos, para a remoção e/ou reaproveitamento de cargas orgânicas ou inorgânicas indesejáveis. o equipamento da invenção consiste de um tanque de cultivo principal dotado de subsistema on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos, para subsequente ou concomitante introdução de todo ou parte de seu volume ao reator/tanque de cultivo principal. Em uma concretização, o processo on-site e ex-situ da invenção é conduzido em um equipamento de cultivo com condições controladas, para introdução do material enriquecido de microrganismos, ou seus componentes, ao efluente ou resíduo sólido a ser tratado, na forma de pré-cultivo e/ou co-cultivo. Em uma outra concretização, o subsistema on-site e ex-situ da invenção compreende um dispositivo para a formação de bolhas de gás/ar em um líquido ajustado para proporcionar shearing ou força de cisalhamento sobre os microrganismos presentes no subsistema, sendo adicionalmente útil na modulação dos consórcios microbianos de um tanque de cultivo principal.
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 6/54 / 38
Antecedentes da Criação/ Invenção [0002] Sistemas de tratamento de efluentes são assim chamados em virtude da premissa relacionada ao seu surgimento e desenvolvimento. A premissa é de que os efluentes devem ser “tratados” para que sejam dele removidas as substâncias indesejáveis. O corpo líquido “tratado” é o produto de tais sistemas e a carga orgânica e demais substâncias indesejáveis são os subprodutos. Neste contexto, são disponíveis variados processos de tratamento de efluentes, podendo-se dividir tais processos entre processos aeróbicos e processos anaeróbicos.
[0003] Os sistemas de tratamento biológico de efluentes líquidos ou resíduos sólidos ou semi-sólidos contam com as capacidades ou “habilidades” de microrganismos para degradar substâncias indesejáveis. Em tais sistemas, o controle do ecossistema oferecido aos microrganismos é de vital importância em diversos aspectos, como a eficiência e produtividade dos sistemas de tratamento, sendo relevantes, para citar apenas alguns aspectos, a temperatura, o pH, a presença de gases dissolvidos no corpo líquido, a presença e concentração de substâncias que podem ser tóxicas aos microrganismos ou de difícil degradação pelos mesmos. Entretanto, em sistemas de tratamento de resíduos líquidos, sólidos ou semi-sólidos nem sempre são disponibilizadas condições ideais para o crescimento de microrganismos que atuam na degradação das substâncias indesejáveis.
[0004] Os sistemas biológicos de tratamento de efluentes líquidos são em geral dimensionados para operar em regime contínuo ou semi-contínuo, em função dos elevados volumes. Entretanto, regimes contínuos ou semicontínuos de sistemas biológicos sofrem com as variações das condições ambientais, com a variação de concentração de substâncias a serem tratadas, com a ocorrência de contaminações com organismos indesejáveis, a ocorrência de lise por fagos, entre outros. Tais variações, que são típicas em estações de tratamento de efluentes e esgotos, afetam muito a eficiência dos sistemas de tratamento, que por estes motivos em geral requerem um
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 7/54 / 38 dimensionamento maior. A presente invenção proporciona uma solução para estes problemas.
[0005] Existem no mercado e no estado da técnica diferentes abordagens para a melhoria de desempenho de sistemas de tratamento de resíduos sólidos, semi-sólidos e líquidos, incluindo a adição de microganismos como insumos adquiridos em bombonas ou sacas. Tais abordagens visam remediar ou compensar os efeitos de instabilidades típicas dos sistemas de tratamento e em geral atuam de forma a aumentar significativamente a eficiência do sistema de tratamento. Neste contexto, são disponíveis no mercado produtos para o incremento do título de microrganismos em estações aeróbicas de tratamento de efluentes líquidos. A prática comum é a aquisição de microrganismos previamente cultivados e adicionados na forma de pó contendo grande quantidade de esporos ou microrganismos liofilizados, sendo úteis como forma de recomposição de flora microbiana específica, após detecção de baixo título de microrganismos ou quando da detecção de substâncias que são preferencialmente degradadas pelos microrganismos a serem adicionados. Entretanto, esta prática enfrenta problemas técnicos consideráveis: o custo e disponibilidade dos microrganismos, que em geral são importados e sofrem com a variação cambial; as dificuldades logísticas de transporte e estoque; os riscos ambientais e/ou à saúde humana, por se tratar de transporte de material microbiano em grande quantidade; e, particularmente, a limitação da quantidade disponível para introdução nos sistemas de tratamento e o baixo estado de ativação metabólica dos organismos quando introduzidos nestas condições. Adicionalmente, um problema crítico frequentemente impossibilita o tratamento de cursos d' agua, como lagos, lagoas, rios, canais, braços de rios ou do mar, baías etc., é devido à proibição da introdução de microrganismos exógenos em tais cursos de água, por seu possível e/ou desconhecido impacto ambiental. A presente invenção também proporciona uma solução para estes problemas.
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 8/54 / 38 [0006] Outra dificuldade significativa no estado da técnica relativo aos sistemas aeróbicos de tratamento biológico reside no fato de que a grande maioria de tais sistemas de tratamento requer muita energia para a introdução de ar e/ou sua dissolução no volume do líquido. É conhecida a baixa solubilidade do oxigênio na água, notadamente nas temperaturas elevadas típicas de regiões tropicais. Assim sendo, o crescimento e obtenção de elevados títulos de microrganismos em reatores/tanques de tratamento de efluentes tem sido um grande desafio técnico, uma vez que o crescimento dos organismos em tais condições é predominantemente limitado pela baixa quantidade de oxigênio dissolvido no líquido. A presente invenção também proporciona uma solução para estes problemas.
[0007] Ainda outra dificuldade significativa do estado da técnica relativo aos sistemas aeróbicos de tratamento biológico é, paradoxalmente, a grande quantidade de microrganismos presente ou produzida. Modular os consórcios microbianos, tanto seletivamente quando eliminando integralmente os microrganismos vivos, sem com isso utilizar antibióticos ou outras substâncias ambiantalmente ou economicamente inaceitáveis - ainda é um desafio técnico não resolvido satisfatoriamente na técnica, notadamente nos volumes associados a tratamentos de efluentes ou na recuperação de corpos líquidos abertos como rios, lagoas, lagunas e enseadas. A presente invenção também proporciona uma solução para estes problemas.
[0008] As buscas na literatura patentária apontaram alguns documentos parcialmente relevantes no contexto da presente invenção, que serão descritos a seguir em ordem cronológica, de forma a facilitar a percepção dos caminhos distintos seguidos pela técnica até então - e a falta de convergência das tecnologias conhecidas, quando comparadas com a presente invenção.
[0009] O documento US 4,556,491, intitulado “Avoidance of rising sludge in biological wastewater treatment clarifiers”, foi publicado em 03Dez1985. Referido documento revela um método para evitar a elevação do lodo em clarificadores secundários de plantas de tratamento biológico. A solução
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 9/54 / 38 proposta envolve minimizar a entrada de gás nitrogênio com o licor que entra no clarificador, de forma que o nível de nitrogênio dissolvido na biomassa que decanta no clarificador permanece menor do que aquela do equilíbrio. O referido método é mais eficaz quando são presentes óxidos solúveis de nitrogênio e são reduzidos pela biomassa a nitrogênio elementar. O excesso de nitrogênio pode ser removido pela remoção de gás do licor do efluente de entrada no clarificador, que é feita pelo aprofundamento e alargamento do tanque usual, de forma que a taxa de fluxo do licor para baixo seja menor que 0,4 pés por segundo e a profundidade seja maior que 4 pés, assim permitindo que as macrobolhas contendo gás ascendam à superfície, liberando o gás. O licor livre de macrobolhas é então passado por uma zona de pressão hidráulica a caminho do clarificador, formando microbolhas que se dissolvem no líquido. [0010] O documento US 7,270,751, intitulado “Method for Treating of Sewage Plant Sludges by a Fungal Process”, foi publicado pela primeira vez em 18Set2003 (WO 03/076351). Referido documento revela um processo para tratamento de efluentes domésticos que compreende a aplicação de microfungos, que são cultivados continuamente em paralelo, sendo aeróbicos tanto o tratamento de efluente quanto o cultivo contínuo paralelo de microfungos. O processo referido especifica as condições nas quais os microfungos são cultivados e utilizados, indicando também os equipamentos e meios de filtração por membrana do lodo. O referido documento difere da presente invenção por inúmeras características técnicas, podendo-se citar, dentre outras: além de ser limitado ao cultivo de microfungos e requerer membranas de filtração, o equipamento e o processo do referido documento não compreendem um dispositivo de geração de microbolhas e/ou filmes finos e/ou de shearing no subsistema on-site e ex-situ e/ou no tanque principal e não visa modular o consórcio microbiano no tanque de tratamento. Tampouco o referido processo e equipamento são relacionados ao tratamento de corpos líquidos como rios, lagoas, lagunas e enseadas.
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 10/54 / 38 [0011] O documento US 7,879,593, intitulado “Fermentation Systems, Methods and Apparatus” foi publicado pela primeira vez em 09Out2003 (US 2003/0190742 A1). Referido documento revela um processo para tratamento de efluentes domésticos que compreende um subsistema de fermentação para enriquecimento de microrganismos, que são cultivados on-site e em paralelo, para enriquecimento seletivo de certos tipos de microrganismos em detrimentos de outros. O referido documento difere da presente invenção por inúmeras características técnicas, podendo-se citar, dentre outras: o equipamento e o processo do referido documento não compreendem um dispositivo de geração de microbolhas e/ou filmes finos e/ou de shearing no subsistema on-site e ex-situ e/ou no tanque principal. Tampouco os referidos processo e equipamento são também relacionados ao tratamento de corpos líquidos como rios, lagoas, lagunas e enseadas.
[0012] O documento US 6,773,592, intitulado “Systems and methods for treating waste water using an inoculum”, foi publicado em 10Ago2004. Referido documento revela um método para tratar efluentes/esgoto e envolve o tratamento do sistema de coleta antes que o efluente chegue à unidade de tratamento. Um aspecto chave do referido método é a introdução de um inóculo de microrganismos selecionados em uma zona quiescente da rede de coleta. A zona quiescente é onde o efluente é significativamente desacelerado na rede de coleta e pode ser temporariamente estacionário, ou seja, uma estação de bombeamento ou área baixa em duas seções de um duto. Microrganismos tendem a se multiplicar nestas zonas quiescentes. A introdução de inóculo de um cultivo competitivo a microrganismos indesejáveis (que prejudicam a degradação do efluente) melhora a eficiência de todo o sistema de tratamento. O referido método se assemelha à abordagem conhecida do estado da técnica, de adição de microrganismos cultivados off-site.
[0013] O documento US 2005/0279713, intitulado “System and method for dissolving gases in liquids”, foi publicado em 22Dez2005. Referido documento revela um equipamento e método para dissolver gás em um líquido
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 11/54 / 38 e compreende um tanque de saturação e uma fonte de gás pressurizado conectada a uma área de gás (head space) do tanque de saturação. O tanque de saturação contempla um tanque pressurizado que contém pelo menos um bico injetor que permite a passagem de líquido para dentro do tanque pressurizado e uma saída para o líquido contendo gás dissolvido. Mediante a passagem de líquido contendo gás em um segundo fluido, o gás é liberado na forma de microbolhas. As microbolhas auxiliam na floculação de partículas em suspensão e promovem a dissolução do gás no segundo fluido. O gás preferido é ar, oxigênio ou ozônio, sendo os aplicáveis ao uso no tratamento de rios, lagoas e instalações industriais.
[0014] O documento US 7,488,713, intitulado “Waste water treatment plant and method’, foi publicado em 10Fev2009. Referido documento revela uma planta de tratamento de esgoto que inclui um reator ou câmara (26) contendo uma pluralidade de carreadores de esgoto (38). Na base da câmara (26) fica uma câmara (40) de coleta de biofilme. Em um arranjo coaxial com a câmara (26) há um duto oco (30) com um dispositivo de injeção de ar (32) disposto no fundo do mesmo. Durante o uso, o esgoto entra na câmara de tratamento através da entrada (28) e é forçado a circular em torno da câmara de tratamento através da ação de bombeamento do duto (30) e a injeção de ar. A água tratada passa através da câmara de coleta de biofilme (4) a uma câmara de decantação (42), que tem uma saída (44) para a água tratada.
[0015] O documento WO 2012/065250, intitulado “Integrated dissolved air flotation system and process for the treatment of wastewater'. foi publicado em 24Mai2012. Referido documento revela um método útil para o tratamento de água contendo líquidos emulsificados, líquidos contendo pH alcalino, e/ou esgoto em elevada temperatura. Uma concretização do referido método envolve: colocar o referido material a ser tratado em um tanque; adicionar um coagulante; adicionar um floculante; introduzir bolhas de ar geradas em um fluxo de ar de 400 a 800 mL de ar/minuto/L de água; e difusores de membrana com tamanho de poro de 1 a 2,5 mm, por um período de tempo suficiente para
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 12/54 / 38 causar a coagulação de ao menos parte do resíduo; introduzir bolhas de ar; repetir a operação por tempo suficiente para causar a floculação de ao menos parte do resíduo, formando flocos; introduzir microbolhas com faixa de tamanho de 20 a 100 pm por um período de tempo suficiente para causar a flotação de pelo menos parte dos flocos; e remover pelo menos parte dos flocos do efluente.
[0016] O documento US 8,366,938, intitulado “Method and device for purifying liquid effluents”, foi publicado em 05Fev2013. Referido documento revela um método no qual água é separada de outras substâncias pelo borbulhamento de ar, em um aparato vertical (3), em efluentes alimentados uma taxa de fluxo “D”. O aparato tem uma superfície livre e inclui pelo menos dois compartimentos (4, 5, 6, 7) que se comunicam entre si para proporcionar a circulação sucessiva de cima para baixo e de baixo para cima, entre a porção inferior do aparato e um nível médio, a uma taxa de fluxo de ar pelo menos três vezes superior à taxa de fluxo do efluente. A fase sobrenadante é continuamente descarregada e a oxidação química dos líquidos ou gases do referido efluente é simultaneamente conduzida no mesmo aparato. A taxa de oxidação química e a taxa de fluxo (e tamanho) das bolhas são selecionadas de forma a obter progressivamente a separação das fases sólido/líquido e líquido/líquido na superfície do aparato para obter uma demanda química de oxigênio (DQO) abaixo de um limite predeterminado.
[0017] O documento US 2013/0264281 A1, intitulado “Apparatus and Methods for Control of Waste Treatment Processes”, foi publicado em 10Out2013. Referido documento revela um processo de tratamento de efluentes que é melhorado através da produção e introdução de populações microbianas específicas, customizadas para desempenhar tarefas específicas durante o processo para formação ou precipitação de certos nutrientes ou para reduzir a formação de sólidos no pós-tratamento. O processo consiste essencialmente de retirar duas partes lodo ativado, retornando uma delas ao tanque de tratamento e encaminhando a outra a um outro tanque, onde é
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 13/54 / 38 produzida de forma controlada uma outra população microbiana que é subsequentemente reintroduzida no tanque principal.
[0018] Como se vê, o conceito de enriquecimento on-site e ex-situ, revelado em 2003, teve poucas evoluções até o momento, havendo ainda substanciais limitações a tais equipamentos e processos. Na presente invenção, em vez do termo “enriquecimento” microbiano on-site e ex-situ, é empregado o termo “modulação” on-site e ex-situ de consórcio microbiano, uma vez que a invenção proporciona desde a eliminação seletiva ou total onsite e ex-situ de microrganismos até o enriquecimento melhorado on-site e exsitu de microrganismos selecionados. Essa combinação de fatores não é obtida com as abordagens conhecidas na técnica.
[0019] A presente invenção proporciona melhorias sobre os equipamentos e processos conhecidos até então, dentre outras razões técnicas, por prover melhorados equipamento e processo on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos presentes em tanques de tratamentos de efluentes ou em corpos líquidos abertos, como rios, lagoas, lagunas e enseadas. Diferentemente do que é revelado nos antecedentes, o equipamento on-site e ex-situ da invenção compreende um ou mais dispositivos de geração de microbolhas/nanobolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos. O equipamento da invenção proporciona melhorado desempenho e melhorada modulação dos consórcios microbianos presentes em um tanque principal de uma unidade de tratamento de efluentes e/ou de consórcios microbianos presentes em corpos líquidos como rios, lagoas, lagunas e enseadas. Tal abordagem não é citada ou sequer sugerida no estado da técnica.
[0020] Com base na literatura patentária e não patentária nota-se claramente a necessidade da busca por novas soluções alternativas àquelas já existentes para contornar as limitações dos sistemas de tratamento biológico de resíduos sólidos, semi-sólidos e/ou líquidos, bem como das limitações das abordagens de tratamento de corpos líquidos abertos como rios lagoas,
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 14/54 / 38 lagunas e enseadas. O presente pedido de patente revela soluções a estes problemas. Do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção que, aos olhos dos inventores, possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.
Sumário da Criação/Invenção [0021] A presente invenção tem como conceito inventivo comum aos seus diversos objetos um equipamento on-site e ex-situ para a modulação de consórcios microbianos que compreende um ou mais dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos. Referido equipamento é particularmente útil na melhoria de condições de corpos líquidos abertos e/ou na melhoria do desempenho de sistemas de tratamento de efluentes líquidos, semi-sólidos ou sólidos.
[0022] O equipamento da invenção proporciona: redução do consumo de energia; aumento da eficiência dos processos de tratamento ou de recuperação ambiental; um volume de material contendo biomassa com ajuste no consórcio microbiano presente, proporcionando ajuste do consórcio de tanques de tratamento aeróbico ou de corpos líquidos abertos; utilização de efluentes como biomassa para biotransformação e obtenção de produtos de interesse econômico.
[0023] É um dos objetos da invenção um equipamento para modulação de consórcios microbianos compreendendo pelo menos um subsistema on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos compreendendo um ou mais dispositivos selecionados dentre: dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos, para subsequente ou concomitante introdução de todo ou parte do volume do subsistema a um reator/tanque principal de tratamento.
[0024] Em uma concretização, o referido subsistema on-site e ex-situ adicionalmente compreende:
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- meios de controle de temperatura e/ou pH;
- meios de agitação;
- meios para ajustar os nutrientes, ou inibir microrganismos indesejados; e/ou
- meios de descarga total, parcial ou controlada do volume de material do subsistema ao referido reator ou tanque principal.
[0025] Em uma concretização, o equipamento da invenção é caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender meios controlados de introdução de líquidos oriundos de by-pass do fluxo de entrada de resíduos/efluentes e/ou de matéria orgânica de corpos líquidos abertos, como rios, lagoas, lagunas ou enseadas.
[0026] Em uma concretização, o equipamento da invenção adicionalmente compreende meios para ajustar a quantidade de energia introduzida no reator ou tanque de cultivo principal e/ou no(s) subsistema(s) onsite e ex-situ de modulação de consórcios microbianos, proporcionando a redução do consumo de energia em momentos de pico de demanda da rede elétrica - até um mínimo que não comprometa o patamar de tratamento atingível pelos sistemas convencionais.
[0027] É outro dos objetos da invenção o uso de equipamento para modulação de consórcios microbianos on-site e ex-situ, para subsequente ou concomitante introdução do volume de material contendo microrganismos e/ou matéria orgânica a tanques de tratamento de efluentes líquidos, semi-sólidos e/ou sólidos.
[0028] Em uma concretização, o referido uso é caracterizado pelo fato de que o subsistema on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos promove o crescimento seletivo de um ou mais microrganismos já presentes no efluente em detrimento de outros, para a subsequente reintrodução de tais microrganismos, em concentrações elevadas, ao efluente original, evitando assim a introdução de microrganismos exógenos ao ambiente específico e evitando ou reduzindo o impacto ambiental negativo ou risco. Esta seletividade
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 16/54 / 38 pode ser obtida pelo isolamento com técnicas microbiológicas, após análise da mistura de microrganismos presentes no efluente, e enriquecimento específico de uma ou mais espécies de organismos em conjunto ou separados, para subsequente introdução separados, sequencialmente ou juntos, ou através de uso de meios de cultura seletivos.
[0029] É ainda outro dos objetos da invenção um processo para modulação de consórcios microbianos compreendendo:
- uma etapa de modulação de consórcios microbianos em um ou mais subsistema(s) on-site e ex-situ compreendendo um ou mais dispositivos selecionados dentre: dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos; e
- uma etapa subsequente ou concomitante de introdução de todo ou parte do volume do subsistema on-site e ex-situ a um reator/tanque principal de tratamento.
[0030] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.
Breve Descrição das Figuras [0031] A figura 1 mostra uma representação esquemática de um processo convencional de tratamento aeróbico de efluentes (prior art). O enriquecimento de microrganismos é feito com recirculação de parte do lodo após a clarificação.
[0032] A figura 2 mostra uma representação esquemática de um equipamento convencional (20) de tratamento aeróbico de efluentes (prior art), sendo indicados: (21) entrada do efluente; (22, 23) chicanas/defletores; (24) pás para agitação e/ou aspersor de gases; (25) motor para agitação e/ou bomba de gases; (26) saída do efluente.
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 17/54 / 38 [0033] A figura 3 mostra uma representação esquemática de uma concretização do equipamento (30) da invenção, que compreende: um tanque principal (32) para tratamento de efluentes líquidos ou de resíduos semisólidos; um subsistema on-site e ex-situ (31) de modulação de consórcios microbianos compreendendo um dispositivo (31b) selecionado dentre: dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos, para subsequente ou concomitante introdução de todo ou parte do volume do subsistema on-site e ex-situ ao tanque de cultivo principal (32). São também indicados: (33) entrada do efluente no tanque principal; (34) opcional derivação de parte do efluente de entrada para introdução no subsistema on-site e ex-situ (31); (35) opcional entrada de nutrientes para o subsistema on-site e ex-situ; (36) entrada de gases para o subsistema on-site e ex-situ; (37) saída do subsistema de modulação de consórcio microbiano e alimentação ao tanque (32) principal; (38a) motor para agitação e/ou bomba de gases ou de líquido com entrada de gás; (38b) pás para agitação e/ou aspersor de gases; e (39) saída do efluente.
[0034] A figura 4 mostra uma representação esquemática de uma outra concretização do equipamento da invenção, sendo indicados: (40) equipamento da invenção; (41) subsistema on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos; (42) tanque principal; (43) entrada do efluente no tanque principal; (44) opcional derivação de parte do efluente de entrada para alimentar o subsistema on-site e ex-situ (41) de modulação de consórcios microbianos; (45) opcional entrada de nutrientes para o subsistema on-site e ex-situ; (46) entrada de gases para o subsistema on-site e ex-situ; (47a, 47c) motor para agitação e/ou bomba de gases; (47b) pás para agitação e/ou aspersor de gases; (47d) dispositivo selecionado dentre: dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos, para subsequente ou concomitante introdução de todo ou parte do volume do subsistema on-site e ex-situ ao tanque de cultivo principal (42); (48a) subsistema ou câmara de decantação de lodo; (48b) retorno do lodo
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 18/54 / 38 decantado; (49) saída do efluente. Esta concretização da invenção difere de equipamentos congêneres pela presença dos itens (41), (44), (45), (46), (47c) e (47d), ou seja, pela presença do subsistema on-site e ex-situ (41) de modulação de consórcios microbianos.
[0035] A figura 5 mostra uma representação esquemática de um dispositivo de geração de microbolhas, nanobolhas e/ou de shearing. A figura ilustra um corte longitudinal de um bico ou nozzle tipo Venturi (50) para a geração de microbolhas, nanobolhas e/ou de shearing no meio líquido de um subsistema on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos, sendo mostrado em (51) o ponto de entrada de líquido, em (52) o ponto de entrada de gases/ar e em (53) o ponto de saída da mistura líquido/microbolhas. Referido dispositivo gerador de microbolhas e/ou nanobolhas pode ser configurado ou ajustado para prover shearing no meio líquido, de forma a romper biofilmes, agregados ou clumps de células, ou ainda romper membranas celulares de certos tipos microbianos - ou todos.
[0036] A figura 6 mostra representações esquemáticas de dispositivos de dissolução de gases em líquidos conhecidos na técnica. Em A) é mostrado um dispositivo gerador de microbolhas e/ou nanobolhas (Riverforest Corporation) que gera microbolhas e/ou nanobolhas a partir do bombeamento de líquido. A circulação do líquido no interior do referido dispositivo gera um vácuo que suga o ar externo e o mistura com o líquido, formando as microbolhas e/ou nanobolhas dependendo dos fluxos e pressões utilizadas. Fluxos de líquido com muitas microbolhas e/ou nanobolhas são ejetados das duas extremidades do dispositivo. Em B) é mostrado um dispositivo gerador de filmes finos de líquido (Riverforest Corporation). O referido dispositivo coleta bolhas de ar no líquido e as transforma em bolhas de líquido em volta do ar, através da passagem forçada por um sistema que reduz a velocidade de ascensão das bolhas de ar (para mais detalhes, ver US 8,292,271, incorporado aqui por referência). A formação de filmes finos de líquido em volta do ar proporciona elevada área de troca de gases, proporcionando tanto a aeração do líquido
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 19/54 / 38 quanto a remoção dos gases que previamente nele estavam (stripping), sendo portanto muito útil em situações de saturação de gases no líquido, ou seja, para desaturar o líquido. Em C) é mostrado um outro dispositivo gerador de filmes finos de líquido (Riverforest Corporation), em um arranjo em série na vertical. No detalhe são mostradas bolhas de líquido em volta do ar. Em D) é mostrado um dispositivo combinado, gerador de microbolhas e de filmes finos de líquido no mesmo dispositivo (Riverforest Corporation). Referidos dispositivos geradores de microbolhas/nanobolhas podem ser configurados ou ajustados para prover shearing no meio líquido, de forma a romper biofilmes, agregados ou clumps de células, ou ainda romper membranas celulares de certos tipos microbianos - ou todos.
[0037] A figura 7 ilustra esquematicamente uma concretização de equipamento da invenção, no qual um subsistema on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos (70) de 300 L compreende um arranjo de três dispositivos, sendo:
- um dispositivo (71) gerador de microbolhas/nanobolhas do modelo BT-50 (Riverforest Corporation) em conexão hidráulica com uma bomba (72) de líquido de 0,5 HP (WEG);
- um dispositivo (73) gerador de filmes finos de líquido do modelo FB-50 (Riverforest Corporation) conectado a um compressor (74) de ar limpo (Schulz); e
- um dispositivo (75) gerador de microbolhas e filmes finos de líquido modelo FBT-50 (Riverforest Corporation) conectado hidraulicamente a uma bomba (76) de líquido de 0,5 HP (WEG). São também indicados: (77) entrada de material no subsistema on-site e ex-situ, podendo ser derivação de parte do volume de um tanque principal de tratamento ou derivação de parte do volume de lodo de um corpo líquido aberto com um rio, lagoa, laguna ou enseada; (78) saída de material do subsistema on-site e ex-situ para alimentar um tanque principal de tratamento.
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 20/54 / 38 [0038] A figura 8 mostra uma representação esquemática de uma concretização do equipamento (80) da invenção, que compreende: um tanque principal (82) para tratamento de efluentes líquidos; um subsistema on-site e ex-situ (81) de modulação de consórcios microbianos compreendendo um dispositivo (83) de geração de microbolhas e/ou de filmes finos modelo FBT 50 (Riverforest), para subsequente ou concomitante introdução de todo ou parte do volume do subsistema on-site e ex-situ ao tanque de cultivo principal (82). São também indicados: (84) sistema de aeração do tanque principal, compreendendo aeradores convencionais de pratos perfurados e geradores de filme fino modelo AWA (Riverforest); (85) bomba de ar e/ou líquido; (86) entrada de ar e/ou líquido no subsistema on-site e ex-situ; (87) bomba de ar para o tanque principal; (88) entrada de ar limpo para o tanque principal. Os demais pontos não indicados são semelhantes aos da figura 3.
Descrição Detalhada da Criação/Invenção [0039] A presente invenção tem como conceito inventivo comum aos seus diversos objetos um equipamento on-site e ex-situ para a modulação de consórcios microbianos que compreende um ou mais dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos. Referido equipamento é particularmente útil na melhoria de condições de corpos líquidos abertos e/ou na melhoria do desempenho de sistemas de tratamento de efluentes líquidos, semi-sólidos ou sólidos. O equipamento da invenção proporciona: redução do consumo de energia; aumento da eficiência dos processos de tratamento ou de recuperação ambiental; um volume de material contendo biomassa com ajuste no consórcio microbiano presente, proporcionando ajuste do consórcio de tanques de tratamento aeróbico ou ajuste do consórcio de corpos líquidos abertos; utilização de efluentes como biomassa para biotransformação e obtenção de produtos de interesse econômico.
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 21/54 / 38 [0040] Em uma concretização, o equipamento da invenção compreende um ou mais dispositivos para a geração de microbolhas e/ou nanobolhas no sistema de modulação on-site e ex-situ, proporcionando melhoria substancial da difusão e solubilização de gases relevantes para o cultivo dos referidos organismos, que atingem ainda superiores títulos e/ou crescem mais rapidamente.
[0041] Em uma concretização, o equipamento da invenção compreende um ou mais dispositivos para a geração de microbolhas e/ou nanobolhas no sistema de modulação on-site e ex-situ, referidos dispositivo(s) sendo ajustado(s) ou ajustável(is) para operar em regimes de shearing diferencial, ou seja, para proporcionar força de cisalhamento controlada para romper biofilmes, agregados ou clumps de células, ou para romper seletiva ou totalmente as membranas celulares de microrganismos. Referido(s) dispositivo(s), proporciona(m), desta forma, um adicional meio de seleção ou modulação dos consórcios microbianos presentes no líquido que passa pelo(s) dispositivo(s), ou que é presente nos tanques principais de tratamento ou presente em corpos líquidos abertos.
[0042] Em uma concretização, o equipamento da invenção compreende um ou mais dispositivos para a geração de filmes finos de líquido no sistema de modulação on-site e ex-situ, proporcionando melhoria substancial da difusão e solubilização de gases relevantes para o cultivo dos referidos organismos, ao mesmo tempo em que remove(m) gases indesejados (stripping).
[0043] Em uma concretização, o equipamento da invenção compreende uma combinação de dois ou mais dispositivos selecionados dentre: dispositivos para a geração de microbolhas/nanobolhas, com ou sem produção de shearing; e dispositivos para a geração de filmes finos de líquido.
[0044] A invenção proporciona a combinação das sinergias de: (i) aumento da quantidade e/ou taxa de dissolução de gases em líquidos; (ii) remoção de gases indesejáveis (stripping); (iii) shearing diferencial para a eliminação seletiva, ou shearing total, para eliminação total de microrganismos;
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 22/54 / 38 (iv) redução de consumo de energia; (v) ajuste do equipamento ou processo de acordo com variações das cargas de entrada ou de parâmetros de interesse. [0045] O equipamento da invenção resolve vários problemas técnicos no setor, que não são resolvidos pelas abordagens convencionais de adição de microrganismos secos, liofilizados ou na forma de esporos, que são cultivados off-site, ou seja, em locais distantes e implicam na lenta adaptação de tais organismos até uma taxa ativa de metabolismo, bem como acarretam dificuldades logísticas consideráveis.
[0046] Outro problema resolvido pelo equipamento e processo da invenção é disponibilizar localmente um volume de material:
(i) com microrganismo(s) em quantidades virtualmente ilimitadas e/ou em elevados títulos;
(ii) com consórcios de microrganismos selecionados; e/ou (iii) com apenas a matéria orgânica, devido ao shearing total das células previamente existentes no referido volume, para introdução a um tanque principal de sistema de tratamento.
[0047] A invenção evita a aquisição, transporte e/ou uso de microrganismos previamente embalados (notadamente os exógenos), o que reduz ou elimina a necessidade de aquisição de substancial quantidade de microrganismos na forma de insumo.
[0048] Adicionalmente, a invenção proporciona a seleção e utilização de microrganismos específicos já presentes no sistema ecológico, evitando ou diminuindo, desta forma, impacto ambiental indesejado ou risco. Isso é viabilizado, dentre outras formas, pela análise de composição local de microrganismos (definição de bactérias, fungos, protozoários e demais organismos unicelulares) seguido de seleção e enriquecimento da população desejada. O enriquecimento é feito através de técnicas microbiológicas como: isolamento e caracterização bioquímica e/ou genética/genômica de organismos desejados em meio de cultura sólido (placa) ou líquido, ou através do uso de meio seletivo favorecendo o crescimento dos organismos desejados e/ou a
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 23/54 / 38 inibição de não-desejados. Outros métodos são também aplicáveis como a amplificação deste(s) organismo(s) em conjunto ou separados, e adição posterior dos mesmos ao tanque principal em conjunto, ou sequencialmente, por exemplo para otimizar ações enzimáticas decorrentes da adição.
[0049] Em uma concretização, a concentração de microrganismos ou título no subsistema de modulação on-site e ex-situ é ao menos 100 vezes superior à concentração de microrganismos ou título no tanque contendo líquidos a serem tratados (tanque principal), para que a adição de volumes relativamente pequenos de mosto do subsistema de modulação on-site e exsitu enriqueça substancialmente a quantidade e concentração de microrganismos, ou título, no referido tanque receptor. Nesta concretização, a adição do mosto do subsistema de modulação on-site e ex-situ ao tanque principal modifica substancialmente o título total de microrganismos que degradam o resíduo ou efluente no referido tanque sem com isso requerer a adição de volume significativo de mosto ao tanque principal.
[0050] Em uma concretização, o subsistema de modulação on-site e exsitu compreende um dispositivo gerador de microbolhas e/ou nanobolhas ajustado para produzir intensidade de shearing que proporciona ruptura de filmes ou agregados celulares e/ou seletivamente elimina certos microrganismos devido à ruptura da membrana celular dos mesmos. Em outra concretização o shearing é total, rompendo todas as estruturas celulares e convertendo-as em matéria orgânica acelular. Em qualquer destas duas últimas concretizações, o lodo presente em corpos líquidos como rios, lagoas, lagunas ou enseadas pode, uma vez sendo submetido ao subsistema de modulação on-site e ex-situ, ser carregado a um tanque principal de tratamento aeróbico. Semelhantemente, em qualquer destas duas últimas concretizações, um volume derivado de uma estação de tratamento pode ser reaproveitado, uma vez sendo submetido ao subsistema de modulação on-site e ex-situ, sendo carregado a um tanque principal de tratamento aeróbico e nele disponibilizando os fragmentos decorrentes da ruptura celular parcial ou total na forma de
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 24/54 / 38 nutrientes e/ou enzimas úteis no processo de tratamento ou conversão de matéria orgânica em outras substâncias de interesse econômico.
[0051] Tais concretizações, independentemente uma da outra, proporcionam, dentre outras vantagens: mais amplitude de ajuste de consórcios de microrganismos do que sistemas convencionais; a seleção de microrganismos específicos para atuar no sistema; a seleção de faixas de concentração de microrganismos para atuar no sistema; a seleção do momento em que tal volume contendo microrganismos (ou matéria orgânica sem microrganismos) é adicionado; a elevada velocidade de alteração de concentração de microrganismo(s) no sistema, o que viabiliza o ajuste do processo de acordo com as variações do material de entrada; elevada taxa de metabolismo dos microrganismos no subsistema de modulação on-site e exsitu, para degradar e/ou transformar as substâncias indesejáveis no tanque principal; redução dos tempos de residência; maior produtividade de tratamento; redução do consumo de energia; redução ou eliminação de impacto ambiental indesejado ou de risco; conversão da matéria orgânica em outras substâncias de interesse econômico.
[0052] O uso da invenção proporciona substancial melhoria da eficiência de sistemas de tratamento de efluentes, proporcionando: aumento substancial da disponibilidade de microrganismos em grande quantidade e em elevado estado de ativação metabólica para introdução nos sistemas de tratamento; eliminação ou minimização de dificuldades logísticas de transporte e/ou estoque de microrganismos, bem como os riscos ambientais e/ou à saúde humana decorrentes do transporte de material microbiano em grande quantidade; redução substancial do consumo de energia relacionado à introdução de gases (por exemplo, ar) necessários ao crescimento microbiano; aumento substancial do desempenho de sistemas de tratamento de efluentes, com aumento da capacidade de unidades já instaladas e/ou com a redução dos custos de instação de novas unidades; shearing diferencial para adicional modulação de consórcios microbianos; shearing total para conversão de
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 25/54 / 38 biomassa microbiana em carga orgânica acelular; provocar biotransformação ou para induzir ou modificar os organismos no tanque principal; viabilização técnica da utilização de efluentes como biomassa para biotransformação.
[0053] Em uma concretização, a disponibilização de grandes quantidades de microrganismos cultivados de acordo com a presente invenção e em elevado estado de ativação metabólica, para subsequente introdução no meio onde tais resíduos se encontram é uma alternativa interessante e promissora e se distingue das demais abordagens congêneres, como será demonstrado em mais detalhes a seguir.
[0054] A presente invenção também proporciona uma solução para o problema da elevada energia requerida para a introdução de ar e/ou sua dissolução no líquido, que ocorre nos sistemas convencionais, ao disponibilizar um equipamento que consiste em um reator ou tanque de cultivo principal dotado de subsistema on-site e ex-situ de modulação de consórcio microbiano. A quantidade de energia requerida para a obtenção de elevados títulos de microrganismos no equipamento da invenção é substancialmente menor do que aquela necessária ao cultivo de microrganismos em reatores ou tanques de cultivo convencionais. Referido equipamento viabiliza, na prática, um processo on-site no qual os consórcios microbianos são modulados ex-situ, reduzindo substancialmente essas e outras limitações de obtenção de elevados títulos de microrganismos e pode eliminar ou diminuir a necessidade de reutilização de lodo ativado, diminuindo a quantidade total deste lodo produzido no processo.
[0055] Em uma concretização, são introduzidas microbolhas de ar e/ou oxigênio no meio líquido do subsistema on-site e ex-situ e ao tanque principal ao qual os organismos serão introduzidos, aumentando substancialmente a taxa de dissolução do oxigênio ao referido subsistema e com isso reduzindo um dos principais gargalos para o crescimento microbiano. A introdução de gases desejáveis (oxigênio) e/ou a remoção de gases indesejáveis (como
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 26/54 / 38 metano, H2S e outros) através de uso de sistemas de introdução intensiva de microbolhas contribui neste processo.
[0056] Em outra concretização, são introduzidas microbolhas de CO2 e/ou nitrogênio no meio líquido do subsistema on-site e ex-situ e ao tanque principal ao qual os organismos serão introduzidos, para promover digestão anaeróbica e/ou a produção de biogás, ou em processo para diminuir ou aumentar seletivamente componentes inorgânicos (ex. amônia, nitritos, fosfato, ácidos, álcalis ou sais) ou orgânicos (defensivos agrícolas, lipídeos, proteínas e peptídios, açúcares, petróleo e seus derivados, tintas e corantes ou outros compostos industriais ou domésticos), condições seletivas de pH, nutrientes, e inibidores são aplicadas ao sistema de modo a promover a modulação ex-situ dos consórcios microbianos desejados, e a diminuição relativa ou absoluta de microrganismos indesejados.
[0057] É um dos objetos da invenção um equipamento para modulação de consórcios microbianos compreendendo um ou mais subsistema(s) on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos compreendendo um ou mais dispositivos selecionados dentre: dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos, para subsequente ou concomitante introdução de todo ou parte do volume do subsistema a um reator/tanque principal de tratamento.
[0058] Em uma concretização, o referido subsistema on-site e ex-situ adicionalmente compreende:
- meios de controle de temperatura e/ou pH;
- meios de agitação;
- meios para ajustar os nutrientes, ou inibir microrganismos indesejados; e/ou
- meios de descarga total, parcial ou controlada do volume de material do subsistema ao referido reator ou tanque principal.
[0059] Em uma concretização, o equipamento da invenção adicionalmente compreende meios controlados de introdução de líquidos
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 27/54 / 38 oriundos de by-pass do fluxo de entrada de resíduos/efluentes e/ou de matéria orgânica de corpos líquidos abertos, como rios, lagoas, lagunas ou enseadas. [0060] Em uma concretização, o meio de introdução de gases do equipamento da invenção funciona também como meio de agitação.
[0061] Em uma concretização, o equipamento da invenção adicionalmente compreende meios para ajustar a quantidade de energia introduzida no reator ou tanque de cultivo principal e/ou no(s) subsistema(s) onsite e ex-situ de modulação de consórcios microbianos, proporcionando a redução do consumo de energia em momentos de pico de demanda da rede elétrica - até um mínimo que não comprometa o patamar de tratamento atingível pelos sistemas convencionais.
[0062] É outro dos objetos da invenção o uso de equipamento para modulação de consórcios microbianos sendo on-site e ex-situ, para subsequente ou concomitante introdução do volume de material contendo microrganismos e/ou matéria orgânica a tanques de tratamento de efluentes líquidos, semi-sólidos e/ou sólidos.
[0063] Em uma concretização, o referido uso de subsistema on-site e exsitu de modulação de consórcios microbianos promove o crescimento seletivo de um ou mais microrganismos já presentes no efluente em detrimento de outros, para a subsequente reintrodução de tais microrganismos, em concentrações elevadas, ao efluente original, evitando assim a introdução de microrganismos exógenos ao ambiente específico e evitando ou reduzindo o impacto ambiental negativo ou risco.
[0064] É ainda outro dos objetos da invenção um processo para modulação de consórcios microbianos que compreende:
- uma etapa de modulação de consórcios microbianos em pelo menos um subsistema on-site e ex-situ compreendendo um ou mais dispositivos selecionados dentre: dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos; e
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 28/54 / 38
- uma etapa subsequente ou concomitante de introdução de todo ou parte do volume do subsistema on-site e ex-situ a um reator/tanque principal de tratamento.
[0065] Em uma concretização, o processo da invenção adicionalmente compreende o controle de temperatura, pH, de entrada de nutrientes ou outras substâncias e/ou de difusão de gases no subsistema on-site e ex-situ.
[0066] Em uma concretização, o processo da invenção é conduzido de forma que o regime de operação é: de cultivo de microrganismos no subsistema on-site e ex-situ; e de biotransformação no tanque principal. Em outra concretização o processo da invenção é conduzido de forma que o regime de operação é: de shearing parcial ou total dos microrganismos no subsistema on-site e ex-situ; e de cultivo microbiano e/ou biotransformação no tanque principal. Em ambas as referidas concretizações, o processo da invenção proporciona a obtenção de produtos de interesse econômico a partir dos compostos presentes no efluente.
[0067] O equipamento da invenção proporciona uma alternativa eficiente e vantajosa às demais abordagens atualmente disponíveis para aplicações ambientais. A figura 1 (prior art) ilustra uma das abordagens conhecidas no estado da técnica, que consiste de uma etapa de cultivo aeróbico de microrganismos e reintrodução de lodo oriundo de etapa subsequente de clarificação. Através desta abordagem da técnica, o título de microrganismos no equipamento de cultivo aeróbico pode ser aumentado, porém não é viável a seleção de microrganismos específicos para introdução no referido equipamento.
[0068] A figura 2 (prior art) mostra uma representação esquemática de um equipamento para o tratamento aeróbico de efluentes dotado de motor, sistema de aeração e misturação, entrada e saída de efluente.
[0069] As abordagens mostradas nas figuras 1 e 2 não proporcionam os mesmos efeitos técnicos que a invenção. Além disso, não proporcionam todos os efeitos técnicos da invenção de forma concomitante: a seleção de
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 29/54 / 38 microrganismos específicos para introdução no tanque de tratamento/sistema; a seleção de faixas de concentração de microrganismos para atuar no sistema; a seleção do momento em que tais microrganismos são adicionados; a elevada velocidade de alteração de concentração de microrganismo(s) no sistema, o que viabiliza o ajuste do processo de acordo com as variações do material de entrada; a redução dos tempos de residência; a maior produtividade de tratamento; a redução do consumo de energia; a modulação dos consórcios microbianos através de shearing diferencial e/ou shearing total; a conversão de biomassa microbiana em matéria orgânica acelular.
[0070] O equipamento da invenção proporciona muito mais flexibilidade de operação do que os convencionais e uma ampliação significativa da magnitude de modulação de consórcios microbianos, desde a eliminação completa de microrganismos vivos é a elevação de título de microrganismos. Em ambos os casos, o equipamento proporciona flexibilidade e elevada capacidade de remoção de carga orgânica e/ou de conversão da carga orgânica em outras substâncias de interesse econômico.
[0071] Os referidos microrganismos ou consórcios microbianos compreendem ou são selecionados do grupo que compreende bactérias, Archaea, leveduras, fungos ou protozoários, ou qualquer mistura dos mesmos. [0072] Em uma concretização, o processo da invenção é conduzido a partir da utilização de ao menos parte do volume de um efluente líquido a ser tratado, por derivação em sistema de by-pass ou em sistema sequencial, como fonte de matéria orgânica e/ou de microrganismos cujo consórcio é modulado pelo subsistema on-site e ex-situ e subsequente ou concomitante introdução ou reintrodução de todo ou parte do volume do subsistema on-site e ex-situ, contendo material enriquecido de microrganismos e/ou matéria orgânica acelularizada, ao tanque de líquido original.
[0073] Em outra concretização, compostos inorgânicos ou orgânicos são adicionados ou removidos do líquido efluente de modo a promover
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 30/54 / 38 especificamente espécies de microrganismos desejados e/ou inibir o crescimento ou permanência de espécies de microrganismos indesejados. [0074] O processo da invenção é aplicável, dentre outros, ao tratamento de esgotos sanitários domiciliares. A composição do esgoto sanitário pode ser exemplificada na tabela 1 abaixo, que também mostra os valores aproximados dos respectivos componentes que chegam por dia a uma estação de tratamento de efluentes sanitários oriundos de uma população de 1,5 milhões de habitantes (considerando vazão de 2.500 L/s e densidade do esgoto de 1,0): Tabela 1 - Esgoto sanitário doméstico e quantidades geradas por dia de algumas substâncias.
Componente/substância % em peso Toneladas/dia
Matéria orgânica 19,6% 423
Proteínas (entre 40 a 60%) 170 a 254
Carboidratos (entre 25 a 50%) 105 a 211
Gorduras/matérias graxas (aprox. 10%) 42
Minerais 0,4% 8,6
[0075] Como pode ser observado na tabela 1, a quantidade de matéria orgânica que chega diariamente às estações de tratamento de efluentes domésticos é muito grande. A presente invenção proporciona substanciais vantagens e resolve problemas técnicos relevantes para o tratamento e/ou reaproveitamento desta biomassa, carga orgânica ou componentes individuais. O equipamento e/ou o processo da invenção viabiliza(m), na prática, o aproveitamento desta enorme fonte de biomassa como insumo, notadamente quando o processo da invenção é conduzido de forma que o regime de operação é: de modulação do consórcio de microrganismos no subsistema onsite e ex-situ; e de biotransformação no tanque principal, viabilizando assim a obtenção de produtos de interesse econômico a partir dos compostos presentes no efluente. Opcionalmente, a imposição de shearing diferencial ou total no subsistema on-site e ex-situ proporciona a ruptura diferencial ou total de células, disponibilizando no meio os conteúdos até então intracelulares no meio, proporcionando nutrientes adicionais e/ou enzimas específicas.
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 31/54 / 38 [0076] Os exemplos a seguir mostrados têm o intuito somente de exemplificar algumas das inúmeras maneiras de se concretizar a invenção sem, contudo, limitar o escopo da mesma.
Exemplo 1. Equipamento para modulação on site e ex-situ de Consórcios
Microbianos [0077] A figura 3 mostra uma representação esquemática de uma concretização da invenção, indicando um equipamento (30) que compreende: um tanque principal (32) para tratamento de efluentes líquidos ou de resíduos semi-sólidos; um subsistema on-site e ex-situ (31) de modulação de consórcios microbianos compreendendo um dispositivo (31b) selecionado dentre: dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos, para subsequente ou concomitante introdução de todo ou parte do volume do subsistema on-site e ex-situ ao tanque de cultivo principal (32). São também indicados: (33) entrada do efluente no tanque principal; (34) opcional derivação de parte do efluente de entrada para introdução no subsistema on-site e ex-situ (31); (35) opcional entrada de nutrientes para o subsistema on-site e ex-situ; (36) entrada de gases para o subsistema on-site e ex-situ; (37) saída do subsistema de modulação de consórcio microbiano e alimentação ao tanque (32) principal; (38a) motor para agitação e/ou bomba de gases ou de líquido com entrada de gás; (38b) pás para agitação e/ou aspersor de gases; e (39) saída do efluente.
[0078] O equipamento da invenção proporciona muito mais flexibilidade de operação e uma ampliação significativa da modulação de consórcios de microrganismos, seja pelo aumento substancial do título de um ou mais microrganismos ou pela eliminação seletiva de um ou mais microrganismos por shearing diferencial, consequentemente aumentando a capacidade de remoção de carga orgânica de um dado tanque de tratamento existente ou novo. Em uma concretização, o título de microrganismos no subsistema (31) on-site e exsitu é ao menos 100 vezes superior ao título de microrganismos no tanque (32) contendo o volume principal do efluente a ser tratado. Dependendo das
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 32/54 / 38 condições de operação esse título pode ser entre 1.000 e 10.000 vezes superior, comparando-se os títulos no subsistema (31) e no tanque principal (32). Consequentemente, uma das vantagens proporcionadas pelo equipamento da invenção é o fato de que a adição de volumes relativamente pequenos de mosto de cultivo do subsistema on-site e ex-situ (31) ao tanque principal (32) proporcionam o enriquecimento substancial da quantidade e concentração de microrganismos, ou título, no referido tanque principal. Esse substancial efeito técnico viabiliza o projeto e operação de equipamentos nos quais a relação de volumes entre o subsistema (31) e o tanque principal (32) pode ser de 1:10 a 1:1.000.000. A faixa de proporções pode ser até mais ampla, a depender do caso específico e/ou das condições de operação. De se notar que a quantidade de gases requerida para um volume de 100 a 10.000 vezes menor de líquido é também substancialmente menor. Consequentemente, a quantidade de energia requerida para introduzir gases em tal volume menor é também substancialmente menor. Assim, a obtenção de elevadas concentrações de microrganismos no subsistema (31) do equipamento da invenção é viabilizada com substancial redução da energia, especialmente quando comparada à energia requerida para a introdução de gases (e semelhante concentração de microrganismos) em sistemas aeróbicos convencionais.
Exemplo 2. Equipamento para modulação on-site e ex-situ de consórcios microbianos com reciclo de lodo [0079] Vantagens semelhantes àquelas proporcionadas pelo equipamento do exemplo 1 são proporcionadas pelo equipamento de outra concretização da invenção, esquematicamente mostrado na figura 4. O equipamento (40) desta concretização da invenção compreende: (41) subsistema on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos; (42) tanque principal; (43) entrada do efluente no tanque principal; (44) opcional derivação de parte do efluente de entrada para alimentar o subsistema on-site e ex-situ (41) de modulação de consórcios microbianos; (45) opcional entrada
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 33/54 / 38 de nutrientes para o subsistema on-site e ex-situ; (46) entrada de gases para o subsistema on-site e ex-situ; (47a, 47c) motor para agitação e/ou bomba de gases; (47b) pás para agitação e/ou aspersor de gases; (47d) dispositivo selecionado dentre: dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos, para subsequente ou concomitante introdução de todo ou parte do volume do subsistema on-site e ex-situ ao tanque de cultivo principal (42); (48a) subsistema ou câmara de decantação de lodo; (48b) retorno do lodo decantado; (49) saída do efluente. Esta concretização da invenção difere de equipamentos congêneres pela presença dos itens (41), (44), (45), (46), (47c) e (47d), ou seja, pela presença do subsistema on-site e ex-situ (41) de modulação de consórcios microbianos. Exemplo 3. Equipamento para modulação on-site e ex-situ de consórcios microbianos com gerador de Microbolhas com produção de shearing [0080] Em uma concretização, o equipamento da invenção compreende um dispositivo gerador de microbolhas no subsistema on-site e ex-situ, para proporcionar shearing diferencial ou total. A figura 5 mostra uma representação esquemática de um dispositivo de geração de microbolhas, nanobolhas e/ou de shearing. A figura ilustra um corte longitudinal de um bico ou nozzle tipo Venturi (50) para a geração de microbolhas, nanobolhas e/ou de shearing no meio líquido de um subsistema on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos, sendo mostrado em (51) o ponto de entrada de líquido, em (52) o ponto de entrada de gases/ar e em (53) o ponto de saída da mistura líquido/microbolhas. Referido dispositivo gerador de microbolhas e/ou nanobolhas pode ser configurado ou ajustado para prover shearing no meio líquido, de forma a romper biofilmes, agregados ou clumps de células, ou ainda romper membranas celulares de certos tipos microbianos - ou todos.
Exemplo 4. Processo para a ruptura de filmes de microrganismos e/ou de algas com shearing diferencial [0081] A figura 7 ilustra esquematicamente uma concretização de equipamento da invenção, no qual um subsistema on-site e ex-situ de
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 34/54 / 38 modulação de consórcios microbianos (70) de 300 L compreende um arranjo de três dispositivos, sendo:
- um dispositivo (71) gerador de microbolhas/nanobolhas do modelo BT-50 (Riverforest Corporation) em conexão hidráulica com uma bomba (72) de líquido de 0,5 HP (WEG);
- um dispositivo (73) gerador de filmes finos de líquido do modelo FB-50 (Riverforest Corporation) conectado a um compressor (74) de ar limpo (Schulz); e
- um dispositivo (75) gerador de microbolhas e filmes finos de líquido modelo FBT-50 (Riverforest Corporation) conectado hidraulicamente a uma bomba (76) de líquido de 0,5 HP (WEG). São também indicados: (77) entrada de material no subsistema on-site e ex-situ, podendo ser derivação de parte do volume de um tanque principal de tratamento ou derivação de parte do volume de lodo de um corpo líquido aberto com um rio, lagoa, laguna ou enseada; (78) saída de material do subsistema on-site e ex-situ para alimentar um tanque principal de tratamento.
[0082] O equipamento desta concretização da invenção foi utilizado para a ruptura de filmes de microrganismos (sem a ruptura de membrana celular), para melhorar o desempenho de um sistema de tratamento de efluentes. 200 Litros de lodo e líquidos de uma lagoa com elevada carga orgânica, incluindo filmes de microrganismos e de algas, foram introduzidos no referido subsistema (70). Em seguida foi acionada a bomba (72) de líquido, conectada hidraulicamente com o dispositivo (71) gerador de microbolhas. Em apenas 2 minutos de operação todos os clumps de células ou biofilmes de microrganismos ou algas deixaram de ser detectáveis, devido ao shearing moderado gerado no dispositivo (71).
Exemplo 5. Processo para modulação on-site e ex-situ de consórcios microbianos - imposição de regime aeróbico e remoção de cheiro [0083] O equipamento do exemplo 4 foi utilizado para a remoção de cheiro de 200 L de água suja obtida de lagoa contaminada com esgotos
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 35/54 / 38 domésticos. Neste exemplo, os três dispositivos (71, 73 e 75) foram acionados, respectivamente pelas bombas (72, 74) e pelo compressor (76). Devido à grande dissolução de ar no subsistema on-site e ex-situ neste experimento, o mau cheiro característico de sistemas anaeróbicos deixou de ser perceptível em 90 minutos de operação. Neste contexto, convém salientar que a invenção, nesta concretização ou em outras de suas concretizações, proporciona muito mais flexibilidade de operação e uma ampliação significativa da quantidade e velocidade de dissolução de gases no líquido, e consequentemente da capacidade de remoção de carga orgânica. De um lado, a quantidade de oxigênio presente no ar (21% em volume, 23% em peso) e a densidade do ar (aproximadamente 1,2 kg/m3), determinam que cada metro cúbico de ar tem 276g de O2. Por outro lado, 8,3 mg/L é o limite de saturação de oxigênio dissolvido em água fresca na temperatura de 25°C, conforme mostra a tabela 2 abaixo.
[0084] Tabela 2 - Solubilidade do Oxigênio em água fresca (sem salinidade)
Pressão abs mm Hg 760 1520 3040
psi 14.7 29.3 58.7
bar 1 2 4
kPa 101.1 202.2 404.3
Temperatura Solubilidade
oC oF pMol mg/L mL/L pMol mg/L mL/L pMol mg/L mL/L
5 41 399 12.8 9.1 798 25.5 18.2 1595 51.1 36.4
10 50 353 11.3 8.2 705 22.6 16.4 1411 45.1 32.8
15 59 315 10.1 7.5 630 20.2 14.9 1260 40.3 29.8
20 68 284 9.1 6.8 568 18.2 13.7 1137 36.4 27.3
25 77 258 8.3 6.3 517 16.5 12.6 1034 33.1 25.3
30 86 236 7.6 5.9 473 15.2 11.8 947 30.3 23.6
35 95 218 7 5.5 436 14 11 872 27.9 22.1
40 104 202 6.5 5.2 404 12.9 10.4 808 25.9 20.8
[0085] No limite em que o O2 presente no ar seja totalmente dissolvido na água, cada metro cúbico de ar totalmente dissolvido na água representa a
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 36/54 / 38 dissolução de 276g de oxigênio. Testes realizados no laboratório com o equipamento desta concretização da invenção indicam uma eficiência de 70% de dissolução do ar com o equipamento, podendo ser maior a depender das condições de operação. Nestas condições, o equipamento da invenção proporciona, para a injeção de cada metro cúbico de ar no líquido, a dissolução de 193,2g de O2 (e 161,2g de O2 para o caso do uso de ar com elevada umidade, cuja densidade é de aproximadamente 1 kg/m3 de ar).
Exemplo 6. Processo de Modulação on-site e ex-situ de Consórcios
Microbianos para aplicações ambientais [0086] Uma concretização do processo da invenção para o tratamento de esgoto sanitário doméstico compreende:
- uma etapa de modulação de consórcios microbianos em um ou mais subsistema(s) on-site e ex-situ compreendendo um ou mais dispositivos selecionados dentre: dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos; e
- uma etapa subsequente ou concomitante de introdução de todo ou parte do volume do subsistema on-site e ex-situ a um reator/tanque principal de tratamento.
[0087] O processo desta concretização da invenção proporciona diversas vantagens: a obtenção de elevados títulos de microrganismos fora do tanque principal de tratamento de esgoto e sua subsequente adição, em elevada quantidade e alto estado de ativação metabólica; e potencializa a eficiência do tratamento de efluentes por ao menos cinco razões concomitantes e sinérgicas: (i) aumento da eficiência do tratamento devido ao controle, virtualmente à escolha, do título de microrganismos presentes no tanque - proporcionado pela adição de diminutos volumes de líquido concentrado em microrganismos (concentração 1000 x maior ou mais) obtidos com o subsistema on-site e exsitu; (ii) substancial parte da aeração requerida em tanques de tratamento de efluentes convencionais é utilizada para o crescimento dos organismos, o que não necessariamente implica na redução de carga orgânica. Assim, ao
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 37/54 / 38 introduzir elevados títulos de microrganismos nos tanques de tratamento, praticamente toda a aeração neles introduzida é utilizada para o consumo e/ou bioconversão imediata da biomassa/carga orgânica pelos microrganismos altamente ativados; (iii) proporciona a escolha de consórcios de microrganismos em títulos e/ou proporções de difícil obtenção em tanques convencionais; (iv) proporciona a introdução seletiva de organismos especificamente adaptados à degradação de substâncias de difícil degradação e que ocasionalmente entram no sistema. O monitoramento da composição do efluente antes da entrada nos tanques de tratamento (ou mesmo durante) viabiliza a partida de um subsistema on-site e ex-situ do organismo adequado à sua degradação e introdução no tanque, em tempo hábil para evitar substanciais oscilações indesejáveis no tanque.
[0088] De se notar, neste contexto, que o tempo de residência em tanques de tratamento de esgotos domésticos, para citar um exemplo, é de 18 a 36h. Assim, o tempo de cultivo no subsistema on-site e ex-situ do equipamento da invenção, sendo substancialmente menor (entre 4 e 8h, dependendo do tamanho e/ou regime de operação), viabiliza a adoção de medidas de controle em tempo hábil para evitar a redução de eficiência no sistema e, ao contrário, aumentá-la; (v) o sistema proporciona a seleção e promoção do crescimento de microrganismos já presentes no efluente e aptos a degradar os compostos inorgânicos e/ou orgânicos, em detrimento dos microrganismos indesejados no efluente, e através da promoção de vantagem competitiva drástica, obter o efeito desejado no efluente, sem introdução de organismos alheios ao ambiente evitando ou minimizando impactos ambientais ou riscos.
[0089] Os versados na arte imediatamente compreenderão que a modulação on-site e ex-situ de outro(s) organismo(s) (isoladamente ou em consórcio) pode ser concretizada a partir do conceito ora exemplificado. O uso de equipamentos da invenção com subsistemas on-site e ex-situ sequenciais e/ou em paralelo, para controle indireto de consórcio(s) de organismos no
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 38/54 / 38 tanque de tratamento principal, é outra concretização imediatamente possível para os técnicos no assunto a partir dos presentes ensinamentos.
Exemplo 7: Processo de Tratamento de água de mangue ou de lago poluído, através de seleção de microrganismos do próprio meio, enriquecimento dos mesmos e retorno ao curso de água [0090] Uma concretização da invenção é voltada especificamente a resolver um problema regulatório, que frequentemente impossibilita o tratamento de cursos d' agua, como lagos, lagoas, rios, canais, braços de rios ou do mar, baías etc. A dificuldade docorrente da proibição da introdução de microrganismos exógenos em tais corpos, por seu possível e/ou desconhecido impacto ambiental, é resolvida pelo uso do equipamento da invenção junto a tais corpos d'água. Fazendo-se referência à figura 3, tem-se que nesta concretização, o equipamento da invenção é substancialmente menor, uma vez que o tanque (32) tem função de homogenização do fluxo líquido oriundo do corpo d'água que entra pela entrada (33) como fluxo de saída (37) do subsistema on-site e ex-situ (31) e de descarga (39) de volta ao corpo d'água. Assim sendo, o tanque (32) é substancialmente menor do que os tanques convencionais de sistemas de tratamento de efluentes. Dependendo do corpo d'água em questão, o equipamento da invenção pode ser portátil e/ou instalado em posições móveis ou modificáveis. Em corpos d'água longos, como rios, podem ser utilizados vários equipamentos da invenção, cada um em um regime de operação apropriado para as características de composição e remoção de compostos indesejáveis.
Exemplo 8. Processo on-site e ex-situ de Modulação de Consórcios
Microbianos e subsequente alteração de regime metabólico [0091] O equipamento da invenção proporciona a introdução e difusão ou solubilização de gases relevantes, ou ainda a remoção de gases indesejados, promovendo o crescimento seletivo de certos microrganismos em detrimento de outros. Em uma concretização, o equipamento de invenção proporciona o ajuste das condições de introdução de gases para aclimatação
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 39/54 / 38 metabólica dos microrganismos no sistema de cultivo. Em um contexto de processo da invenção, microrganismos são cultivados no subsistema on-site e ex-situ (31, 41) em condições de aeração e elevada velocidade de multiplicação celular, para subsequente introdução dos microrganismos assim cultivados ao tanque principal (32, 42) operado em condições de pouca ou nenhuma aeração, ou ainda em anaerobiose. Este processo é particularmente adequado ao uso de microrganismos facultativos, como certas leveduras. As capacidades do equipamento da invenção viabilizam, portanto, um processo biotecnológico com ambas as condições de enriquecimento microbiano e controle metabólico (que de outra forma poderiam ser mutuamente excludentes) em um único equipamento/processo. O equipamento da invenção proporciona também o ajuste dos níveis/teores de gases relevantes no sistema líquido, de forma que a diferença entre os teores de gases no subsistema onsite e ex-situ (31, 41) e no tanque principal (32, 42), de forma que seja otimizada para melhor desempenho microbiano. Em uma concretização, o regime de operação é de cultivo de microrganismos no subsistema on-site e ex-situ e de biotransformação no tanque principal. Assim, o processo da invenção particularmente útil para a conversão dos compostos no efluente em outros produtos de utilidade, como biogás, combustível, fertilizante, ração animal ou matérias-primas para outros processos.
Exemplo 9. Equipamento e Processo para Tratamento de Efluentes com modulação on-site e ex-situ de consórcio microbiano - modulação também no tanque principal com economia de energia e incremento na dissolução de oxigênio [0092] Nesta concretização da invenção, ilustrada esquematicamente na figura 8, o equipamento da invenção adicionalmente compreende dispositivos geradores de filmes finos no tanque principal, de forma a operar cooperativamente com os dispositivos do subsistema on-site e ex-situ e prover aumentada taxa de dissolução de oxigênio no tanque principal. O equipamento (80 desta concretização da invenção compreende: um tanque principal (82)
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 40/54 / 38 para tratamento de efluentes líquidos; um subsistema on-site e ex-situ (81) de modulação de consórcios microbianos compreendendo um dispositivo (83) dispositivos de geração de microbolhas e/ou de filmes finos modelo FBT 50 (Riverforest), para subsequente ou concomitante introdução de todo ou parte do volume do subsistema on-site e ex-situ ao tanque de cultivo principal (82). São também indicados: (84) sistema de aeração do tanque principal, compreendendo aeradores convencionais de pratos perfurados e geradores de filme fino modelo AWA (Riverforest); (85) bomba de ar e/ou líquido; (86) entrada de ar e/ou líquido no; (87) bomba de ar para o tanque principal; (88) entrada de ar limpo para o tanque principal. Este equipamento, além de prover meios on-site e ex-situ de modulação dos consórcios microbianos no sistema, apresenta melhorado desempenho de tratamento aeróbico no tanque principal, com redução do consumo de energia para a aeração do tanque principal entre 20 e 50% para a obtenção de uma mesma quantidade de oxigênio efetivamente dissolvido no tanque.
Exemplo 10. Economia de Energia no Tratamento de Efluentes [0093] Um sistema de tratamento de efluentes domésticos dotado de um equipamento e/ou processo de modulação on-site e ex-situ de consórcios microbianos, de acordo com a presente invenção, é particularmente útil para a operação energeticamente eficiente. Além de reduzir a quantidade de energia requerida para um mesmo patamar de tratamento de efluentes, referidos equipamento e processo proporcionam redução do tempo de residência necessário à obtenção de um mesmo patamar de tratamento/remoção de carga orgânica que os sistemas convencionais.
[0094] Consequentemente, o equipamento e o processo da invenção podem ser operados com ajuste na quantidade e de energia utilizada no sistema de tratamento, de forma síncrona ou anti-síncrona aos ciclos de disponibilidade de energia no sistema elétrico que supre a planta de tratamento. Neste contexto, uma vez que o tempo de residência médio do líquido no equipamento da invenção é menor que o tempo de residência dos
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 41/54 / 38 sistemas convencionais, o processo da invenção viabiliza maior flexibilidade no ajuste da operação de acordo com o tempo de ciclo de demanda energética no sistema elétrico onde o sistema de tratamento está conectado - dado que os meios para ajustar a quantidade de energia introduzida no sistema de tratamento desempenham substancial alteração dos custos ou riscos energéticos de operação tanto da planta de tratamento quanto do sistema elétrico na qual o mesmo é conectado.
[0095] A aplicação do conceito inventivo da presente invenção adicionalmente proporciona, portanto, ajuste do uso de energia no equipamento da invenção para que os momentos de maior consumo de energia do equipamento ocorram em momentos de maior disponibilidade ou menor custo de energia oferecida pelo operador do sistema.
[0096] Do ponto de vista do operador do sistema, a invenção é particularmente útil para diminuir a quantidade de energia consumida pelos sistemas de tratamento, podendo tal redução ser ampliada em momentos de pico de demanda, aumentando a segurança e reduzindo os riscos de falhas no sistema.
[0097] O uso da invenção também proporciona a redução do consumo de energia em momentos de pico, por que o equipamento da invenção pode ter o consumo de energia reduzido em tais momentos até um mínimo que não comprometa o patamar de tratamento atingível pelos sistemas convencionais. [0098] Estes efeitos técnicos da invenção são altamente relevantes e de difícil obtenção pelos sistemas convencionais, trazendo substanciais vantagens: do ponto de vista do operador do sistema elétrico, o uso da invenção aumenta a eficiência do sistema elétrico como um todo, notadamente em sistemas elétricos baseados em usinas hidrelétricas, nas quais a energia produzida não é armazenada, ao menos não adequadamente ou substancialmente.
[0099] A invenção contribui, portanto, para reduzir o consumo de energia. Além disso, também proporciona a redução, seletiva no tempo, do
Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 42/54 / 38 impacto de seu consumo de energia sobre sistemas elétricos, que podem assim ser operados com menos variação de demanda em momentos críticos como é o caso de picos típicos de demanda que são critério de dimensionamento de sistemas de energia seja inferior àquele observado sem o uso da invenção.
[0100] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outros variantes, abrangidos no escopo das reivindicações anexas.
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Claims (12)

  1. Reivindicações
    1. Equipamento para modulação de consórcios microbianos para aplicações ambientais compreendendo:
    - um reator/tanque principal de tratamento (32, 42, 82); e
    - pelo menos um subsistema on-site e ex-situ (31, 41, 81) de modulação de consórcios microbianos caracterizado por compreender um ou mais dispositivos selecionados dentre: dispositivos (31b, 47d, 83) de geração de microbolhas/nanobolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos.
  2. 2. Equipamento de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que o referido subsistema on-site e ex-situ (31, 41, 81) adicionalmente compreende:
    - meios de controle de temperatura e/ou pH;
    - meios de agitação;
    - meios para ajustar os nutrientes, ou inibir microrganismos indesejados;
    e/ou
    - meios de descarga total, parcial ou controlada do volume de material do subsistema ao referido reator ou tanque principal.
  3. 3. Equipamento de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender meios controlados de introdução de líquidos oriundos de by-pass do fluxo de entrada de resíduos/efluentes e/ou de matéria orgânica de corpos líquidos abertos.
  4. 4. Equipamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-3 caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender meios para ajustar a quantidade de energia introduzida no reator ou tanque de cultivo principal e/ou no subsistema on-site e ex-situ (31, 41, 81) de modulação de consórcios microbianos.
  5. 5. Equipamento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4 caracterizado pelo fato e que o tanque principal (32, 42, 82) também
    Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 44/54
    2 / 3 compreende um ou mais dispositivos selecionados dentre: dispositivos de geração de microbolhas/nanobolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos.
  6. 6. Uso de subsistema on-site e ex-situ para modulação de consórcios microbianos em equipamento conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1-5 caracterizado por ser para subsequente ou concomitante introdução do volume de material contendo microrganismos e/ou matéria orgânica a tanques de tratamento de efluentes.
  7. 7. Uso de acordo com a reivindicação 6 caracterizado pelo fato de que o subsistema on-site e ex-situ de modulação de consórcios microbianos promove o crescimento seletivo de um ou mais microrganismos já presentes no efluente em detrimento de outros, para a subsequente reintrodução de tais microrganismos, em concentrações elevadas, a tanques de tratamento de efluentes e/ou a corpos líquidos abertos.
  8. 8. Processo para modulação on-site e ex-situ de consórcios microbianos em equipamento conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1-5 caracterizado por compreender:
    - uma etapa de modulação de consórcios microbianos em pelo menos um subsistema on-site e ex-situ (31, 41, 81) compreendendo um ou mais dispositivos selecionados dentre: dispositivos de geração de microbolhas, de filmes finos, de shearing, ou combinações dos mesmos; e
    - uma etapa subsequente ou concomitante de introdução de todo ou parte do volume do subsistema on-site e ex-situ (31, 41, 81) a um reator/tanque principal de tratamento (32, 42, 82).
  9. 9. Processo de acordo com a reivindicação 8 caracterizado pelo fato de que o regime de operação é de cultivo de microrganismos no subsistema on-site e ex-situ (31, 41, 81) e de biotransformação no tanque principal (32, 42, 82).
  10. 10. Processo de acordo com a reivindicação 8 caracterizado pelo fato de que o regime de operação é de shearing diferencial ou total no
    Petição 870180002505, de 11/01/2018, pág. 45/54
    3 / 3 subsistema on-site e ex-situ (31, 41, 81) e de cultivo e/ou biotransformação no tanque principal (32, 42, 82).
  11. 11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8-10 caracterizado pelo fato de compreender uma etapa de introdução controlada, ao referido equipamento, de líquidos oriundos de by-pass do fluxo de entrada de resíduos ou efluentes.
  12. 12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8-11 caracterizado pelo fato de compreender shearing diferencial ou total.
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    1 /4
    FIGURAS de lede
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