BR112016030233B1

BR112016030233B1 - Aparelho e método para tratamento biológico de efluente aquoso

Info

Publication number: BR112016030233B1
Application number: BR112016030233-8A
Authority: BR
Inventors: Bernhard Wett; Charles Bott; Sudhir Murthy; Haydee De Clippeleir
Original assignee: Hampton Roads Sanitation District; D.C. Water & Sewer Authority
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2022-09-27
Also published as: CN107108291A; ZA201608044B; RU2017102738A; JP6983471B2; IL249843B; MX2016015351A; CN107108291B; NZ726051A; JP2017519630A; US20150376043A1; EP3160911A1; KR20170026495A; EP4169882A1; KR20190077100A; RU2692728C2; EP3160911A4; RU2017102738A3; PH12016502593B1; PH12016502593A1; CA2949546C

Abstract

MÉTODO E APARELHO PARA TRATAMENTO DE EFLUENTE AQUOSO USANDO SELEÇÃO EXTERNA. A presente invenção refere-se a um método e a um aparelho para o tratamento biológico de efluente aquoso, que inclui um seletor biológico e um seletor físico. O aparelho compreende: um reator biológico interno, no qual o efluente aquoso e a biomassa reciclada são combinados para proporcionar um alto gradiente de substrato e um alto gradiente de aceptor de elétrons, para gerar características morfológicas de biomassa que favoreçam a formação de grânulos em relação à formação de flocos e filamentos; e um seletor de peneira ou gravimétrico externo operando na corrente efluente de biomassa, para coletar e reter agregados de biomassa adensados, incluindo a seleção de grânulos densos, e descartar filamentos e flocos mais leves. No método e no aparelho, as partículas podem ser adicionadas para proporcionar núcleos, para promover a formação de agregados encapsulando as partículas nucleadas. As partículas podem ser adicionadas como vários materiais, por exemplo, no biorreator, para iniciar ou nuclear a formação de um grânulo, que pode ser depois separado pelo, ou integrado com o, seletor de peneira ou gravimétrico externo. Ainda mais, organismos podem ser selecionados para a remoção biológica de fósforo, a (...).

Description

REMISSÃO RECÍPROCA A PEDIDO DE PATENTE ANTERIOR

[0001] Este pedido de patente reivindica a prioridade e o benefício dele do pedido de patente provisório U.S. de n° 62/019.210, depositado em 30 de junho de 2014, intitulado "Method and Apparatus for Wastewater Treatment Using External Gravimetric Seletion", cuja totalidade é incorporada no presente relatório descritivo por referência, e, desse modo, apresentado inteiramente nele.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] A presente invenção refere-se, de uma maneira geral, a um método a um aparelho para tratamento de efluente aquoso, e, mais especificamente, a um método e um aparelho para tratamento de efluente aquoso com seleção de tamanho ou gravimétrica.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO MÉTODOS DE LAMAS GRANULARES AERÓBICAS

[0003] Os métodos de biomassas granulares para o tratamento de efluente gasoso eram originariamente limitados a tratamento anaeróbico, tal como o método de camada de lama anaeróbica de fluxo ascendente (UASB), que se baseia na biomassa granular estabelecida com um reator de fluxo ascendente de construção especial, para permitir o crescimento de várias diferentes classes de microorganismos, incluindo fermentativa, acidogênica, acetogênica e metogênica. O desenvolvimento adicional originou métodos de lamas granulares aeróbicas sendo publicados na literatura logo em 1997 (Morgenroth E, Sherden T, van Loosdrecht MCM, Heijnen JJ, Wilderer PA "Aerobic granular sludge in a sequencing batch reator" Water Res 1997; 31:3191-4). Esses métodos são caracterizados por biomassas com umas maiores densidades e tamanhos de partículas do que as biomassas floculantes, e até hoje foram conduzidos em reatores de construção especial, basicamente associados com reatores em batelada sequenciais e reatores de colunas de fluxo ascendente, ou reatores proporcionando condições de alto cisalhamento. A biomassa granular tem um tamanho de partícula variando de cerca de 0,1 - 5 mm e um índice volumétrico de lama (SVI30min) inferior a 35 - 50 mL/g, e um SVI5m que é similar ao SVI30min. Similarmente, os grânulos aeróbicos têm uma velocidade de sedimentação > MRM/h, em comparação com aproximadamente 1 m/h para biomassa floculante. A capacidade de sedimentação aperfeiçoada da lama granular em relação à biomassa floculante é um dos importantes benefícios do método e aparelho de acordo com a presente invenção.

[0004] Uma vantagem básica da lama granular aeróbica é que pode criar uma condição de nicho dentro de um grão, para qualquer condição que possa ser necessária em volumes de tanques físicos separados. Os flocos e as lamas ativadas convencionais são submetidos à resistência de difusão (Shaw et al.), e a lama granular aeróbica pode se beneficiar da resistência de difusão relativa dentro e fora de um grânulo, para desenvolver e crescer diferentes populações simultaneamente em vez de promover essas condições dentro de configurações de tanques físicos. Um benefício reivindicado de lama granular aeróbica é que o tamanho do grânulo resulta em gradientes aceitantes de elétrons e substrato dentro do grânulo, propiciando o acúmulo de organismos acumuladores de polifosfatos (PAO), organismos acumuladores de glicogênio (GAO), bactérias oxidantes de amônia anaeróbicas (anammox), e bactérias heterotróficas desnitrificantes próximas do centro do grânulo, enquanto que os organismos aeróbicos se acumulam próximos da parte externa do grânulo, incluindo as bactérias nitrificantes e os heterótrofos aeróbicos.

[0005] Um exemplo dessa abordagem é explicado adicionalmente abaixo para a remoção de fósforo.

REMOÇÃO DE FÓSFORO

[0006] A remoção de fósforo de efluente aquoso é obtida, tipicamente, por precipitação química, por uso de sais de ferro ou alumínio, ou pela aplicação de um seletor anaeróbico para permitir o acúmulo de organismos acumuladores de polifosfatos, que proporcionam a remoção biológica de fósforo. Ambas essas abordagens apresentam desvantagens, em comparação com os métodos e sistemas descritos no presente relatório descritivo, com o que se pode obter a remoção de fósforo e nitrogênio estável e segura, sem a necessidade para um seletor anaeróbico formal e sem precipitação química.

REMOÇÃO QUÍMICA DE FÓSFORO

[0007] As substâncias químicas usadas para a remoção de fósforo pela formação de precipitados incluem, tipicamente, os sais de sulfato ou cloreto de alumínio, ferro férrico e ferro ferroso. Essas substâncias químicas podem ser adicionadas antes da clarificação primária, no próprio método biológico (tipicamente, lama ativada), ou no método de clarificação primária, antes de uma clarificação terciária ou um método de filtração. O fósforo precipitado é então removido do fluxo de efluente aquoso, com a corrente de sólidos deixando o clarificador primários, com a biomassa efluente, com os sólidos do clarificador terciário, ou com um efluente de retrolavagem do filtro, respectivamente. Os problemas com essa abordagem incluem a necessidade para a compra de substâncias químicas, o consumo de alcalinidade em consequência de que a adição dessas substâncias químicas requer, potencialmente a adição de alcalinidade e a compra de mais substâncias químicas, a geração de lama adicional requerendo tratamento e descarte posteriores.

REMOÇÃO BIOLÓGICA DE FÓSFORO

[0008] A remoção biológica de fósforo (bioP) é bem conhecida no campo de tratamento de efluente aquoso, e apresenta vantagens em relação à remoção química de fósforo de um menor custo de substâncias químicas, uma menor demanda de alcalinidade, e uma menor produção de lama, mas sofre da necessidade para uma zona ou período anaeróbico formal e definido, sem contaminação de oxigênio dissolvido ou de formas oxidadas de nitrogênio (nitrito e nitrato), características adequadas de efluente aquoso em termos de concentração de ácido graxo volátil (VFA), e, frequentemente, uma baixa confiabilidade do método e transtornos com o mesmo. A BioP é geralmente feita por acúmulo de organismos acumuladores de fosfato (PAOs), que armazenam fósforo como polifosfato (poli-P), como uma fonte de energia. Sob condições anaeróbicas, os PAOs decompõem os grupos de fosfato do poli-P, liberando fosfato para o volume de líquido, e disso obtém a energia necessária para apreender VFA. O VFA é armazenado como uma macrocélula intracelular, tal como poli(hidroxibutirato) (PHB). Os equivalentes redutores são também obtidos pelos PAOs da degradação de glicogênio sob condições anaeróbicas. Sob condições aeróbicas, o PAO pode apreender fosfato, para reformar o grupo de poli-P intracelular e degradar o PHB, para crescimento e energia por meio de rotas catabólicas e anabólicas normais. O glicogênio é também reformado sob condições aeróbicas. O método de bioP é, portanto, executado por submeter biomassa tipicamente floculante a condições anaeróbicas e aeróbicas alternativas, de acordo com a representação esquemática mostrada na Figura 1, que representa um método comumente conhecido como A2/O ou Phoredox, e que é capaz de ambas as bioPs, nitrificação e desnitrificação. Um requisito para esse método é uma zona seletora anaeróbica formal, com material orgânico degradável adequado na forma de acetato, ou, mais geralmente, VFA.

[0009] Com uma relação adequada de VFA para fósforo, os PAOs são capazes de apreender todo o fosfato liberado na zona anaeróbica e o fosfato adicional presente no efluente aquoso, obtendo uma remoção global de fosfato pela biomassa efluente. Um desafio associado com o método A2/O, mostrado na Figura 1, é que o nitrato presente na corrente de lama ativada de retorno (RAS) pode entrar na zona anaeróbica, e isso é bem conhecido por interromper o método bioP. Outro aspecto relevante dessa invenção é a capacidade de algum PAO de desnitrificar (dPAO), com o que o nitrato pode servir como o aceptor de elétrons no lugar do oxigênio, propiciando a apreensão de fósforo na zona anóxica. Ainda que a apreensão de fosfato por dPAO seja conhecida como sendo significativamente mais lenta do que sob condições aeróbicas, o benefício importante de maximizar esse metabolismo é o uso eficiente do mesmo grupo de carbono orgânico no efluente aquoso entrante para ambas as remoções de bioP e nitrogênio. As limitações do método de bioP incluem uma baixa confiabilidade em termos de conformidade consistente com baixos limites de fósforo total no efluente e uma confiança estrita na disponibilidade de uma quantidade adequada de VFA no efluente aquoso entrante.

CONFIGURAÇÕES DE REATORES PARA BIOMASSA GRANULAR AERÓBICA

[00010] Um desses reatores é descrito na patente U.S. 5.985.150, que aparece como atribuída à empresa Biothane Systemas International B.V. Nessa patente, descreve-se um reator com ascensão de ar, que proporciona um maior cisalhamento e no qual uma lama granular é usada para tratar o efluente aquoso. A lama granular é conduzida com o gás escoando ascendentemente a uma região de sedimentação, que aplica uma velocidade de transbordamento relativa para ajudar no método de seleção de biomassa granular, com retorno do material afundado para a seção aerada do reator.

[00011] O pedido de patente U.S. 6.566.119 B1 descreve um método de lama granular aeróbico, executado em um reator em batelada sequencial operado com períodos de sedimentação e decantação muito curtos, para selecionar a biomassa granular com excelentes propriedades de sedimentação.

[00012] O pedido de patente U.S. 6.793.822 B2 descreve um método de lama granular aeróbico, para o qual os grânulos podem ser criados em um reator em batelada sequencial pelos métodos do, por exemplo, pedido de patente U.S. 6.566.119 B1, e melhorado pelo cisalhamento proporcionado por uma alta velocidade de gás superficial do sistema de aeração de bolhas difusas.

[00013] A publicação do pedido de patente U.S. 2006/0032815 A1 descreve um método de lama granular aeróbico, que parece foi comercializado como o método Nereda® de escala integral pela Royal Haskoning DHV. As características desse método de lama granular aeróbico em reator em batelada sequencial envolvem o descarte da fração da biomassa de sedimentação lenta do próprio método, e a alimentação do efluente aquoso em fluxo ascendente por uma camada estagnada e anaeróbica de grânulos sedimentados. Isso permite que o VFA se difunda no grão, no qual os PAO e GAO estão estabelecidos. O método é depois aerado para obter simultâneas nitrificação - desnitrificação e desnitrificação por dPAO.

[00014] A publicação do pedido de patente internacional WO 2013/151434 a1, que parece ser atribuído à Royal Haskoning DHV, descreve a transferência de efluente de biomassa de um método de lama granular, tal como aquele descrito no pedido de patente U.S. 2006/0032815 A1, em um método de biomassa floculante, tal como o método de lama ativada convencional, de modo a obter os benefícios em termos de capacidade de sedimentação e remoção de nitrogênio e fósforo no método de lama ativada.

[00015] Ainda que similar ao pedido de patente U.S. 2006/0032815 A1, o pedido de patente internacional WO 2012/175489 A1 parece aperfeiçoar esse método por fluidização do leito de grânulo sob condições anaeróbicas e por proporcionar mistura adicional durante o método anaeróbico, antes de aeração.

[00016] A publicação do WO 2008/141413 A1 descreve um reator em batelada sequencial, operado para promover a granulação e a remoção de fósforo e nitrogênio, com a característica incorporada que, após o período de liberação de fósforo anaeróbico, uma porção do conteúdo do reator pode ser descarregada dele para conduzir a precipitação química de fosfato.

SELEÇÃO GRAVIMÉTRICA EXTERNA PARA FORMAÇÃO E ACÚMULO DE GRÂNULOS DE ANAMMOX

[00017] A publicação do pedido de patente U.S. 2011/0198284 A1 descreve a aplicação de um seletor gravimétrico externo, para a formação e o acúmulo de bactérias oxidantes de amônia anaeróbicas (anammox) contendo grânulos no método. Nesta descrição, parece que o dispositivo de seleção deve ser um hidrociclone, uma centrífuga, ou um dispositivo de sedimentação por gravidade de alta vazão de transbordamento. Esta descrição parece demonstrar a validade do uso de um dispositivo de sedimentação gravimétrica externo, para selecionar a biomassa de anammox em qualquer um de um método ou corrente principal ou de corrente secundária.

SELEÇÃO GRAVIMÉTRICA EXTERNA PARA APERFEIÇOAMENTO DE CAPACIDADE DE SEDIMENTAÇÃO

[00018] A publicação do pedido de patente U.S. 2014/0144836 A1 descreve o uso de um seletor gravimétrico externo para a seleção de biomassa granular em um método de tratamento de efluente aquoso biológico de crescimento em suspensão para se beneficiar da capacidade de sedimentação aperfeiçoada da biomassa. Nesta descrição, parece que o dispositivo de seleção pode ser um hidrociclone, uma centrífuga, ou um dispositivo de sedimentação por gravidade de alta vazão de transbordamento. Esta descrição parece demonstrar a validade de uso de um dispositivo de sedimentação gravimétrico externo, para selecionar a biomassa com características de sedimentação superiores.

REMOÇÃO DE NITROGÊNIO E FÓSFORO POR PRECIPITAÇÃO DE ESTRUVITA

[00019] A estruvita é frequentemente formada durante digestão anaeróbica e em tubulação de lama, equipamento de desaguamento, e em tubulação de licor de desaguamento de lama, devido aos altos níveis de fosfato e de amônia, mas níveis insuficientes de magnésio. Frequentemente, um baixo pH também pode limitar a precipitação de estruvita. A precipitação e a recuperação de estruvita podem ser usadas para obter a remoção de nitrogênio e fósforo, e isso pode ser feito por uso de um reator fluidizado de fluxo ascendente com adição de alcalinidade e magnésio, como descrito, por exemplo, no pedido de patente U.S. 7622047 B2. Além do mais, a remoção do excesso de magnésio e fósforo de lama digerida anaerobicamente, por meio de adição de alcalinidade ou por aeração, para extrair o excesso de dióxido de carbono e aumentar o pH, e a recuperação subsequente da estruvita precipitada, pode diminuir o risco e o grau de incrustação de estruvita a jusante não intencional e os requisitos de manutenção associados.

[00020] O dispositivo ou o método de seleção pode ser também um filtro ou uma peneira, que selecione com base em tamanho em vez de seleção gravimétrica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[00021] De acordo com os aspectos da invenção, é conhecido que os métodos de lamas granulares podem ser implementados em reatores de construção para fins específicos, para obter uma remoção biológica eficiente de fósforo, e que os seletores gravimétricos externos podem ser aplicados a métodos de lama ativada de crescimento em suspensão, para obter adensamento e/ou granulação de biomassa, de modo que, portanto, a aplicação de um seletor gravimétrico externo pode obter ou melhor a remoção biológica de fósforo por adensamento ou granulação em um método de lama ativada. O seletor gravimétrico pode ser um hidrociclone, uma centrífuga, ou qualquer dispositivo de sedimentação por gravidade, que possa selecionar com base em densidade. O seletor de tamanho pode ser uma peneira, um filtro ou uma membrana. Além do mais, o seletor externo pode proporcionar o acúmulo de agregados de biomassa adensados e de lama granular, que obtém um gradiente de substrato e aceptor de elétrons, o que propicia o acúmulo de espaço anaeróbico para organismos, tais como PAO e dPAO, próximos do centro do grânulo, desse modo, permitindo que métodos, tal como a remoção biológica de fósforo, sejam obtidos eficientemente sem tanques construídos especificamente com zonas seletoras aeróbicas ou anaeróbicas ou sequências de tempo. O significado de uma zona anaeróbica formal é que as quantidades mínimas de oxigênio dissolvido e das formas oxidadas dissolvidas estejam presentes, mas que as altas concentrações de VFA estejam presentes. No entanto, a formação de grânulos e de agregados de biomassa adensados se combina bem com a aplicação de compartimentos de reatores anaeróbicos, uma vez que os métodos melhorados, que requerem um meio ambiente anaeróbico, ficam menos vulneráveis ao oxigênio ou ao nitrato introduzido nessa zona pela corrente de lama ativada de retorno (RAS) ou de reciclagem de licor misturado interna (MLR).

[00022] De acordo com um aspecto da invenção, um aparelho para tratamento biológico de efluente aquoso é descrito. O aparelho inclui um seletor biológico e um seletor físico. O aparelho compreende: um reator biológico interno, no qual o efluente aquoso e a biomassa reciclada são combinados para proporcionar um alto gradiente de substrato e um alto gradiente de aceptor de elétrons, para gerar características morfológicas de biomassa que favoreçam a formação de grânulos em relação à formação de flocos e filamentos; e um seletor de tamanho ou gravimétrico externo operando na corrente efluente de biomassa, para coletar e reter agregados de biomassa adensados ou maiores, incluindo a seleção de grânulos densos ou maiores, e descartar filamentos e flocos menores ou mais leves.

[00023] O seletor gravimétrico pode compreender um hidrociclone, uma centrífuga, um dispositivo de sedimentação por gravidade externo, ou qualquer abordagem gravimétrica para a separação de agregados de lama densos.

[00024] O seletor de tamanho pode compreender uma peneira, um filtro ou um dispositivo de membrana para separar grandes agregados de lama.

[00025] A seleção física externa promove a coleta e a remoção de fósforo precipitado ou de polifosfato intracelular precipitado, como no caso de organismos acumuladores de polifosfatos.

[00026] O seletor gravimétrico pode promover um gradiente de aceptor de elétrons e de substrato na biomassa adensada, para criar um núcleo anaeróbico ou anóxico para o desenvolvimento de meios ambientes de nichos para o crescimento de organismos específicos.

[00027] Os meios ambientes podem selecionar organismos para a remoção biológica de fósforo, incluindo aeróbica, e a desnitrificação de organismos acumuladores de polifosfatos, o acúmulo de glicogênio, a desnitrificação de oxidantes de metano anóxicos, a desnitrificação da oxidação biológica de enxofre ou sulfeto, e a metanogênese.

[00028] Um seletor anaeróbico formal é desnecessário para a obtenção de remoção de fósforo, devido à seleção biológica proporcionada pelos agregados adensados, mas a inclusão de um seletor anaeróbico formal vai aperfeiçoar ainda mais o desempenho e a confiabilidade da remoção de fósforo.

[00029] Um seletor ou zona pré-anóxico é suficiente para obter a remoção de fósforo, e a estrutura de agregado adensado da biomassa proporciona resistência à transferência de massa para a penetração de nitrato no núcleo.

[00030] De acordo com um outro aspecto da invenção, um aparelho é descrito para a separação de fósforo precipitado, na forma de estruvita ou de sólidos de fosfato de cálcio, de sólidos em digestão anaeróbica ou digeridos anaerobicamente usando seleção gravimétrica, com ou sem adição suplementar de magnésio, cálcio ou alcalinidade, o aparelho compreendendo um seletor gravimétrico. O seletor gravimétrico pode compreender um hidrociclone, uma centrífuga, um dispositivo de sedimentação por gravidade externo, ou qualquer abordagem gravimétrica para a separação de agregados de lama densos. O seletor de tamanho pode compreender uma peneira, um filtro ou um dispositivo de membrana, ou qualquer outra abordagem de seleção de tamanho para separar grandes agregados.

[00031] O seletor gravimétrico externo pode ser usado para, de preferência, recuperar poli(hidroxialcanoatos), polifosfatos, minerais contendo fósforo inorgânico, ou alginatos.

[00032] O seletor de tamanho externo pode ser usado para, de preferência, recuperar poli(hidroxialcanoatos), polifosfatos, minerais contendo fósforo inorgânico ou alginatos.

[00033] O aparelho pode compreender ainda um sedimentador e um tanque de aeração, em que o seletor biológico interno é configurado em um compartimento, localizado entre o sedimentador e o tanque de aeração, e a lama sedimentada é reciclada do sedimentador, por exemplo, por meio de tubos de drenagem no fundo do tanque para esse compartimento de seletor, no qual o efluente aquoso é introduzido, e dessa zona de contato, o licor misturado é distribuído no tanque de lama ativada, por exemplo, por meio de tubos distribuidores no fundo do tanque.

[00034] De acordo com um outro aspecto da invenção, um método para o tratamento biológico de efluente aquoso é descrito, que combina um seletor biológico e um físico, o método compreendendo: combinar o efluente aquoso e a biomassa reciclada em um reator biológico interno, para proporcionar um alto gradiente de substrato e um alto gradiente de aceptor de elétrons, para gerar características morfológicas da biomassa que favoreçam a formação de grânulos em relação à formação de flocos e filamentos; e operar um seletor de tamanho ou gravimétrico externo na corrente efluente de biomassa para coletar e reter agregados de biomassa adensados ou maiores, incluindo a seleção de grânulos densos, e descartar filamentos e flocos mais leves.

[00035] O método pode compreender ainda a implementação da seleção física externa, para promover a coleta e a remoção de fósforo ou polifosfato intracelular precipitado, como no caso de organismos acumuladores de polifosfatos.

[00036] O método pode compreender ainda implementar o método de seleção por tamanho ou gravimétrica, para promover um gradiente de aceptor de elétrons e de substrato na biomassa adensada ou grande, para criar um núcleo anaeróbico ou anóxico para o desenvolvimento de meios ambientes de nichos para o crescimento de organismos específicos.

[00037] Os meios ambientes podem selecionar organismos para a remoção biológica de fósforo, incluindo a aeróbica, e a desnitrificação de organismos acumulares de polifosfato, o acúmulo de glicogênio, a desnitrificação de oxidantes de metano anóxicos, a desnitrificação de oxidação biológica de enxofre ou sulfeto, e a metanogênese.

[00038] De acordo com mais um outro aspecto, um método é descrito para a separação de fósforo precipitado, na forma de estruvita ou de sólidos de fosfato de cálcio, de sólidos em digestão anaeróbica ou digeridos anaerobicamente usando seleção gravimétrica, com ou sem adição suplementar de magnésio, cálcio ou alcalinidade.

[00039] De acordo com mais um aspecto, um aparelho para o tratamento biológico de efluente aquoso é descrito, que inclui um seletor biológico e um seletor físico, em que o aparelho compreende: um reator biológico interno, no qual o efluente aquoso e a biomassa reciclada são combinados para proporcionar um alto gradiente de substrato e um alto gradiente de aceptor de elétrons, para gerar características morfológicas da biomassa que favoreçam a formação de grânulos em relação à formação de flocos e filamentos; e um seletor de peneira externo operando na corrente efluente de biomassa para coletar e reter agregados de lama de maiores tamanhos da corrente efluente que favorecem a seleção de grânulos incompressíveis, e para descartar filamentos e flocos compressíveis.

[00040] A morfologia promove um gradiente de aceptor de elétrons e de substrato, para criar um núcleo anaeróbico ou anóxico para o desenvolvimento de meios ambientes de nichos para o crescimento de organismos específicos.

[00041] A morfologia promove um gradiente de aceptor de elétrons e de substrato, para propiciar a transferência do substrato ou dos metabólitos próximos pelos meios ambientes de nichos.

[00042] A seleção promove a coleta e a remoção de fósforo precipitado.

[00043] De acordo com mais um outro aspecto da invenção, um aparelho é descrito para a separação de fósforo precipitado, na forma de estruvita ou sólidos de fosfato de cálcio, de sólidos em digestão anaeróbica ou digeridos anaerobicamente por meio de um seletor de peneira externo, com ou sem adição suplementar de magnésio, cálcio ou alcalinidade, o aparelho compreendendo: um seletor de peneira externo, que coleta e retém agregados de lama de tamanhos maiores, que favorece a seleção de grânulos incompressíveis e que descarta os filamentos e flocos compressíveis.

[00044] Os meios ambientes selecionam organismos para a remoção biológica de fósforo, a desnitrificação de oxidantes de metano, a oxidação de enxofre ou sulfeto e a metanogênese.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00045] A Figura 1 mostra um exemplo de um fluxograma de método para um sistema A2/O conhecido.

[00046] A Figura 2 mostra um exemplo de um sistema A2/O com um seletor gravimétrico externo na forma de um hidrociclone, de acordo com um aspecto da invenção.

[00047] A Figura 3 mostra um exemplo de um sistema MLE com um seletor gravimétrico externo alternativo na forma de um hidrociclone, de acordo com um outro aspecto da invenção.

[00048] A Figura 4 mostra um exemplo de um sistema MLE com um seletor gravimétrico externo na forma de um hidrociclone, de acordo com mais um outro aspecto da invenção.

[00049] A Figura 5 mostra um exemplo de um sistema combinado de clarificador integral - lama ativada biológica combinado, com um seletor anaeróbico e um seletor gravimétrico externo na forma de um hidrociclone.

[00050] A Figura 6 mostra um exemplo de um impacto de uma operação de hidrociclone em bioP, e a transição de precipitação de P predominantemente química para precipitação de P biológica, de acordo com os princípios da invenção.

[00051] A Figura 7 mostra um exemplo de um impacto de uma operação de hidrociclone em bioP, e a diminuição escalonada de adição de metal para a remoção química de P a uma taxa de dosagem zero, de acordo com os princípios da invenção.

[00052] A Figura 8 mostra um exemplo de um impacto de uma operação de hidrociclone em bioP, em que o teor de P na biomassa de lama ativada é na faixa de 2,8 a 4,5% nos sólidos suspensos voláteis do licor misturado (MLVSS) na corrente principal, e de 1,3 a 2,3% no método de corrente secundária, de acordo com os princípios da invenção.

[00053] As Figuras 9A a 9C mostram três vistas em perspectiva de uma concretização exemplificativa de um aparelho de peneiramento, que pode ser incluído para seleção de tamanho em lugar do seletor gravimétrico externo da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[00054] A invenção e várias de suas características e de vários dos seus detalhes vantajosos são explicadas mais inteiramente com referência às concretizações e aos exemplos não limitantes, que são descritos e/ou ilustrados nos desenhos em anexo e detalhados na descrição apresentada a seguir e nos anexos. Deve-se notar que as características ilustradas nos desenhos e em anexo não são necessariamente desenhadas em escala, e as características de uma concretização podem ser empregadas em outras concretizações, como vão reconhecer aqueles versados na técnica, mesmo se não indicados explicitamente no presente relatório descritivo. As descrições dos componentes e das técnicas de processamento bem conhecidos podem ser omitidas, de modo a não obscurecer desnecessariamente as concretizações da invenção. Os exemplos usados no presente relatório descritivo são tencionados meramente para facilitar um entendimento dos modos nos quais a invenção pode ser praticada, e permitir ainda que aqueles versados na técnica pratiquem as concretizações da invenção. Consequentemente, os exemplos e as concretizações apresentados neste relatório descritivo não devem ser considerados como limitantes do âmbito da invenção. Além do mais, deve-se notar que os números de referência similares representam partes similares ao longo das várias vistas dos desenhos.

[00055] Os termos "incluindo", "compreendendo" e suas variações, como usados neste presente relatório descritivo, significam "incluindo, mas não limitado a", a menos que indicado especificamente de outro modo.

[00056] Os termos "um", "uma", "o" e "a", como usados neste presente relatório descritivo, significam "um ou mais", a menos que indicado especificamente de outro modo.

[00057] Os dispositivos, que ficam em comunicação entre si, não ficam em comunicação contínua entre si, a menos que indicado especificamente de outro modo. Além disso, os dispositivos, que ficam em comunicação entre si, podem se comunicar, direta ou indiretamente, por meio de um ou mais intermediários.

[00058] Embora as etapas processuais, as etapas de métodos, os algoritmos ou semelhantessemelhantes possam ser descritos em uma ordem sequencial, esses métodos, métodos e algoritmos podem ser configurados para funcionar em ordens alternativas. Em outras palavras, qualquer sequência ou ordem de etapas, que possa ser descrita não indica necessariamente um requisito de que as etapas sejam conduzidas nessa ordem. As etapas dos métodos, métodos ou algoritmos, descritas no presente relatório descritivo, podem ser conduzidas em qualquer ordem prática. Além disso, algumas etapas podem ser conduzidas simultaneamente.

[00059] Quando um único dispositivo ou artigo é descrito no presente relatório descritivo, vai ficar facilmente evidente de que um ou mais dispositivos ou artigos podem ser usados em lugar de um único dispositivo ou artigo. De modo similar, quando mais de um dispositivo ou artigo é descrito no presente relatório descritivo, vai ficar bem evidente que um único dispositivo ou artigo pode ser usado em lugar de mais de um dispositivo ou artigo. A funcionalidade ou as características de um dispositivo podem ser representadas alternativamente por um ou mais outros dispositivos, que não são descritos especificamente como tendo essa funcionalidade ou características.

[00060] A Figura 1 mostra um exemplo de um sistema (e um método) de processamento de lama ativada A2/O 100 conhecido. O sistema 100 compreende um clarificador primário 110, uma zona anaeróbica 120, uma zona anóxica 130, uma zona aeróbica 140, um separador ou um clarificador secundário 150 e várias bombas 160, 170, 180.

[00061] O sistema 100 pode incluir um pré-tratamento (não mostrado), que pode incluir uma peneira de barras (não mostrada), um removedor de areia grossa (não mostrado), uma câmara de pré- tratamento (não mostrada) e uma bomba afluente (não mostrada). O sistema 100 pode receber efluente aquoso 105 de uma fonte externa (não mostrada), tal como, por exemplo, um sistema de esgoto, e processar o efluente aquoso 105 no estágio de pré-tratamento, para remover objetos maiores, tais como, latas, trapos, gravetos, embalagens plásticas e semelhantes, do efluente aquoso 105. O estágio de pré-tratamento pode incluir também uma câmara de pré-tratamento (não mostrada), que pode conter, por exemplo, uma câmara de areia ou areia grossa, para ajustar a velocidade do efluente aquoso 105 entrante, e, desse modo, permitir a decantação de, por exemplo, areia, areia grossa, pedras, vidro quebrado e semelhantes. O estágio de pré- tratamento pode incluir ainda um tanque (não mostrado) para remoção de, por exemplo, gordura, graxa e semelhantes.

[00062] Após o estágio de pré-tratamento (não mostrado), a mistura de sólido com líquido 105, que inclui o excesso de efluente aquoso contendo sólidos acumulados, pode ser enviada para o clarificador primário 110 para sedimentação por gravidade. O clarificador primário 110 pode incluir um tanque (por exemplo, um tanque clarificador, um tanque de sedimento, etc.), que pode ter uma ou várias formas, tais como, por exemplo, retangular, cônica, circular, elíptica, etc. O clarificador primário 110 pode incluir um tanque (por exemplo, um tanque clarificador, um tanque de sedimento, etc.), que pode ser uma ou várias formas, tais como, por exemplo, retangular, cônica, circular, elíptica, etc. O clarificador primário 110 pode ter um material químico ou de lastro, adicionado para aperfeiçoar a remoção de sólidos. O clarificador primário 110 sedimenta os sólidos mais pesados da mistura de sólido com líquido 105. O material sedimentado resultante (não mostrado) pode ser liberado do clarificador primário 110 e enviado para manusear os sólidos para tratamento posterior, por exemplo, espessamento, estabilização, condicionamento, desaguamento, processamento de lama, etc., como é do conhecimento daqueles versados na técnica. A saída resultante 115 do clarificador primário pode ser alimentada à zona anaeróbica 120, à zona anóxica 130 e à zona aeróbica 140, para processamento posterior, antes de ser alimentada como uma corrente 145 ao separador 150. A saída 145 da zona aeróbica pode ser bombeada pela bomba MLR 160 à zona anóxica 130 pela saída da bomba MLR 165. Um material sedimentado do separador 150 pode ser realimentado a uma entrada da zona anaeróbica pela bomba RA 170 por meio de uma linha de saída da bomba RAS 175. O material sedimentado pode ser também transferido do separador 150 alimentado e retirado pela bomba WAS 180, para, por exemplo, manusear os sólidos para tratamento posterior, tais como, por exemplo, espessamento, estabilização, condicionamento, desaguamento, processamento de lama, etc., como é do conhecimento daqueles versados na técnica.

[00063] O sistema 100 é capaz de conduzir a remoção biológica de fósforo, a nitrificação e a desnitrificação. A confiabilidade do bioP nesse sistema (e método) pode ser problemática, devido à transferência do nitrato presente na corrente de lama ativada de retorno (RAS) 175 para a zona anaeróbica 120.

[00064] A Figura 2 ilustra um exemplo de um sistema (e método) de processamento de lama ativada A2O 200, de acordo com os princípios da invenção. Além do sistema 100 mostrado na Figura 1, o sistema 200 inclui um seletor gravimétrico 260, que fica em comunicação fluida com a zona aeróbica 140 por meio de uma bomba 250 e das linhas 245, 265. Uma saída 285 do seletor gravimétrico pode ser acoplada para processar posteriormente os componentes (não mostrados), para tratamento posterior, tais como, por exemplo, manuseio de sólidos, incluindo, por exemplo, espessamento, estabilização, condicionamento, desaguamento, processamento de lama, etc.

[00065] Como visto na Figura 2, a corrente efluente 245 pode ser tirada diretamente da zona aeróbica 140 (por exemplo, diretamente de um tanque reator (não mostrado) e aplicada ao seletor gravimétrico externo 260 pela bomba 250, para produção de biomassa adensada granular. O seletor gravimétrico 260 pode incluir, por exemplo, um hidrociclone ou semelhantes. As partículas mais densas e maiores 265 podem ser retornadas do seletor gravimétrico 260 para a zona aeróbica (por exemplo, um reator (não mostrado), e a fração mais leve 285, representando os sólidos descartados, pode ser tirada do sistema 200. A inclusão e a implementação do seletor gravimétrico 260 melhora o desempenho do bioP e aperfeiçoa a confiabilidade do sistema 100 (mostrado na Figura 1).

[00066] As Figuras 9A a 9C mostram três vistas em perspectiva de uma concretização exemplificativa de um aparelho de peneiramento, filtração ou de membrana 10, que é um seletor de tamanho externo, e pode ser incluído no seletor gravimétrico externo 260 da presente invenção.

[00067] Com referência às Figuras 9A a 9C, o seletor gravimétrico 260 pode incluir, por exemplo, um aparelho de peneiramento, filtração ou de membrana 10, que é configurado para receber a corrente efluente 1 (ou corrente de efluente aquoso 245 na Figura 2) e segregar a corrente por meio de um separador interno de partículas / sólidos 2 em constituintes efluentes, que vão ser transferidos a uma corrente efluente 3 (ou WAS 285 na Figura 2), e esses constituintes efluentes vão ficar retidos 4 (ou 265 na Figura 2). O aparelho de peneiramento, filtração ou de membrana 10 pode segregar a corrente com base em tamanho e compressibilidade versus adensamento.

[00068] Uma limpeza de peneira 5 opcional usando gás, líquido ou alguma combinação de matéria pode ser adicionada para auxiliar ainda mais no método de peneiramento. Essa limpeza de peneira 5 pode ser dirigida na direção da peneira 2 de vários diferentes modos, que afeta diferentemente o tempo de retenção de sólidos, incluindo, mas não limitada a, ao longo do eixo vertical (Figura 9A), a um ângulo diretamente perpendicular à peneira (Figura 9B), ou ao longo do eixo horizontal (Figura 9C).

[00069] No sistema 100 (mostrado na Figura 1) ou no sistema 200 (mostrado na Figura 2), as partículas podem ser adicionadas para proporcionar núcleos, para promover a formação de agregados encapsulando as partículas nucleadoras. As partículas podem ser adicionadas como vários materiais, por exemplo, no biorreator, para iniciar ou nuclear a formação de um grânulo, que pode ser depois separado ou integrado com um seletor gravimétrico externo ou uma peneira externa.

[00070] Ainda mais, organismos podem ser selecionados no sistema 100 (ou 200) para remoção biológica de fósforo, desnitrificação de oxidantes de metano, oxidação biológica de enxofre ou sulfeto e metanogênese.

[00071] A publicação do pedido de patente U.S. 2014/013273, que é incorporado no presente relatório descritivo por referência na sua totalidade, descreve um exemplo de um método e de um aparelho para selecionar e reter sólidos em um método de lama ativada, para aperfeiçoar o tratamento de efluente aquoso, utilizando peneiras que podem ser usadas no seletor gravimétrico 260 da presente invenção.

[00072] A Figura 3 mostra um exemplo de um sistema (e método) de processamento de lama ativada MLE 300, de acordo com os princípios da invenção. Além do sistema 200, mostrado na Figura 2, o sistema 300 não inclui uma zona anaeróbica 120. Consequentemente, a corrente de saída 115 do clarificador primário 110 é alimentada diretamente na zona anóxica 130. Sem o seletor gravimétrico 260, o sistema 300 é capaz apenas de promover nitrificação e desnitrificação, a atividade do bioP pode ser limitada ou inexistente. Com o seletor gravimétrico 260 no sistema 300 (por exemplo, na configuração mostrada na Figura 3), o sistema proporciona a produção de biomassa granular, com retorno das partículas mais densas e maiores 265 à zona aeróbica 140 (por exemplo, o reator - não mostrado) e da fração mais leve 285, representando os sólidos descartados tirados do sistema 300. O sistema 300 proporciona um bioP consistente e confiável por, por exemplo, proporcionar um nicho ecológico próximo do centro das partículas de biomassa granular, onde os PAO e dPAO são capazes de serem acumulados.

[00073] A Figura 4 mostra um exemplo de um sistema 400, que é similar ao sistema 300, mostrado na Figura 3, com todas as mesmas vantagens, mas o seletor gravimétrico externo 260 é aplicado à corrente de lama ativada de retorno 175, diferentemente de na zona aeróbica 140 (por exemplo, a biomassa do tanque de aeração - não mostrada- na zona aeróbica 140).

[00074] A Figura 5 mostra um exemplo de um clarificador integral - método biológico de lama ativada combinados, com um seletor anaeróbico e um seletor gravimétrico externo, na forma de um hidrociclone. O seletor gravimétrico externo incorporado aperfeiçoa o desempenho do bioP por combinação da seleção biológica por uso de um seletor anaeróbico usual com seleção física por meio de nova aplicação do seletor gravimétrico externo.

[00075] A Figura 6 mostra um exemplo do impacto do seletor gravimétrico externo no, por exemplo, sistema 300 (ou 200 ou 400). Em particular, a Figura 6 mostra o impacto de um seletor gravimétrico de hidrociclone em bioP na usina de tratamento de efluente aquoso Strass, que usa um método MLE, mostrado na Figura 3, incluindo um sistema de descarte de biomassa de hidrociclone. Os dados mostram a menor confiança na remoção química de fósforo, com um aumento progressivo na eficiência e confiabilidade da remoção biológica de fósforo. A adição de alginato de sódio para a remoção química de P foi completamente eliminada.

[00076] A Figura 7 mostra um exemplo da redução na dosagem de alginato de sódio na usina de tratamento de efluente aquoso Strass usando o sistema 200 (ou 300 ou 400) para descarte de biomassa.

[00077] A Figura 8 mostra um exemplo do impacto da operação de hidrociclone na usina de tratamento de efluente aquoso Strass no uso do bioP, por exemplo, o sistema 200 (ou 300 ou 400). Durante os experimentos, o teor de P das amostras de biomassa coletadas aumentou a valores típicos das usinas de bioP convencionais. Isso foi significativo porque a usina de Strass não possui seletores anaeróbicos no local. A biomassa sem bioP convencional é esperada conter aproximadamente de 1,5 a 2,0% de P/MLVSS. Os dados na Figura 8 mostram o teor de P na biomassa de lama na faixa de 2,8 a 4,5% de P/MLVSS na corrente principal no método de corrente secundária.

[00078] Desse modo, como é evidente do que foi descrito acima, para usinas sem seletor anaeróbico, um seletor gravimétrico externo pode resultar em bioP. No entanto, para usinas, que já tenham um seletor anaeróbico e que foram projetadas para o bioP (possuem seleção biológica), a adição de um seletor gravimétrico externo pode aperfeiçoar a confiabilidade e eficiência do bioP.

[00079] A invenção proporciona um sistema que pode combinar seleção biológica (com seletor anaeróbico) e seleção física (com seletor externo).

[00080] De acordo com os princípios da invenção, a seleção de grânulos mais densos, em consequência de um seletor gravimétrico externo, proporciona um bom nicho ecológico para dPAO e PAO, que são eles mesmos mais densos, devido aos grânulos de polifosfato, de modo que a formação de grânulos por meio de um seletor gravimétrico externo proporciona uma outra capacidade para acumular e selecionar fisicamente PAO e dPAO, e os PAO e dPAO possuem uma maior densidade, devido aos grânulos de polifosfato, e, portanto, o seletor gravimétrico (por exemplo, o hidrociclone) pode selecionar esses microorganismos mais eficientemente.

[00081] Em comparação com, por exemplo, o sistema 100 mostrado na Figura 1, um seletor gravimétrico externo proporciona uma melhor seleção de dPAO em relação ao PAO porque, durante os períodos aerados ou em zonas aeradas, a parte interna do grânulo é protegida de DO de grande massa, mas nitrato pode estar presente em consequência da produção por nitrificação e difusão dentro do grânulo. Isso disponibiliza o nitrato para o dPAO, proporcionando um benefício pelo fato de que o VFA está sendo usado para ambas as remoções de N e P, o que resulta em uso mais eficiente de carbono do efluente aquoso para a remoção de N e P do que nos métodos convencionais, nos quais a atividade do dPAO é usualmente uma pequena fração da atividade do PAO.

[00082] Em um experimento sendo conduzido na usina Strass WWTP, de acordo com os princípios da presente invenção, o tratamento biológico principal proporciona uma alta taxa de remoção de carbono em um estágio A de corrente ascendente (não mostrado) a um baixo tempo de retenção de lama (SRT) e, principalmente, uma remoção de nitrogênio em um sistema em um baixo SRT a jusante (estágio B, não mostrado). O estágio B consiste de 2 linhas de tratamento, cada uma delas com 2 tanques do tipo de carrossel em série, que são ambos equipados com difusores. Dependendo das concentrações medidas em linha de amônia e nitrato no efluente dos tanques de lama ativada, a aeração é controlada para obter um certo ponto de ajuste DO e a uma certa eficiência de nitrificação. O segundo tanque (não mostrado) em série é predominantemente aerado, para fornecer oxigênio à biomassa em nitrificação, e o primeiro tanque (não mostrado) é, geralmente, não aerado, para proporcionar um meio ambiente anóxico à biomassa heterotrófica, para desnitrificar o nitrato reciclado (modo MLE). Quando a concentração de amônio aumenta próxima dos valores-limites, o primeiro tanque pode ficar aerado e servir como uma zona oscilante com uma capacidade de nitrificação adicional.

[00083] O projeto inicial da usina de Strass WWTP se baseia na remoção química de P por dosagem metálica e não na remoção biológica de fósforo desejada, uma vez que nenhuma zona anaeróbica é implementada, e maior parte dos ácido orgânico já tinha sido removida no estágio A, e, portanto, fica carente de qualquer bioatividade do P. Recentemente, para o aperfeiçoamento da eficiência do método de remoção de nitrogênio, os grânulos de anammox foram aumentados do sistema de tratamento de corrente secundária para os licores de lama (método DEMON®) e retidos no sistema da corrente principal por uso de hidrociclones, de acordo com a descrição do pedido de patente U.S. 2011/0198284 A1, que é incorporado no presente relatório descritivo por referência na sua totalidade. Como descrito no pedido de patente publicado, ciclones podem ser usados não apenas para reter os grânulos de anammox, mas também para criar e selecionar flocos de lama ativada mais densos, para proporcionar nichos ambientais para PAOs e dPAOs, e para aumentar a bioatividade de P. Então, a taxa de dosagem metálica pode ser diminuída escalonadamente (por exemplo, como mostrado na Figura 6), enquanto mantendo baixas concentrações de amônia no efluente, abaixo do valor-limite de, por exemplo, 1 mg P/L. Em pelo menos um experimento, a taxa de dosagem foi ajustada em zero, e uma diminuição de concentração resultou de aproximadamente cerca de 5 mg P/L a 1 mg P/L exclusivamente pelo método biológico, devido à operação contínua do seletor gravimétrico. As medidas indicando um teor de P de 3 a 4,5% na VSS da biomassa (por exemplo, mostrada na Figura 8) confirmaram, claramente, altas capacidades de acúmulo de fósforo.

[00084] De acordo com os princípios desta invenção, a bioatividade de P de agregados de lama mais densos, selecionados pelo seletor gravimétrico (por exemplo, hidrociclone), pode ser aumentada significativamente, mesmo sem qualquer zona de reator anaeróbica dedicada. Ainda mais, a combinação de um seletor gravimétrico com uma zona anaeróbica, servindo como um seletor biológico, aumenta ainda mais a bioatividade de P, em que, por exemplo, os agregados de biomassa mais densos podem entrar em contato diretamente com o efluente aquoso concentrado do cano de esgoto ou de um método de pré-tratamento. A apreensão e o armazenamento de VFA promove a geração de biomassa mais densa, o que de novo propicia o acúmulo desses agregados pelo método de seleção física da corrente efluente. Essa zona anaeróbica pode ser implementada a montante, por exemplo, na extremidade avançada do método biológico, em que o efluente aquoso é alimentado ao sistema de lama ativada (como mostrado, por exemplo, na Figura 2).

[00085] Alternativamente, a zona anaeróbica pode ser configurada em, por exemplo, um compartimento posicionado entre os sedimentadores e um ou mais tanques de aeração, como mostrado, por exemplo, na Figura 5. A lama sedimentada pode ser reciclada do sedimentador, por exemplo, por meio de tubos de drenagem proporcionados no fundo do tanque. A lama sedimentada pode ser alimentada por, por exemplo, tubos de drenagem, ao compartimento anaeróbico, no qual o efluente aquoso pode ser introduzido, e dessa zona de contato, o licor misturado pode ser distribuído ao tanque de lama ativada, por exemplo, eventualmente por meio de tubos distribuidores no fundo do tanque (por exemplo, como mostrado na Figura 5). Essa implementação pode ser compatível com, por exemplo, o método BIOCOS, descrito no PCT/AT00/00322 e/ou no PCT/AT2011/000001, ambos sendo incorporados no presente relatório descritivo por referência, que já incluem os tanques de sedimentação com configurações alternativas com os tubos de reciclagem de lama no fundo dos sedimentadores e com aspiração (bombas mamutes) proporcionando a pressão de sucção para esses tubos de drenagem.

[00086] Adicionalmente, o sistema pode incluir múltiplas paredes (por exemplo, paredes duplas) entre os sedimentadores e o tanque de aeração, para proporcionar um compartimento separado, no qual a lama espessada pode entrar em contato com a alimentação e altura de carga (não mostrada) de, por exemplo, uma bomba aspirante (não mostrada), que pode ser usada para distribuir o licor misturado no fundo do tanque de aeração. Durante as fases dos ciclos nas quais a bomba aspirante não é operada, o fluxo de alimentação contínuo pode ser introduzido no compartimento de contato e fornecer o substrato ao licor com alto teor de sólidos.

[00087] Ainda que a invenção tenha sido descrita em termos das concretizações exemplificativas, aqueles versados na técnica vão reconhecer que a invenção pode ser praticada com modificações dentro do espírito e âmbito das reivindicações em anexo. Esses exemplos são meramente ilustrativos e não são mencionados para ser uma lista exaustiva de todos os possíveis métodos, concretizações, aplicações ou modificações da invenção.

Claims

1. Aparelho para tratamento biológico de efluente aquoso que inclui um seletor biológico (140) e um seletor físico (260), caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende: um reator biológico interno (140), que combina o efluente aquoso (115) e uma biomassa reciclada (265) e produz uma corrente efluente de biomassa (245) a qual inclui uma biomassa granulada; e um seletor externo (260) que opera na corrente efluente de biomassa (245) do reator biológico interno (140) para coletar e reter agregados de biomassa (265) os quais têm um gradiente de concentração de substrato e aceptor de elétrons que favoreçam a formação granulada sobre a formação de flocos e filamentos, e que ainda opera na corrente efluente de biomassa (245) para descartar filamentos e flocos na corrente efluente de biomassa (285), em que os agregados de biomassa coletados (265) são devolvidos ao reator biológico interno (140) para formação granulada.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o seletor externo (260) compreende: um seletor gravimétrico externo (260) o qual compreende um hidrociclone, uma centrífuga, ou um dispositivo de sedimentação por gravidade externo que opera para separar os agregados de biomassa (265) na corrente efluente de biomassa (245), e que ainda opera para descartar filamentos e flocos mais leves na corrente efluente de biomassa (285); ou um seletor de peneira externo (10) que opera para coletar e reter agregados de biomassa (4, 265) da corrente efluente de biomassa (1, 245) que favorece a seleção de grânulos não- compressíveis, e que ainda opera para descartar filamentos e flocos compressíveis na corrente efluente de biomassa (3, 285).

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os agregados de biomassa (265) coletam e removem fósforo precipitado ou polifosfato intracelular precipitado no caso de organismos acumuladores de polifosfato.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a biomassa granulada (245) inclui grânulos dotados de um núcleo anaeróbico ou anóxico que forma um meio ambiente de nicho para um organismo específico.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o meio ambiente de nicho seleciona o organismo específico dentre organismos para a remoção biológica de fósforo, incluindo aeróbica, e a desnitrificação de organismos acumuladores de polifosfatos, o acúmulo de glicogênio, a desnitrificação de oxidantes de metano anóxicos, a desnitrificação da oxidação biológica de enxofre ou sulfeto, e a metanogênese.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os agregados de biomassa granulada ou adensada realizam a seleção biológica para a obtenção de remoção de fósforo, o aparelho compreendendo ainda um seletor anaeróbico (120) que aperfeiçoa o desempenho e a confiabilidade da remoção de fósforo.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um seletor pré-anóxico (130) que remove fósforo em que a biomassa granulada ou adensada compreende uma estrutura de agregado que proporciona resistência à transferência de massa para a penetração de nitrato no núcleo.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um sedimentador e um tanque de aeração, em que o seletor biológico é configurado em um compartimento localizado entre o sedimentador e o tanque de aeração, em que lama sedimentada é reciclada do sedimentador por meio de um tubo de drenagem localizado no fundo do tanque de aeração e fornecida para o compartimento onde efluente aquoso é introduzido e a partir do qual um licor misturado é distribuído para um tanque de lama ativada por meio de um tubo de distribuição.

9. Método para o tratamento biológico de efluente aquoso, que combina um seletor biológico (140) e um seletor físico (260), caracterizado pelo fato de que o método compreende: combinar efluente aquoso (115) e uma biomassa reciclada (265) em um reator biológico interno (140) para proporcionar uma biomassa granulada ou adensada; e prover uma corrente de efluente de biomassa (245) que inclui a biomassa granulada do reator biológico interno (140) para um seletor externo (260); operar o seletor externo (260) na corrente efluente de biomassa (245) para coletar e reter agregados de biomassa (265), em que os agregados de biomassa (265) têm um gradiente de concentração de substrato e aceptor de elétrons que geram características morfológicas de biomassa que favorecem a formação de grânulos sobre a formação de flocos e filamentos; e operar o seletor externo (260) para descartar filamentos e flocos na corrente efluente de biomassa (285).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que operar o seletor externo (260) compreende operar: um seletor gravimétrico (260) que compreende um hidrociclone, uma centrífuga, ou um dispositivo de sedimentação por gravidade externo para separar agregados de lama (4, 265) na corrente efluente de biomassa (1, 245), e para descartar filamentos e flocos mais leves na corrente efluente de biomassa (3, 285); ou um seletor de peneira (10) para separar agregados de lama não-compressíveis (4, 265) da corrente efluente de biomassa (1, 245), e para descartar filamentos e flocos compressíveis na corrente efluente de biomassa (3, 285).

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: coletar e remover fósforo precipitado ou polifosfato intracelular precipitado no caso de organismos acumuladores de polifosfatos.

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: fornecer os agregados de biomassa (265) do seletor externo (260) para o reator biológico interno (140) para promover um gradiente de aceptor de elétrons e de substrato na biomassa granulada, para criar um núcleo anaeróbico ou anóxico que forma um meio ambiente de nicho para um organismo específico.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o organismo específico é selecionado para a remoção biológica de fósforo, incluindo a aeróbica, e a desnitrificação de organismos acumuladores de polifosfato, o acúmulo de glicogênio, a desnitrificação de oxidantes de metano anóxicos, a desnitrificação de oxidação biológica de enxofre ou sulfeto, e a metanogênese.

14. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda operar um seletor anaeróbico (120) para aperfeiçoar o desempenho e a confiabilidade da remoção de fósforo.

15. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda proporcionar um seletor ou zona pré- anóxico (130) que remove fósforo e causa uma estrutura agregada na biomassa granulada, em que o seletor ou zona pré-anóxico (130) provê a resistência à transferência de massa para a penetração de nitrato no núcleo.

16. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que separar a biomassa granulada compreende um processo externo de seleção gravimétrica que recupera poli(hidroxialcanoatos), polifosfatos, minerais contendo fósforo inorgânico, ou alginatos.