BR112017004520B1 - Módulo de tratamento de água, biorreator e método para tratamento de água - Google Patents

Abstract

módulo de tratamento de água, arranjo difusor, biorreator, sistema, método para tratamento de água, elemento espaçador, e, biorreator de tratamento de água. a presente revelação provê um módulo de tratamento de água, um biorreator compreendendo um ou mais de tais módulos e um sistema de tratamento de água receptivo. também é provido aqui um método fazendo uso do módulo, biorreator e sistema acima. o módulo de tratamento de água compreende (i) pelo menos um compartimento alongado de gás compreendendo uma entrada de gás e duas paredes verticais, pelo menos uma parede vertical compreendendo uma membrana impermeável à água e permeável a gás tendo um lado voltado para a água e um lado voltado para o gás, as duas paredes verticais separando entre água externa ao dito compartimento e gás dentro do dito compartimento, o compartimento de gás estando em uma configuração enrolada ou dobrada para, assim, definir uma via horizontal corrugada e um ou mais espaços de tratamento da água formados entre os lados opostos voltados para a água do dito compartimento; e (ii) um arranjo difusor compreendendo difusores de gás configurados para introduzir um fluxo de gás no um ou mais espaços de tratamento de água.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A revelação se refere a tecnologias detratamento de água e, em particular, ao tratamento de água residual.

TÉCNICA ANTERIOR

[002] As referências consideradas relevantescomo histórico ao assunto atualmente revelado são listadasabaixo:

[003] - Publicação de Pedido de Patente Internacional No WO 2011/073977

[004] - Publicação de Pedido de Patente Internacional No WO 2008/130885

[005] - Publicação de Pedido de Patente Internacional No WO 2013/059216

[006] - Publicação de Pedido de Patente Internacional No WO 2013/039626

[007] O reconhecimento das referências acima neste não deve ser considerado, de nenhuma maneira, que são relevantes para a patenteabilidade da matéria aqui revelada.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

[008] Os sistemas reatores de tratamento de água podem variar dependendo do tipo de tratamento necessário. Alguns reatores são considerados biorreatores, uma vez que utilizam microrganismos para degradar biologicamente os contaminantes orgânicos presentes na água a ser tratada. Alguns reatores utilizam meios de aeração para, entre outros, agitar a água a ser tratada.

[009] O documento de patente WO 2011/073977 descreve um sistema para tratamento de água residual incluindo pelo menos uma via de tratamento da água tendo pelo menos uma entrada de água residual, pelo menos uma parede impermeável à água e permeável ao oxigênio separando o lado interno da via do ar externo, e pelo menos uma saída de água residual tratada e arranjada para pelo menos o tratamento aeróbico da água residual, uma vez que esta flui da pelo menos uma entrada de água residual para a pelo menos uma saída de água residual tratada, pelo menos um conduto de fornecimento de água residual, fornecendo a água residual para a pelo menos uma entrada de água residual da via de tratamento da água e pelo menos um conduto de água residual tratada, fornecimento da água residual tratada a partir da pelo menos uma saída de água residual tratada da pelo menos uma via de tratamento de água.

[0010] O documento de patente WO 2008/130885 descreve um aparelho de biofilme com suporte de membrana tendo uma pluralidade de membranas permeáveis a gás de fibra oca em um tanque contendo água a ser tratada. As membranas tem um diâmetro externo de aproximadamente 200 mícrons ou menos e ocupam entre 0,5 por cento e 4 por cento do volume do tanque. Um biofilme com suporte nas membranas ocupa entre aproximadamente 40 por cento e 80 por cento do volume da água a ser tratada em um reator. As membranas são orientadas geralmente de forma vertical e um dispersor pode estar localizado próximo ao fundo do aparelho para dispersar as membranas. Os processos de tratamento da água residual também são descritos.

[0011] O documento de patente WO 2013/059216 descreve um módulo para uso em um reator de biofilme de membrana e sistemas compreendendo tais módulos. O módulo compreende um tecido formado a partir de uma folha de membranas de fibra oca e um material espaçador situado entre folhas de membrana adjacentes, que são enroladas em torno de um tubo de núcleo central no módulo.

[0012] O documento de patente WO 2013/039626 descreve um sistema de aeração com aeradores que permanecem geralmente cheios de ar quando o fornecimento de ar pressurizado é desligado ou ventilado. A água não alcança os buracos dedicados ao descarte de bolhas do aerador, que são protegidos contra obstrução. O aerador tem um corpo com um buraco através de uma parede do corpo para descarte das bolhas. O buraco é cercado por uma saia na parede do corpo. A saia se estende para baixo da elevação do buraco. O corpo do aerador é conectado a uma fonte de gás pressurizado através de uma câmara inferior aberto. Uma abertura entre o corpo aerador e o interior da câmara está localizada abaixo da elevação do buraco. Quando o fornecimento de gás está desligado, a água entra na câmara e possivelmente na saia. No entanto, a água somente pode subir até ter alcançado a saia e a abertura, ambas as quais estão abaixo do buraco, e todo o corpo do aerador é mantido seco. A contaminação do aerador é reduzida, e o aerador começa a produzir um fluxo uniforme de bolhas rapidamente quando o fornecimento de gás é retomado.

DESCRIÇÃO GERAL DA INVENÇÃO

[0013] A presente revelação é baseada no desenvolvimento de um reator melhorado para tratamento da água ou meio contendo água. Especificamente, um módulo eficiente e econômico de tempo e custo para tratamento de água foi desenvolvido utilizando um compartimento alongado do tipo manga no qual o gás flui e pode se espalhar a partir de pelo menos parte das paredes do compartimento tipo manga para a água externa ao compartimento, o gás sendo selecionado para participar na quebra da matéria dentro da água externa à manga (por exemplo, poluentes, matéria orgânica); a água sendo ainda exposta aos fluxos de gás descartados a partir de um arranjo difusor como ainda discutido abaixo.

[0014] Assim, a presente revelação provê, de acordo com um primeiro de seus aspectos, um módulo de tratamento de água que compreende pelo menos um compartimento alongado de gás que compreende uma entrada de gás e duas paredes verticais. Pelo menos uma das paredes verticais tem uma membrana impermeável à água e permeável a gás com um lado voltado para a água e um lado voltado para o gás. As duas paredes verticais, assim, separam-se entre a água externa ao dito compartimento de gás e o gás dentro do dito compartimento. O compartimento de gás tem uma configuração enrolada ou espiralada para assim definir uma via horizontal corrugada para o gás no compartimento de gás e um ou mais espaços de tratamento de água formados entre os lados opostos voltados para a água do compartimento de gás, isto é, externo ao compartimento corrugado. O módulo também compreende um arranjo difusor com pelo menos um difusor de gás configurado para introduzir um fluxo de gás (tipicamente em uma forma de bolhas) em um ou mais espaços de tratamento da água.

[0015] Em operação, o gás se espalha pela dita membrana no um ou mais espaços de tratamento da água e participa na quebra de poluentes dentro da água. Além disso, em operação, o arranjo difusor causa, entre outros, a turbulência dentro da água, o que melhora o desempenho do tratamento.

[0016] Em algumas realizações, o gás espalhado pela membrana para o(s) espaço(s) de tratamento da água é ou compreende oxigênio, e bactérias, tipicamente formando um biofilme sobre a membrana, utilizam o oxigênio difundido e provocam a quebra dos poluentes orgânicos existentes na água. O gás descartado a partir de pelo menos um difusor no arranjo difusor agita a água no espaço de tratamento da água, tornando os nutrientes de bactéria na água mais disponíveis para a bactéria, e faz com que o biofilme adira ao lado voltado para a água das paredes para quebra (por meio da limpeza das paredes) assim reduzindo ou ainda evitando o entupimento do biofilme das paredes e o espaço de tratamento da água.

[0017] O compartimento corrugado pode definir um ou mais espaços de tratamento da água alongados configurados para estarem em comunicação com a dita água. Em algumas realizações, o compartimento corrugado, com seu um ou mais espaços de tratamento da água e o arranjo difusor são submersos (parcial ou totalmente) na água. A água pode estar em um tanque dedicado, um lago, uma fonte de água natural, etc., como ainda descrito abaixo. Em algumas outras realizações, o compartimento corrugado, com seu um ou mais espaços alongados de tratamento da água têm uma extremidade em comunicação fluída com uma entrada de alimentação de água e têm uma outra extremidade com uma saída de água tratada.

[0018] O arranjo difusor é tipicamente localizado abaixo do compartimento corrugado de gás. Em algumas realizações, os difusores de gás no arranjo difusor compreendem aberturas de liberação de gás que são posicionadas abaixo do um ou mais espaços de tratamento de água. Como resultado, e de acordo com algumas realizações, os fluxos de gás ejetados ou liberados dos difusores de gás proveem a mistura da água no espaço de tratamento de água, limpeza de pelo menos partes dos lados voltados para a água do compartimento, enriquecimento da água com gás necessária para a quebra da matéria nesta, etc.

[0019] Em algumas realizações, o módulo compreende um ou mais primeiros elementos espaçadores que são dispostos dentro do compartimento alongado de gás e são configurados para manter uma primeira distância mínima entre os lados opostos voltados para o gás das duas paredes verticais. O um ou mais primeiro elemento espaçador tem tipicamente uma espessura ou é, de outra forma, configurado para manter a primeira distância mínima entre aproximadamente 1 a aproximadamente 20 mm.

[0020] Em algumas realizações, o módulo compreende um ou mais segundos elementos espaçadores dispostos dentro do um ou mais espaços de tratamento de água para manter uma segunda distância mínima entre os ditos lados opostos voltados para a água. O um ou mais primeiro elemento espaçador tem tipicamente uma espessura ou é, de outra forma, configurado para manter a segunda distância mínima entre aproximadamente 1 a aproximadamente 20 mm.

[0021] Em algumas realizações, a espessura do um ou mais primeiro elemento espaçador é entre 1 a 10 mm, às vezes, entre 2-4 mm.

[0022] Em algumas realizações, a espessura do um ou mais segundo elemento espaçador é entre 1 a 10 mm, às vezes, entre 2-6 mm.

[0023] O um ou mais primeiro e segundo elementos espaçadores não precisam ter a mesma espessura e, em algumas realizações, a espessura do um ou mais primeiro e segundo elementos espaçadores é diferente.

[0024] O um ou mais primeiro ou segundo elementos espaçadores podem ter a forma geral de uma grade ou rede. Embora possam constituir elementos independentes, em algumas realizações, o elemento espaçador é integralmente formado em pelo menos uma parte de uma das paredes verticais. Por exemplo, tais elementos espaçadores integrais podem ser configurados como encaixes em pelo menos uma parede vertical. Os encaixes podem ter a forma de trilhos, sulcos, corrugações, ganchos ou qualquer combinação destes.

[0025] As duas paredes verticais do compartimento são tipicamente integrais; por exemplo, formadas (por exemplo, por extrusão) como uma manga alongada. Em ainda algumas realizações, as duas paredes verticais são soldadas uma à outra nas suas extremidades superior e/ou inferior.

[0026] Em uma realização, o compartimento de gás é enrolado em espiral. Em outra realização, o compartimento de gás é dobrado para formar uma via de fluxo de gás sanfonada (ziguezague ou “serpenteamento alternado”).

[0027] Pelo menos uma parte do lado voltado para a água da membrana impermeável à água e permeável a gás dá suporte para o crescimento de biofilme nela. Em algumas realizações, o lado voltado para a água da membrana impermeável à água e permeável a gás que dá suporte para o crescimento de biofilme é tratado superficialmente ou compreende material que dá suporte para o desenvolvimento do biofilme. Em algumas realizações, a membrana provê uma grande área de superfície para o crescimento de biofilme nela e a permeabilidade da membrana dá uma vantagem seletiva para a bactéria desejável, tal como fornecimento de ar a partir de dentro do compartimento para fornecimento de metano da bactéria aeróbia a partir de dentro do compartimento para bactéria metanotrófica para metano, assim dando suporte ao desenvolvimento de biofilme.

[0028] O arranjo difusor compreende aberturas de gás para descarte dos fluxos de gás na água no espaço de tratamento da água.

[0029] Em algumas realizações, o arranjo difusor compreende aberturas de gás que proveem bolhas na água no espaço de tratamento da água. Neste contexto, o arranjo difusor é considerado como um arranjo pulverizador de gás.

[0030] Em algumas realizações, o arranjo difusor de gás compreende um conduto de gás com aberturas de gás espaçadas.

[0031] Em algumas outras realizações, o arranjo difusor é formado como um segundo compartimento alongado abaixo do dito compartimento de gás. Em algumas realizações, o segundo compartimento alongado é integralmente formado com o dito compartimento de gás como ainda descrito e ilustrado abaixo.

[0032] Um arranjo difusor também é parte da presente revelação. Especificamente, também é provido por esta revelação um arranjo difusor que compreende pelo menos um, mas preferencialmente uma pluralidade de difusores de gás, cada um dos quais tem um primeiro conduto, um segundo conduto e uma câmara de gás/líquido. O primeiro conduto está em comunicação de gás na sua parte superior com uma ou mais aberturas de descarga de gás e está em comunicação fluida na sua parte inferior com o segundo conduto. O segundo conduto está em comunicação fluida na sua parte superior com a câmara de gás/líquido. A câmara de gás/líquido tem uma parte superior vedada que abre no seu fundo para uma fonte de líquido e está em comunicação de gás com uma fonte de gás pressurizado, a pressão sendo suficiente para deslocar o líquido para fora da câmara. Em operação, o gás desloca o líquido da câmara de gás/líquido, e ao mesmo tempo desloca o líquido dos dois condutos (fora das aberturas de descarga). Uma vez que todo o líquido tenha sido deslocado para fora dos dois condutos, uma ligação direta de gás é estabelecida entre a câmara de gás/líquido e as aberturas de descarga de gás provocando uma explosão da descarga de gás. Esta explosão drena o gás para fora da dita câmara e a reentrada do líquido que faz com que a explosão da descarga de gás cesse; e então o ciclo operacional recomeça.

[0033] Este arranjo difusor é adequado para uso no módulo de tratamento de água desta revelação. Em tal uso, a fonte de líquido é tipicamente a água a ser tratada. Tal difusor pode ser separado do compartimento de gás e/ou elementos espaçadores. Em algumas realizações, este tipo de arranjo difusor é integralmente formado com uma parte inferior de pelo menos uma das paredes verticais e/ou uma parte inferior do segundo elemento espaçador. Em algumas realizações, este tipo de arranjo difusor é integralmente formado em uma parte inferior do compartimento de gás.

[0034] O compartimento de gás pode ser mantido com a ajuda das estruturas de apoio.

[0035] Em algumas realizações, uma estrutura de suporte superior é provida, a qual é conectada a pelo menos uma parte superior do dito compartimento e configurada para manter o compartimento na sua configuração de via horizontal corrugada pretendida quando o módulo está submerso na água.

[0036] Em algumas realizações, uma estrutura de suporte inferior é provida, a qual é conectada a pelo menos uma parte inferior do dito compartimento e configurada para manter o compartimento na sua configuração de via horizontal corrugada pretendida quando o módulo está submerso na água.

[0037] Em algumas realizações, a configuração do compartimento de gás é apoiada por uma estrutura de suporte vertical central, tipicamente, uma estrutura de suporte vertical tubular se estendendo a partir das extremidades superiores para as inferiores do compartimento de gás. A estrutura de suporte tubular central pode ter uma seção cruzada circular, por exemplo, quando o compartimento de gás é enrolado de forma espiral, uma seção cruzada elíptica, uma seção cruzada quadrada, etc., com o compartimento de gás, desta forma, sendo enrolado para corresponder ao formato do elemento de suporte tubular central.

[0038] Em algumas realizações, a estrutura de suporte central também provê um canal para receber a água a ser tratada e canalizá-la no um ou mais espaços de tratamento de água.

[0039] O módulo de tratamento de água pode, às vezes, compreender dois ou mais dos ditos compartimentos alongados de gás empilhados um sobre o outro. Em algumas realizações, o dois ou mais compartimentos alongados de gás são espaçados por meio de uma estrutura de apoio (cada par de módulos formando um “sanduíche” com uma estrutura de apoio). Em algumas realizações, tais módulos empilhados compartilham um arranjo difusor da parte inferior do módulo mais baixo da pilha.

[0040] Também é provido por esta revelação um biorreator que compreende um tanque de tratamento de água com uma entrada de água de alimentação e uma saída de água tratada e um ou mais módulos do tipo descrito acima. Um biorreator pode compreender um, dois, três ou mais módulos dentro do mesmo tanque.

[0041] Em algumas realizações, como mais discutido abaixo, uma doca ou um lago natural ou artificial contendo a água a ser tratada pode servir como um tanque.

[0042] Em algumas realizações, o biorreator é configurado para descartar o sólido da água sendo tratada. Para esta finalidade, e de acordo com algumas realizações, o tanque compreende uma saída de descarga de sólidos e, às vezes, também compreende um tanque de separação para receber a água tratada e para remover sólidos da dita água tratada.

[0043] Em algumas realizações, o biorreator compreende em uma parte superior do dito tanque de tratamento uma comporta de água configurada para receber a água tratada e transferir a água tratada para a dita saída de água tratada. Em algumas realizações, a comporta é construída para receber a água tratada purificada.

[0044] Em algumas realizações, o biorreator é provido com um ou mais sensores para monitorar diversos parâmetros que são indicativos da qualidade da água dentro do dito tanque de tratamento.

[0045] O biorreator pode ser parte de um sistema. Desta forma, a presente revelação também provê um sistema compreendendo um ou mais tais biorreatores e um controlador para controlar a operação do dito um ou mais biorreatores.

[0046] Em algumas realizações, dois ou mais biorreatores são interconectados em série, de forma que a água tratada fluindo para fora de um ou mais tanques de tratamento de um biorreator é a água alimentada de um ou mais tratamento de tanques subsequentes de outro biorreator da série. Em algumas realizações, dois ou mais biorreatores também podem ser dispostos em paralelo para o fluxo paralelo da água sendo tratada nos dois ou mais biorreatores. Em ainda algumas outras realizações, o sistema pode compreender uma combinação de dois ou mais biorreatores operados em série e com dois ou mais biorreatores arranjados em paralelo.

[0047] Em algumas realizações, o controlador é configurado para receber dados de um ou mais sensores do dito biorreator e para operação controlada do dito arranjo difusor com base nos ditos dados. Por exemplo, quando a qualidade da água tratada descarregada a partir da saída de água tratada está abaixo de um limite predeterminado, o dito controlador manipula o arranjo difusor para aumentar (ao volume e/ou duração) do gás pulverizado na água dentro dos espaços de tratamento de água.

[0048] Também é provido pela presente revelação um método para tratamento de água, o método compreende: introdução da água em um ou mais espaços de água de um biorreator do tipo aqui descrito; introdução de um gás de tratamento de água no pelo menos um compartimento alongado de gás; introdução do gás no arranjo difusor para assim provocar a descarga de um fluxo de gás no um ou mais espaços de tratamento de água; e coleta da água tratada. Como pode ser percebido, as sequências operacionais definidas acima não são sequenciais, mas, de preferência, tipicamente ocorrem todas em paralelo.

[0049] Dependendo da natureza dos poluentes na água, o gás pode ser ar, ar enriquecido com oxigênio ou ar complementado com metano, oxigênio puro, metano puro ou qualquer gás contendo metano ou oxigênio. Quando a água a ser tratada compreende matéria orgânica e/ou amônia, o gás de tratamento da água é tipicamente um que seja enriquecido com oxigênio. Quando a água a ser tratada compreende compostos contendo óxidos de nitrogênio (por exemplo, nitrato), o gás de tratamento da água também pode ser um que seja rico em metano.

[0050] Em algumas realizações, o método compreende a operação do dito arranjo difusor para introduzir gás de forma contínua ou intermitente no dito espaço de tratamento de água. Em algumas realizações, o gás introduzido está em uma forma de bolhas discretas.

[0051] Em algumas realizações, o método compreende continuamente (i) introdução da água em um biorreator; e (ii) coleta da água tratada.

[0052] Em ainda outras realizações, o método compreende descarregar periodicamente a água tratada. Nesta realização, tipicamente, há a retenção da operação do arranjo difusor ao descarregar a água tratada.

[0053] Em algumas realizações, o método compreende qualquer um dos seguintes:

[0054] - retenção dos biossólidos na forma suspensa no tanque de tratamento;

[0055] - separação de sólidos da água tratada e circulação de pelo menos uma parte dos ditos sólidos no dito tanque de tratamento;

[0056] - descarga de pelo menos uma parte da água tratada a partir de um local superior do dito tanque de tratamento.

[0057] Finalmente, em algumas realizações, o método compreende o recebimento de dados representando a qualidade da dita água tratada e controle da operação do dito arranjo difusor com base nos ditos dados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0058] A fim de melhor entender a matéria que é revelada aqui e para exemplificar como pode ser realizada na prática, as realizações serão agora descritas, somente a título de exemplo não limitativo, com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais:

[0059] A Figura 1 é uma vista perspectiva esquemática de um módulo de tratamento da água, de acordo com uma realização desta revelação.

[0060] As Figuras 2A e 2B são, respectivamente, uma vista de seção cruzada perspectiva esquemática (Figura 2A) e expandida (Figura 2B) do módulo de tratamento de água da Figura 1.

[0061] A Figura 3A é uma vista perspectiva esquemática de um módulo de tratamento da água, de acordo com uma realização desta revelação.

[0062] As Figuras 3B-3D são vistas em corte mais detalhadas ampliadas das regiões denominadas B-D, respectivamente, na Figura 3A.

[0063] A Figura 3E é uma vista ampliada mais detalhada da região denominada E na Figura 3D.

[0064] A Figura 4A é uma seção cruzada perspectiva esquemática de um módulo de tratamento da água, de acordo com uma realização desta revelação.

[0065] As Figuras 4B e 4C são vistas perspectivas lateral e inferior, respectivamente, com cortes parciais, de um segmento nivelado de uma parede que faz parte de tal módulo de tratamento.

[0066] A Figura 5A é uma seção cruzada perspectiva esquemática de um módulo de tratamento da água, de acordo com uma realização desta revelação.

[0067] A Figura 5B é uma vista perspectiva com cortes parciais de um segmento nivelado de uma parede que faz parte de tal módulo de tratamento.

[0068] A Figura 5C é uma vista expandida da parte inferior do segmento da Figura 5B ilustrando o difusor.

[0069] A Figura 5D é de ilustrações esquemáticas das etapas operacionais do difusor da Figura 5C.

[0070] As Figuras 6A e 6B são, respectivamente, uma vista de elevação lateral e uma vista superior de um arranjo difusor, de acordo com uma realização desta revelação.

[0071] As Figuras 7A-7B são, respectivamente, uma vista perspectiva e uma vista expandida de um módulo, de acordo com ainda outra realização desta revelação.

[0072] As Figuras 8A-8C são, respectivamente, uma seção cruzada perspectiva (Figura 8A) de um tanque com um módulo desta revelação, uma vista expandida (Figura 8B) de tal tanque e um sistema de tratamento de água com uma pluralidade de tal tanque (Figura 8C).

[0073] As Figuras 9A-9C são, respectivamente, uma seção cruzada perspectiva (Figura 9A) de um tanque com um módulo, de acordo com outra realização da presente revelação, uma vista expandida (Figura 9B) de tal tanque e um sistema de tratamento de água com uma pluralidade de tais tanques (Figura 9C).

[0074] As Figuras 10A-10B são, respectivamente, um módulo empilhado mantido em uma estrutura de reforço (Figura 10A), de acordo com uma realização desta revelação e um sistema com uma pluralidade de tais módulos (Figura 10B).

[0075] As Figuras 11A-11B são, respectivamente, um módulo empilhado mantido em uma estrutura de reforço (Figura 11A), de acordo com outra realização desta revelação, e um sistema com uma pluralidade de tais módulos (Figura 11B) .

[0076] As Figuras 12A-12C são diagramas de fluxo de processo para a desnitrificação da água, de acordo com algumas realizações da presente revelação.

[0077] A Figura 13 é um fluxograma do processo para tratamento biológico aeróbico da água, de acordo com algumas realizações desta revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0078] É feita referência à Figura 1 provendo um módulo de tratamento de água de acordo com uma realização da presente revelação, geralmente designado 100 e compreendendo um compartimento alongado de gás 110 compreendendo uma entrada de gás 112 e sendo definido entre duas paredes verticais 114 e 116, pelo menos uma das quais compreende uma membrana impermeável à água e permeável a gás. Cada parede 114 e 116 tem um lado voltado para a água 114a e 116a, respectivamente, e um lado voltado para o gás 114b e 116b, respectivamente (o lado voltado para a água e o lado voltado para o gás também são aqui referidos como “face externa” e “face interna”, respectivamente).

[0079] As duas paredes verticais são vedadas longitudinalmente em qualquer de uma extremidade superior 118 e extremidade inferior 120 delas. A vedação pode ser por solda, colagem, costura ou quaisquer outros meios de ligação fixa das duas paredes, de maneira a formar um compartimento com vedação de líquido. Em uma realização alternativa, o compartimento é formado como uma única unidade em que as duas paredes são formadas integralmente como parte de uma manga alongada.

[0080] O compartimento de gás 110 é enrolado ou espiralado (dobrado) para formar uma configuração de via horizontal corrugada. Nesta realização particular, o compartimento de gás 110 é enrolado em uma configuração espiral concêntrica. Ainda, outras configurações são igualmente aplicáveis. Em algumas configurações alternativas, a via horizontal corrugada é provida por meio do enrolamento do compartimento em uma configuração espiral elíptica. Ainda em algumas outras configurações alternativas, a via horizontal corrugada é provida por meio de enrolamento em uma configuração de sanfona (“serpenteamento alternado” ou “ziguezague”), como ilustrado na Figura 7A.

[0081] As paredes 114 e 116 definem entre seus respectivos lados voltados para a água um espaço de tratamento de água contínuo e igualmente espiralado 122 que é formado entre os lados opostos voltados para a água do compartimento 110. Em algumas realizações, o compartimento corrugado define mais de um espaço alongado de tratamento de água. Isto é alcançado, por exemplo, por meio da introdução de paredes divisórias se estendendo verticalmente a partir de um lado de uma parede para o lado voltado da sua parede oposta (não ilustrado).

[0082] Ambas as paredes 114 e 116 são impermeáveis a água. Pelo menos uma, e às vezes, ambas as paredes 114 e 116 compreendem partes da membrana permeáveis a gás. Em algumas realizações, a membrana compreende um tecido de polímero. Por exemplo, o tecido de polímero pode ser um tecido polimérico não tecido, tal como um tecido formado por uma primeira extrusão de folha polimérica revestida ou laminada com um segundo filme ou camada de polímero voltado para a água. Em algumas realizações, a primeira folha polimérica compreende uma poliolefina (incluindo uma poliolefina ligada por fiação e soldagem), tal como polietileno (particularmente PE de alta densidade) ou polipropileno, ou compreender um poliéster.

[0083] O filme ou camada de polímero voltado para a água é um que possa prover à membrana com sua impermeabilidade enquanto permite a permeabilidade do gás. Em uma realização, a folha polimérica voltada para a água compreende poli(acrilato n-alquil) homopolímeros e copolímeros, conhecidos pela sua permeabilidade a gás. Em ainda uma realização alternativa, a folha polimérica voltada para a água compreende poli(metilpenteno), tal como poli(4- metil-1-penteno) (PMP), tipicamente usado no embalamento permeável a gás.

[0084] É observado que o poli(acrilato n-alquil) é compatível com poliolefinas, enquanto o poli(metilpenteno) é compatível com poliésteres. Desta forma, em uma realização, a membrana impermeável à água e permeável a gás compreende uma primeira folha polimérica compreendendo uma poliolefina e uma folha polimérica voltada para a água compreendendo um poli(acrilato n-alquil); e em outras realizações, a membrana impermeável à água, permeável a gás compreende poliéster e uma folha polimérica voltada para a água compreendendo um PMP.

[0085] Os polímeros que formam a membrana impermeável à água e permeável a gás podem ser combinados por meio de qualquer técnica adequada conhecida, tal como revestimento por extrusão, laminação a quente e/ou laminação a frio.

[0086] A presente revelação também provê um compartimento alongado compreendendo uma parede separando a partir de uma via alongada interna dentro do dito compartimento e um espaço externo para o dito compartimento alongado, a parede compreendendo um primeiro material polimérico revestido por extrusão com uma segunda membrana permeável a gás e impermeável à água.

[0087] Deve ser observado que os tecidos e materiais poliméricos exemplares descritos acima são aplicáveis também para uso em outras realizações descritas acima.

[0088] O gás entra no compartimento de gás através da entrada 112 e, enquanto flui ao longo das partes do compartimento de gás 110 desta, espalha-se na água em volta no espaço de água através da membrana impermeável à gás. Às vezes, e de acordo com algumas realizações, o compartimento de gás 110 compreende uma saída de gás 124 a partir da qual o gás é ou ventilado para a atmosfera, soprado na água dentro do espaço de tratamento de água, coletado e/ou recirculado no compartimento de gás. O fluxo de gás é geralmente na direção da entrada de gás 112 para a saída de gás 124 e na Figura 1, esta direção segue uma via espiral geralmente horizontal.

[0089] Em uso, quando o espaço de água 122 acomoda a água contaminada ou poluída, um biofilme crescerá no lado voltado para a água da parede compreendendo a membrana impermeável à água e permeável a gás. O módulo 100 compreende ainda um arranjo difusor 126 compreendendo uma entrada de gás 128, estando em comunicação de fluxo de gás através dos tubos dedicados, tal como uma tubulação 130 para difusores 132, cada um tendo pelo menos uma abertura configurada para liberar um fluxo de bolhas de gás no espaço de tratamento da água 122. Em algumas realizações, o arranjo difusor 126 é construído e operativo para introduzir um fluxo de bolhas de gás de forma que flua para cima ao longo das paredes voltadas para a água do compartimento de gás 110. Em algumas realizações, o gás descarregado pelas aberturas do difusor facilita a turbulência e a mistura da água, para dar suporte ao crescimento do biofilme por um lado e minimizar o entupimento do espaço da água por meio do biofilme crescente, por outro lado.

[0090] Na realização ilustrada na Figura 1, os difusores 132 estão localizados em uma parte inferior do compartimento 110 e quando em operação, as bolhas de gás são descarregadas para fora da abertura 134, movem-se para cima através do espaço de tratamento de água 122 e geralmente ao longo dos lados opostos voltados para a água do compartimento 110. Este fluxo de bolhas de gás provê pelo menos um de (i) mistura do volume de água para permitir que os nutrientes do biofilme presentes na água entrem em contato com o biofilme suspenso na água e ligados à membrana geralmente ao longo de todo o comprimento do lado voltado para a água das paredes do compartimento; e (ii) lavagem do biofilme aderido à membrana, assim, minimizando o entupimento do espaço da água pelo biofilme; e (iii) suspensão e homogeneização da biomassa estável no volume de água no espaço de tratamento da água.

[0091] Em algumas realizações, os difusores 132 são configurados para prover bolhas finas. Em algumas realizações, os difusores são configurados como um tubo poroso ou perfurado, uma membrana perfurada ou puncionada, uma membrana com poros ou um bico fino.

[0092] De acordo com algumas outras realizações exemplares, os difusores podem ter aberturas voltadas para baixo, tal como visto nas Figuras 4A-4C ou podem ter uma configuração conforme mostrado nas Figuras 5A-5D ou como aquelas mostradas nas Figuras 6A-6B. Os difusores podem ser configurados para operar em um modo contínuo, isto é, introdução de um fluxo contínuo de bolhas ou podem ser configurados para operar em um modo intermitente ou somente quando necessário (por exemplo, quando há um risco de entupimento ou indicações de entupimento).

[0093] Um módulo exemplar, por meio de uma realização desta revelação, é mostrado nas Figuras 2A e 2B. Para simplicidade, os mesmos números são usados para representar elementos que tenham uma função ou estrutura similar àqueles da Figura 1 e o leitor é referido como a descrição da Figura 1 para explicação da estrutura ou função. Nas Figuras 2A-2B, a atenção é dirigida para o arranjo difusor 12 6 que inclui um tubo de fornecimento 12 8 que é conectado a uma fonte (não mostrada) de gás, tipicamente ar pressurizado ligado a uma tubulação ou arranjo de tubos (3 neste exemplo de tubos circulares) 123 com uma pluralidade de aberturas de descarga de gás (não vistas). Em algumas realizações, as aberturas de descarga de gás são formadas no fundo dos tubos. Em algumas realizações, a tubulação ou arranjo de tubos é arranjada como um arranjo de tubos retos geralmente paralelos.

[0094] É ilustrada nas Figuras 2A e 2B uma estrutura de reforço que inclui um elemento de suporte superior 140, um elemento de suporte inferior 142 e um elemento de núcleo central 144. O elemento de suporte inferior, que é estruturado como uma malha, também possibilita a passagem de ar do arranjo difusor 126 para todo o espaço de tratamento da água, assim como a passagem de água nos espaços de tratamento da água.

[0095] Em algumas realizações, o módulo 100 contém pelo menos um dos elementos de reforço/suporte. Em algumas realizações alternativas, uma combinação dos ditos elementos de reforço é incluída no módulo.

[0096] O elemento de suporte (superior, inferior e/ou central) é configurado para reter o compartimento 110 na sua configuração corrugada, preferencialmente quando o compartimento de gás está submerso (ainda que parcialmente) na água. A fixação é alcançada, por exemplo, por meio da conexão ou da ligação com rigidez, de outra forma, do compartimento 110 às ditas estruturas de reforço. Às vezes, o elemento de suporte superior 140 e o elemento de suporte inferior 142 são fixados ao elemento de núcleo central 144.

[0097] O elemento de suporte inferior 142 também é configurado e operativo para manter o compartimento 110 acima do arranjo difusor 120. Quando os múltiplos módulos 100 são empilhados um sobre o outro, pode haver um único elemento de suporte inferior 142 abaixo do módulo inferior e um elemento de suporte superior 140 acima do módulo superior ou pode ser providos também elementos de suporte intermediários que são posicionados entre dois módulos empilhados. Uma única estrutura de núcleo central 144 pode ser usada para alinhar concentricamente dois ou mais módulos de tratamento de água empilhados.

[0098] Em algumas realizações, a estrutura de núcleo central 144 serve também como um tampão de alimentação (ou poço de alimentação) para a água entre a pulverização de gás intermitente a partir dos difusores e, assim, os eventos de mistura da água, através dos quais é misturada nos espaços de tratamento da água durante o evento de mistura intermitente e como um resultado do qual a água residual bruta (isto é, água antes do tratamento) não entra em contato direto com as paredes verticais (e a membrana) e não causa o supercrescimento do biofilme e consequente entupimento da membrana.

[0099] A presente revelação também provê um biorreator compreendendo uma membrana permeável a gás e impermeável à água dentro de uma câmara de tratamento da água e uma segunda câmara integralmente formada dentro do dito biorreator, a segunda câmara configurada para receber água a ser tratada e comunicar a dita água para a câmara de tratamento de água. Em algumas realizações, a segunda câmara é fisicamente localizada dentro da câmara de tratamento da água.

[00100] As estruturas de reforço podem ser configuradas em uma variedade de formatos e formadas de uma variedade de materiais, tal como, e sem limitação, fibra de vidro, um polímero reforçado por fibra e/ou aço inoxidável.

[00101] Em algumas realizações, o elemento denúcleo central 144 pode agir como um esqueleto ao qual os elementos dos módulos 100 estão conectados e assim fixados no lugar. Em algumas realizações, a estrutura de núcleo central 144 tem uma dimensão da seção cruzada de pelo menos 200 mm. Como percebido, as dimensões da estrutura de núcleo central 144 podem variar dependendo das dimensões gerais do módulo. Geralmente, as dimensões da seção cruzada da estrutura de núcleo central devem ser pequenas com relação ao uso do volume eficiente, mas ainda, não muito pequenas, para permitir o enrolamento do compartimento de gás em volta dele e para o fluxo de água suficiente através dele durante a operação.

[00102] Agora em referência às Figuras 3A-3E, é ilustrado um módulo de tratamento de água similar àquele da Figura 1 e Figura 2, agora mostrando os elementos espaçadores. Para simplicidade, os mesmos numerais de referência usados na Figura 1 e 2 são usados para representar elementos idênticos nas Figuras 3A-3E e o leitor é referido como as descrições acima para explicação da estrutura e função de tais elementos.

[00103] A Figura 3B provê uma ampliação da seção B da Figura 3A e ilustra um primeiro elemento espaçador 150, disposto dentro do compartimento alongado de gás 110 e configurado para manter uma primeira distância mínima entre os lados opostos voltados para o gás das duas paredes verticais 114 e 116 do compartimento 110. O primeiro elemento espaçador 150 desta realização tem uma configuração do tipo rede. Em algumas realizações, o primeiro elemento espaçador 150 pode se estender através de todo o compartimento e, em algumas outras realizações, diversos elementos espaçadores separados são dispostos ao longo do compartimento 110, cada um ocupando um segmento deste.

[00104] O primeiro elemento espaçador 150 é designado para garantir uma via aberta para o fluxo de gás no compartimento de gás 110 e, em outras palavras, uma distância mínima entre as paredes opostas voltadas para o gás do compartimento de gás 110.

[00105] Como pode ser visto na Figura 3C, um segundo elemento espaçador 160 é disposto no espaço de tratamento de água 122, entre os lados opostos voltados para a água do compartimento 110. O segundo elemento espaçador 160 é configurado para manter uma segunda distância mínima entre os ditos lados opostos voltados para a água do compartimento 110 .

[00106] Em algumas realizações, o segundo elemento espaçador 160 é uma folha que tem um arranjo de encaixes sulcados 162 (a saber, cada um definindo sulcos em um lado e protrusões do outro) projetando-se em lados opostos da folha, a distância entre o plano definido pelo ápice das protrusões em um lado e que definido pelas protrusões no outro lado definindo a espessura do elemento espaçador 160. Estas protrusões que são formadas pelas partes de formação da folha (assim deixando uma depressão no lado oposto) também podem ser vistas na Figura 3E.

[00107] O segundo elemento espaçador é disposto ao longo do compartimento 110, no espaço de tratamento da água. Em algumas realizações, o segundo elemento espaçador 160 pode se estender através de todo o espaço de tratamento da água ao longo do compartimento 110 e, em algumas outras realizações, diversos elementos espaçadores separados são dispostos dentro do dito espaço, cada um ocupando um segmento deste.

[00108] O segundo elemento espaçador 160 é designado para garantir um espaço aberto para a água dentro do espaço de tratamento de água 122; e, em outras palavras, uma distância mínima entre os lados opostos voltados para a água das paredes do compartimento 110. Embora o espaço 122 possa, às vezes, se expandir, o segundo espaçador garante que o espaço entre as duas paredes verticais não seja menor que a distância mínima ditada pela largura do segundo elemento espaçador.

[00109] É observado que a estrutura e configuração do primeiro elemento espaçador 150 e segundo elemento espaçador 160 é um exemplo e não uma limitação àqueles ilustrados. Adicionalmente, o primeiro e o segundo elemento espaçador podem ter a mesma configuração ou configuração diferente, cada uma independentemente pode estar na forma de um fluxo aberto ou elemento hidráulico, tal como uma rede, ou uma folha com protrusões, tal como a folha sulcada ilustrada. Em algumas realizações, a protrusão se estende em somente uma direção a partir da folha (protrusões unilaterais) e, em algumas outras realizações, a protrusão se estende a partir da folha em duas direções opostas (protrusões bilaterais), como mostrado na Figura 3C e Figura 3E.

[00110] Como alternativa a uma folha sulcada, o espaçador pode compreender elementos tridimensionais discretos e individuais distribuídos ligados a pelo menos um lado de pelo menos uma das paredes verticais e assim manter a distância ditada pela espessura dos elementos discretos. Em algumas realizações, os elementos individuais são formados de um material de polímero, tal como uma cola quente aplicada sobre qualquer dos lados voltados para a água e/ou para o ar das paredes verticais. Em outras realizações, os elementos individuais são formados de peças, tais como discos de plástico, colocadas sobre o lado de qualquer dos lados voltado para a água e/ou para o ar da uma ou ambas as paredes verticais.

[00111] A presente revelação também provê um biorreator com pelo menos um elemento espaçador compreendendo encaixes espaçados, discretos, de fixação de superfície (elementos tridimensionais). Em algumas realizações, os encaixes espaçados estão localizados em uma membrana impermeável à água e permeável a gás como revelada aqui.

[00112] Também é revelado aqui um compartimento alongado compreendendo uma parede separando de uma via alongada interna dentro do dito compartimento e um espaço externo ao dito compartimento alongado, a parede integralmente compreendendo encaixes espaçados e discretos de um tipo descrito aqui.

[00113] Em algumas realizações, a membrana com os encaixes separados faz parte de um biorreator de um tipo descrito aqui.

[00114] Em algumas realizações, o primeiro e/ou segundo elemento espaçador são uma combinação de quaisquer das configurações espaçadoras acima. Por exemplo, o elemento espaçador pode compreender uma estrutura do tipo rede que é laminada para uma folha sulcada, etc.

[00115] A distância mínima ditada pelo primeiro elemento espaçador, como ilustrado no elemento espaçador 150, e a distância mínima ditada pelo segundo elemento espaçador, como o elemento espaçador ilustrado 160, são independentes uma da outra e pode ser a mesma ou diferentes.

[00116] A seleção do tipo e/ou largura do segundo espaçador pode depender do tipo de água a ser tratada. A seleção do tipo e/ou largura do primeiro espaçador pode depender do tipo de gás a ser introduzido no compartimento e algumas condições operacionais, tal como a pressão do gás dentro do compartimento e outros.

[00117] Ao usar os espaçadores de mesma configuração, eles são arranjados de forma que não se entrelacem, por exemplo, quando ambos os espaçadores têm protrusões, tal como os sulcos exemplificados, os espaçadores podem ser arranjados de forma que uma protrusão/sulco de um espaçador essencialmente encare uma protrusão/sulco oposto do outro espaçador, de modo a evitar o entrelaçamento das protrusões. De maneira similar, ao usar um espaçador em uma forma de uma grade ou uma rede, e o outro em uma forma de uma folha de protrusões, os espaçadores podem ser arranjados de forma que as protrusões não se encaixem nas aberturas do outro espaçador.

[00118] Os elementos espaçadores podem ser do mesmo material ou de materiais diferentes. Em algumas realizações, o elemento espaçador 150 e o elemento espaçador 160 são cada um, feitos independentemente, a partir de um material polimérico durável na água. Exemplos não limitativos de materiais poliméricos incluem polietileno de alta densidade, polietileno de baixa densidade, tereftalato de polietileno (PET), polipropileno, poliamida.

[00119] Em alguns exemplos, os espaçadores são caracterizados por terem uma força compressiva acima de 2 ton/m2, às vezes, acima de 20 ton/m2 conforme determinado pelo fabricante e testado pelos padrões conhecidos internacionalmente para atender a pelo menos dois requisitos: (i) aguentar as forças aplicadas durante o processamento e (ii) aguentar a pressão da água (principalmente aplicável aos requisitos do primeiro espaçador 150).

[00120] A Figura 3E é uma vista aumentada superior de uma parte do módulo 100 mostrando especificamente o elemento de suporte superior 140, o elemento de núcleo central 144 com saída de gás 124. Na realização exemplar das Figuras 3A-3E, o compartimento alongado 110 é enrolado sobre a estrutura de núcleo central 144.

[00121] Embora em certas realizações o primeiro e segundo elementos espaçadores sejam elementos formados separadamente, em algumas outras realizações, o primeiro ou o segundo elemento espaçador é integralmente formado por pelo menos uma das paredes verticais do compartimento 110. Às vezes, assim, a parede vertical integral é configurada para prover diversas funcionalidades: (i) impermeabilidade da água; (ii) espaçamento lateral da água; (iii) espaçamento lateral do gás; e (iv) opcionalmente a permeabilidade do gás e suporte de crescimento do biofilme. Isto pode ser alcançado, por exemplo, e sem limitação, por meio de uma membrana permeável a gás e impermeável à água tendo protrusões formadas integralmente formadas na face interna e na face externa.

[00122] De maneira similar, em algumas outras realizações, o segundo elemento espaçador é formado integralmente por pelo menos uma das paredes verticais do compartimento 110. Isto significa que pelo menos uma das paredes verticais do compartimento é configurada para prover também a distância mínima exigida a partir da sua parede oposta vertical voltada para a água. Em outras palavras, a membrana tem protrusões em um lado voltado para a água que mantêm o espaçamento a partir da parede voltada oposta. Em algumas realizações, a parede vertical espaçadora integral é configurada para prover diversas funcionalidades: (i) impermeabilidade da água; (ii) espaçamento lateral da água; (iii) opcionalmente a permeabilidade do gás e suporte ao crescimento do biofilme. Isto pode ser alcançado, por exemplo, e sem limitação, usando uma membrana permeável a gás (opcional) e impermeável à água tendo, integralmente formada nela, protrusões se estendendo para fora.

[00123] Em algumas realizações, somente uma das duas paredes verticais do compartimento é permeável a gás. Em algumas realizações, somente partes de uma ou ambas as paredes verticais são permeáveis a gás. Em ainda algumas outras realizações, uma ou ambas as paredes verticais de um compartimento são essencialmente totalmente permeáveis a gás.

[00124] A presente revelação também provê um compartimento alongado compreendendo uma parede separando de uma via alongada interna dentro do dito compartimento e um espaço externo ao dito compartimento alongado, pelo menos uma parte da parede compreendendo uma membrana permeável a gás, a dita parede compreendendo ainda encaixes espaçados se estendendo para fora a partir do dito compartimento e/ou para dentro na dita via interna.

[00125] Agora é feita referência às Figuras 4A-4C que ilustram esquematicamente um módulo com um arranjo difusor de acordo com outra realização da presente revelação. Numerais de referência semelhantes àqueles usados nas Figuras 1 a 3, aumentados em 100, são usados para identificar componentes tendo uma função similar. Por exemplo, o componente 110 na Figura 1 é um compartimento que tem a mesma função que o compartimento 210 na Figura 4A. O leitor é mencionado para a respectiva descrição acima para uma explicação da estrutura e função de tais elementos.

[00126] A realização ilustrada nas Figuras 4A-4C difere o módulo ilustrado nas Figuras 1-3 na configuração do arranjo de aeração, sendo agora provido em uma forma de um segundo compartimento alongado 226, formado entre duas paredes verticais 214’ e 216’ que são uma extensão e são integralmente formadas com as paredes 214 e 216, respectivamente.

[00127] O arranjo difusor 226 é provido com uma abertura de entrada de gás 264 e aberturas do difusor de gás espaçadas 232 na forma de aberturas formadas no lado inferior do compartimento 226, de forma que as bolhas de gás sejam descarregadas para fora das aberturas 232 no espaço de tratamento da água 222 e ascendam ao longo da face externa da parede do compartimento 210 conforme representado pela seta 233. Como pode ser visto, o arranjo difusor 226 também inclui um elemento espaçador 250’ que demonstra por ter a mesma configuração que o elemento 250 (apesar de ter uma configuração diferente).

[00128] A presente revelação também provê um compartimento alongado compreendendo uma parede separando de uma via alongada interna dentro do dito compartimento e um espaço externo ao dito compartimento alongado, o dito compartimento compreendendo uma primeira zona alongada para tratar água e uma segunda zona alongada formada integralmente, paralela à dita primeira zona alongada que é configurada para descarregar o gás para as faces do compartimento alongado na dita primeira zona alongada.

[00129] As Figuras 5A-5C ilustram um módulo de tratamento de água, de acordo com outra realização da presente revelação. Para simplicidade, os numerais de referência semelhantes àqueles usados nas Figuras 1 a 3, aumentados em 200, são usados para identificar componentes tendo uma função similar. Por exemplo, o componente 110 na Figura 1 é um compartimento que tem a mesma função que o compartimento 310 na Figura 5A. O leitor é mencionado para as partes relevantes desta descrição para explicação da estrutura e função.

[00130] As características únicas do módulo 300 desta revelação são os difusores no arranjo difusor que são vistos na Figura 5B e em mais detalhes na Figura 5C. Este arranjo difusor, como será mais explicado abaixo, é operativo para descarregar gás em pulsos (agindo como um difusor de descarga de pulsação). A maneira de operação é esquematicamente ilustrada na Figura 5D.

[00131] O arranjo difusor 326 desta realização inclui um elemento vazado invertido alongado 368 que tem uma extremidade superior vedada 370 (vide Figura 5B) com uma pluralidade de aberturas 34 e um fundo aberto. Como pode ser melhor visualizado na Figura 5C, o elemento 368 é formado entre um painel sulcado 374 que tem uma pluralidade de depressões 375 e a parte inferior da parede vertical 316 do compartimento de gás 310. Os recessos alongados também são formados em painel 374, incluindo um primeiro recesso alongado horizontal 376A e três recessos alongados verticais incluindo um segundo recesso 376B que se estende de cima para baixo no painel sulcado 374, terceiro recesso 376C que se estende para cima a partir da extremidade da depressão 376A e termina abaixo da extremidade superior do painel 370 e o quarto recesso 376D que se estende para baixo a partir da extremidade superior do painel 370 em direção à parte média do primeiro recesso 376A, mas termina acima dele. A profundidade da depressão e dos recessos alongados bem como a largura da parede que define a extremidade superior 370 são todas substancialmente as mesmas e consequentemente as depressões e os recessos se apoiam na parede 316 e são aderidos às partes opostas da parede 316. Através de tal aderência, uma câmara de líquido/gás 378 com um fundo aberto é definida entre dois recessos consecutivos 376B que é ligado através de um conduto geralmente em formato de U 3 80 que inclui um segmento de conduto descendente 380D e um segmento de conduto ascendente 380U que termina na abertura 334. A parte inferior da parede 316 inclui uma pluralidade de aberturas 3 82 que abrem cada uma em uma das câmaras 3 78 permitindo que o gás do compartimento 310 entre na câmara 378 através do seu fundo aberto, para preencher a câmara e sair dali para evacuar a câmara. Por meio da ação da pressão do gás entrando através das aberturas 382, o gás será liberado para fora das aberturas 334 de maneira pulsante, como será lustrado abaixo com referência à Figura 5D.

[00132] A maneira da operação do arranjo difusor desta realização é ilustrada na Figura 5D. Primeiramente (etapa 1), a câmara 378 é preenchida com água, entrando pelo fundo aberto. Igualmente, ambos os segmentos do conduto 380 (mostrados pelo segmento 380D e 380U) também são preenchidos com água entrando pela abertura 334. No entanto, a pressão do gás (através das aberturas 382; não mostrada nesta Figura), representada pelas setas descendentes exerce uma força de deslocamento sobre a água dentro da câmara e no conduto 380 (etapas 2). Seguindo uma fase limite, na qual o nível da água alcança o nível inferior do segmento de conduto 380U (etapa 3), toda a água é drenada do conduto e então o gás da câmara 378 pode fluir para fora através da abertura 334 em uma explosão que drena o gás da câmara (etapa 4) , permitindo o retorno do líquido, como representado pelas setas ascendentes, até retornar para a etapa original (etapa 5).

[00133] A Figura 6 é uma ilustração esquemática de um arranjo difusor de outra realização que, apesar de estruturalmente diferente, opera em uma maneira funcionalmente similar àquela das Figuras 5A-5D. O arranjo difusor, geralmente designado 402, é parte de um módulo 400 e inclui uma câmara de gás/líquido 478 que tem um fundo aberto e é ligada a uma fonte de ar pressurizado 406. É formado dentro da câmara 478 um primeiro conduto geralmente vertical direcionado para cima 480D que é funcionalmente equivalente ao tubo descendente 380D e define um espaço cilíndrico 404 acomodando um segundo conduto geralmente vertical 480U que é funcionalmente equivalente ao tubo ascendente 380U e está em comunicação fluida com a cabeça do difusor 438 que nesta realização inclui dois arranjos cruzados de aberturas (Figura 6B), mas também pode ter um grande número de outras configurações.

[00134] A partir de um ponto de vista operacional, inicialmente a câmara de gás/líquido 478, o espaço cilíndrico 404 definido pelo primeiro conduto geralmente vertical 380D e o segundo conduto geralmente vertical 480U é preenchido com água. Então, a pressão do gás exerce uma força de deslocamento da água que causa a diminuição se o nível de água na câmara de gás/líquido 478 e, ao mesmo tempo, empurrando a água para baixo no primeiro conduto geralmente vertical 480D e no segundo conduto geralmente vertical 380D que sai pelos difusores 438. Uma vez que o primeiro conduto geralmente vertical 480D e o segundo conduto geralmente vertical 480U são drenados de água, a comunicação descendente do gás no primeiro conduto geralmente vertical 480D e ascendente no segundo conduto geralmente vertical 480U, assim, estabelecida provoca uma explosão de descarga de gás fora da cabeça do difusor 434. Esta explosão drena o gás fazendo com que a água entre novamente e reinicie o ciclo operacional.

[00135] Agora com relação às configurações alternativas do módulo revelado aqui, é feita referência às Figuras 7A-7B provendo uma ilustração perspectiva esquemática de um módulo 500 de acordo com outra realização. Para simplicidade, os numerais de referência semelhantes àqueles usados na Figura 3A, aumentados em 400 são usados para identificar componentes tendo uma função similar. Por exemplo, o componente 110 na Figura 2 é um compartimento de gás que tem a mesma função que o compartimento de gás 510 nas Figuras 7A-7B.

[00136] As Figuras 7a e 7B ilustram um módulo 500 com a entrada de gás 512 e a saída de gás 524, elemento de suporte superior 540 e o elemento de suporte inferior 542 e um arranjo difusor 526 com uma pluralidade de bicos de descarga de gás dispersados ao longo de todo o comprimento do tubo (não mostrado) . O compartimento de gás 510 está em uma configuração de enrolamento (ziguezague) de vai e vem, em vez da configuração concêntrica espiral descrita acima.

[00137] Em algumas realizações, o compartimento 510 está enrolado sobre ou em volta dos elementos verticais 543 de uma estrutura de suporte 540.

[00138] Em algumas realizações, o compartimento 510 tem diversas entradas de gás, similares à entrada de gás 512 ao longo do seu comprimento, e diversas saídas de gás, como saída de gás 524, a fim de reduzir a queda de pressão ou perdas de carga. No mesmo ponto ao longo do comprimento do compartimento alongado 510, há uma saída (não ilustrada) para descarga da água condensada e vazamentos. Por outro lado, este módulo opera funcionalmente de maneira similar aos módulos de tratamento da água de outras realizações descritas acima.

[00139] Em algumas realizações, o módulo forma uma parte de um biorreator, em que um ou mais dos módulos revelados são colocados dentro de um ambiente de água, por exemplo, tanque, lago, comporta de água, etc., como mais detalhado com relação às Figuras 9A e 9B abaixo.

[00140] As Figuras 8A-8B são ilustrações esquemáticas de um biorreator e a Figura 8C é uma ilustração esquemática de um arranjo de biorreatores descritos aqui dentro de um sistema compreendendo uma pluralidade de biorreatores de um tipo ilustrado nas Figuras 8A e 8B, o arranjo de biorreatores estando em comunicação fluida por meio da ajuda dos canos interconectores.

[00141] Especificamente, como pode ser visto nas Figuras 8A e 8B, o módulo 600, que é uma pilha de dois conjuntos de compartimentos enrolados 610 empilhados um sobre o outro, com um elemento de suporte superior 640, elemento de suporte inferior 642 e elemento de suporte intermediário 641, bem como um arranjo difusor 626.

[00142] Cada módulo 600 está alojado dentro de um respectivo tanque 602 incluindo uma tampa de tanque 602’ que é configurada para reter a água a ser tratada e o módulo 600 submerso na água. O elemento de suporte superior é ligado ao tanque 602 e à tampa do tanque 602’ através de elementos de fixação 645. O tanque 602 compreende entrada de água 605 a saída de água tratada 606.

[00143] Em algumas realizações, como também ilustrado nas Figuras 8A-8C, cada tanque 602 é equipado ainda com uma comporta de coleta de água 608, localizada em uma parte superior do tanque 602 e configurada para coletar a água pura tratada de um nível superior da água dentro do tanque 602. Em algumas realizações, a comporta 608 tem um formato de uma calha perfurada permitindo que somente água entre na comporta. Operacionalmente, o tanque 602 mantém biomassa e descarrega a água tratada e purificada através do transbordamento da água purificada na comporta 608 nos períodos operacionais quando o arranjo difusor está inativo (isto é, entre os eventos de mistura) e a biomassa é permitida a se estabilizar pelo menos parcialmente no tanque 602. A água na comporta 608 é direcionada para a saída de água tratada no fundo da comporta. Periodicamente, tipicamente também entre os eventos de mistura pelo arranjo difusor, a biomassa estabilizada pode ser descartada do tanque 602 através da saída de descarga da biomassa (não mostrada). A biomassa descarregada pode então ser recirculada no biorreator ou para um biorreator diferente ou coletada para uso futuro.

[00144] A presente revelação também provê um biorreator para o tratamento de água compreendendo um espaço de tratamento de água e uma comporta formada integralmente (câmara) em uma parte superior do dito espaço de tratamento de água, a dita comporta configurada para receber a água tratada purificada e para descarregar a dita água tratada purificada do biorreator. Em algumas realizações, a comporta integralmente formada é operável para descarregar a água tratada quando a água no espaço de tratamento da água está em descanso (isto é, essencialmente sem mistura ou turbulência na água).

[00145] Um biorreator conforme revelado aqui também pode, ou como uma alternativa à comporta 608, ser equipado com um tanque de separação de sólido-líquido (por exemplo, purificador) para receber a água tratada descarregada que inclui sólidos suspensos e para remover sólidos da dita água tratada. Especificamente, e como também ilustrado na Figura 12B, a água tratada tendo nela sólidos suspensos é descarregada (através da saída de descarga da água tratada) em uma unidade dedicada de separação de sólido da água (“purificador”). A biomassa coletada pode ser recirculada em um biorreator ou coletada para uso futuro enquanto a água tratada e purificada é coletada.

[00146] Além disso, um biorreator como revelado aqui pode compreender um ou mais sensores para detectar um ou mais parâmetros de tratamento indicativos da qualidade da água dentro do dito tanque. Os sensores podem ser de qualquer tipo conhecido ou necessário para ser usado no monitoramento e garantia da qualidade da água. Estes incluem qualquer um e qualquer combinação de sensores de pH, sensores de potencial redução da oxidação (ORP), sensores de oxigênio dissolvido, sensores de densidade óptica (sensores de turvação), sensores químicos (por exemplo, para determinar o nível de compostos contendo N incluindo nitrato ou amônia) e sensores potenciométricos, etc. Tipicamente, mas não exclusivamente ou obrigatoriamente, os sensores seriam localizados em um ponto de saída da água tratada, de forma a monitorar a qualidade da água tratada. Em uma realização, o parâmetro monitorado é usado na operação de controle de um ou mais elementos do biorreator. Em algumas realizações, com base nos dados recebidos de um ou mais sensores, a operação do arranjo difusor pode ser manipulada. Por exemplo, a frequência de mistura e/ou duração da mistura causadas pelo arranjo difusor podem ser aumentadas como uma resposta a qualquer indicação para declínio na qualidade do efluente.

[00147] Além disso, o biorreator pode compreender uma pluralidade de módulos. Em uma realização, dois módulos são empilhados um sobre o outro de maneira similar àquela ilustrada nas Figuras 8A-8B.

[00148] Em algumas realizações, múltiplos tanques de tratamento, cada um contendo um ou mais módulos, por exemplo, de um tipo ilustrado em quaisquer das Figuras 1 a 3 ou 8A e 8B são arranjados para serem conectados em série para formar um arranjo acima dos tanques de tratamento e um arranjo abaixo dos tanques de tratamento, em que os módulos em cada arranjo são todos conectados em paralelo. A água a ser tratada primeiro entra e é tratada pelo arranjo acima dos módulos após o qual é transferida para o arranjo abaixo dos módulos.

[00149] O biorreator revelado aqui também pode ser parte de um sistema de tratamento de água 601 (usina de tratamento de água) tal como aquele esquematicamente ilustrado na Figura 8C (partes da tampa de um biorreator foram removidas para mostrar os elementos internos) que inclui uma multiplicidade de biorreatores 602 do tipo ilustrado nas Figuras 8A-8B. O conduto de água de alimentação 692 fornece água a ser tratada para cada um dos biorreatores e a água tratada é descarregada através do conduto de descarga de água 693. O gás, por exemplo, ar, para os compartimentos de gás é fornecido através de um primeiro conduto de gás 694, e os arranjos difusores recebem gás, tipicamente ar, através do segundo conduto de gás 695, ambos os condutos de gás são alimentados com o respectivo gás usando o soprador GB1 e o soprador GB2. A operação do sistema é controlada por meio de um módulo de controle 696.

[00150] As Figuras 9A-9C ilustram um sistema de outra realização que faz uso, como pode ser visto nas Figuras 9A-9B, dos módulos de tratamento de água do tipo mostrado nas Figuras 7A-7B e elementos similares àqueles usados nas Figuras 7A-7B são usados para elementos similares. O próprio sistema, ilustrado na Figura 9C, inclui uma série superior de biorreatores empilhados sobre uma série inferior de biorreatores, mas de outra maneira é funcionalmente similar ao sistema das Figuras 8A-8C além do fato de que os sistemas de condutos são duplos, um para cada série de biorreatores. Desta forma, numerais de referência similares àqueles usados na Figura 8C são usados para elementos funcionalmente equivalentes do sistema de conduto com um “A” para os elementos inferiores e “B” para os elementos superiores (por exemplo, condutos de água 692A e 692B).

[00151] Em uma realização alternativa, um sistema de acordo com a presente revelação pode compreender uma pluralidade de módulos submersos juntos dentro de um único tanque como mostrado na ilustração exemplar das Figuras 10A e 10B. Para simplicidade, os numerais de referência semelhantes àqueles usados nas Figuras 8A e 8B são usados para identificar componentes que têm uma função similar.

[00152] A Figura 10A ilustra esquematicamente outra realização de um único módulo submersível 600 compreendendo dois compartimentos de gás 610 em um arranjo similar àquele ilustrado na Figura 8A. Os elementos do módulo 600 montados com um elemento estabilizante 697 também são conectados aos elementos de suporte 640 e 642 (não vistos na Figura 10A) . O elemento estabilizante 697 é tipicamente construído para reter os módulos submersos no lugar e provê- los com peso suficiente de forma estabilizar toda a estrutura dentro do ambiente da água. Alternativamente, os módulos submersíveis podem ser mecanicamente ligados ao fundo do tanque por meio de meios mecânicos, tal como âncoras de parafuso, ganchos, cabides e parafusos.

[00153] A Figura 10B ilustra esquematicamente uma seção de uma realização de uma multiplicidade de módulos da Figura 10A submersos dentro de um tanque mútuo 602. Também são ilustrados na Figura 10B a entrada de água de alimentação 605, saída de descarga de lama estabilizada 611, saída de água tratada 606, através da comporta 608, a descarga da água tratada sendo controlada pela válvula de descarga 606’, a válvula estando em uma configuração fechada durante a operação do arranjo difusor.

[00154] As Figuras 11A e 11B proveem um módulo (Figura 11A) e sistema (Figura 11B) similares àqueles ilustrados nas Figuras 10A e 10B, respectivamente, embora de um tipo ilustrado nas Figuras 7A-7B. O conjunto de módulos é colocado em um único tanque 602, cada uma sendo mantido no lugar com a ajuda do elemento estabilizante 697.

[00155] Como pode ser percebido pelos técnicos no assunto, o módulo, biorreator e/ou sistema revelados aqui podem ser construídos e operados para tratar água em combinação com outros tipos de módulos, biorreatores e/ou sistemas. Em algumas realizações, um sistema compreendendo uma pluralidade de módulos ou biorreatores como revelado aqui pode ser usado para prover uma primeira etapa ou como uma etapa de tratamento subsequente da água em combinação com um ou mais outros tipos de módulos de tratamento de água. Em outras palavras, os sistemas da presente invenção podem ser instalados acima e/ou abaixo dos sistemas de tratamento de água como parte de uma usina de tratamento de água completa. Sem estar limitado a isto, os módulos, biorreator e/ou sistema como revelados aqui podem ser operados em combinação com um sistema como revelado na Publicação de PCT No WO/11073977, o conteúdo da qual está incorporado neste como referência. Geralmente, o documento de patente WO/11073977 descreve um sistema com um compartimento enrolado espiralmente similar ao compartimento de gás revelado aqui, que é destinado a reter e canalizar a água e dar suporte ao crescimento de biofilme dentro dele.

[00156] O módulo, biorreator e/ou sistema revelados aqui podem ser configurados para tratar diversos tipos de água usando tipos de gases respectivamente diferentes. A seguir, ao referir-se a um sistema, este deve ser entendido como se referindo similarmente ao módulo ou um biorreator mutatis mutandi. Alguns métodos exemplares de tratamento da água fazendo uso de um sistema revelado aqui são descritos com referência aos fluxogramas ilustrados nas Figuras 12A-12C e nas Figuras 13A-13C aqui abaixo. Para simplicidade, os mesmos números de referência são usados nas Figuras 12A-12C e as Figuras 13A-13C para representar elementos idênticos.

[00157] Geralmente, o sistema é configurado para realizar o tratamento de água por meio da realização das etapas do método geral a seguir:

[00158] - introdução de gás no compartimento de gás ;

[00159] - introdução de água a ser tratada em um biorreator;

[00160] - operação do arranjo difusor (continuamente ou periodicamente ou por necessidade) para introduzir fluxos de gás na água mantida dentro do biorreator;

[00161] - coleta da água tratada.

[00162] Em algumas realizações, o gás introduzido no compartimento de gás é ar. Em algumas outras realizações, o gás introduzido no compartimento de gás é ar enriquecido com oxigênio, outra mistura de gás contendo oxigênio ou metano ou uma mistura de gás contendo metano.

[00163] Em algumas realizações, o sistema é operado em um modo de lote, a saber, um lote de água é introduzido no(s) biorreator(es) e a água tratada é coletada, uma vez que a água tenha alcançado a qualidade desejada (a qualidade desejada sendo dependente da necessidade particular da água e é tipicamente a priori determinada em uma base de caso a caso) . Ao operar em um modo de lote, uma vez que a água tratada alcança critérios de qualidade predefinidos, a água tratada é coletada, tipicamente através de uma saída de água tratada. Critérios de qualidade predefinidos podem variar, dependendo do tipo de água, do uso definido da água tratada (por exemplo, para beber, para irrigação, para indústria, etc.), da etapa de tratamento, por exemplo, quando o sistema é parte de uma usina de tratamento de água incluindo uma combinação de sistemas de tratamento de água, etc.

[00164] Em algumas outras realizações, o sistema é operado em um modo contínuo em que a água é continuamente introduzida em um biorreator a partir de um local e é descarregada de outro local do(s) biorreator(es).

[00165] Em ainda algumas outras realizações, o sistema é operado de forma que a água a ser tratada é alimentada em um modo essencialmente contínuo enquanto a água tratada é periodicamente descarregada. A descarga da água tratada é interrompida durante a operação do arranjo difusor e, assim, a mistura da água dentro do tanque também é interrompida.

[00166] Em algumas realizações, o arranjo de gás é operado periodicamente. Como exemplo, o arranjo difusor pode ser operado regularmente 10-20 segundos a cada 5-20 minutos. Adicionalmente ou alternativamente, o arranjo difusor pode ser operado sob demanda, por exemplo, para permitir a lavagem do acúmulo de excesso de biofilme na membrana ou melhorar a qualidade da água tratada quando tal acúmulo ou deterioração da qualidade da água é detectada (por exemplo, usando sensores dedicados, tais como ORP ou DO) e/ou quando há uma necessidade de causar turbulência na água sendo tratada e, assim, misturar os sólidos suspensos. Em algumas outras realizações, o arranjo difusor é operado continuamente.

[00167] Agora com relação aos exemplos não limitativos de uso de um biorreator, de acordo com algumas realizações da presente revelação, as Figuras 12A-12C, cada uma, ilustram esquematicamente o fluxograma do processo explicando etapas sequenciais para tratar a água nitrificada usando metano como um gás doador de elétron (gás de desnitrificação) dentro do compartimento de gás, de acordo com uma realização da presente revelação. No contexto da presente revelação, ao fazer referência à “água nitrificada” esta deve ser entendida como água contendo nitrogênio e especificamente a água contendo compostos de óxido de nitrogênio dissolvido, mais especificamente nitrato e nitrito. Em algumas realizações, a água nitrificada também é caracterizada pela baixa concentração de matéria orgânica.

[00168] A água nitrificada pode ser acoplada à oxidação anóxica de metano para assim produzir dióxido de carbono, gás de nitrogênio e água de acordo com as séries a seguir de reações químicas:

[00169] CH4 + 4NO3- ^ CO2 + 4NO2- + 2H2O

[00170] 3CH4 + 8NO2- + 8H+ ^ 3CO2 + 4N2 + 10H2O

[00171] Para esta finalidade, o gás metano é alimentado no compartimento de gás.

[00172] O gás contendo metano pode ser obtido a partir de diversas fontes. Em alguns exemplos, o gás contendo metano é um biogás derivado dos reatores anaeróbicos, por exemplo, a partir de um digestor anaeróbico empregado nas unidades de tratamento de água residual biológica (esgoto).

[00173] De acordo com uma realização ilustrada na Figura 12A, um biorreator 610 de um tipo ilustrado aqui recebe água nitrificada. Um gás contendo metano (“biogás rico em metano”) é continuamente soprado dentro dos compartimentos de gás, e o gás exaurido de metano é descarregado a partir da saída do compartimento de gás.

[00174] A mistura é realizada periodicamente, por meio do ar pressurizado sendo introduzido através do arranjo difusor, e é ejetada nos espaços de tratamento de água entre as paredes do compartimento de gás enrolado espiralmente, também provendo a lavagem do biofilme dos lados voltados para a água do compartimento de gás. Um biofilme que se desenvolve sobre a superfície externa das paredes verticais do compartimento de gás e é operativo para oxidar o gás metano que se espalha pela membrana usando os óxidos de nitrogênio na água, assim, reduzindo os óxidos de nitrogênio na água (desnitrificando a água).

[00175] De acordo com ainda outra realização sendo ilustrada na Figura 12B, um biorreator 610 operado de maneira similar àquela descrita com relação à Figura 12A é configurado para receber a água nitrificada a partir de um Tanque de Aeração. A água residual, incluindo sólidos suspensos, material orgânico e amônia, é primeiro alimentada ao Tanque de Aeração onde (i) o material orgânico é oxidado por meio da ajuda do ar aerado dentro do Tanque de Aeração (ii) a amônia é oxidada em nitrato para assim prover água nitrificada que entre, com sua lama, no biorreator 610, onde a água nitrificada passa por desnitrificação. Também é ilustrado na Figura 12B um Purificador abaixo do biorreator 610 construído e operado para receber a água tratada e onde os sólidos na água tratada são deixados para se estabilizarem no fundo do Purificador e somente então a água tratada livre de sólidos (“efluente desnitrificado”) é coletada em um coletor de água (desnitrificada) tratada (por exemplo, tanque, tubulação, etc.). Pelo menos parte da lama coletada no Purificador é transferida para uma unidade de descarga da lama.

[00176] Os dispositivos de estabilização de sólido (purificadores) são conhecidos na técnica e às vezes incluem um dique de formato cônico com uma descarga de lama no fundo deste, enquanto a água é descarregada (transborda) de uma saída localizada (em um local superior) acima da descarga de lama.

[00177] A água tratada saindo do biorreator 610 é recebida por um Purificador para separação de sólido-líquido subsequente no purificador. Às vezes, parte da lama do Purificador é transferida (circulada ou recirculada) a um Tanque de Aeração onde é misturada com água a ser tratada como descrito acima. Notavelmente, o retorno da lama do Purificador é biomassa ativa que trata a água no Tanque de Aeração. Então, esta é separada da água no purificador, a fim de descarregar a água limpa e a fim de reter os sólidos ativos no sistema.

[00178] Considerando o acima, a presente revelação também provê um método de tratamento de água compreendendo (i) submersão em água nitrificada de um compartimento alongado compreendendo uma parede separando de uma via alongada interna dentro do dito compartimento e espaço de tratamento de água nitrificada externo ao dito compartimento alongado, a parede compreendendo uma membrana impermeável à água e permeável ao metano; e (ii) fluxo do gás metano dentro da dita via alongada interna.

[00179] Em algumas realizações, o gás metano espalha-se no espaço de tratamento de água nitrificada para participar da reação de oxirredução das espécies de óxido de nitrogênio na água nitrificada.

[00180] Em algumas realizações, o gás metano é um biogás derivado dos reatores anaeróbicos.

[00181] A Figura 12C provê um fluxograma de processo esquemático ilustrando etapas sequenciais fazendo uso de um sistema de um tipo ilustrado na Figura 8C para tratar a água residual similar àquele exemplificado na Figura 12B. Nesta realização, a água descarregada do biorreator 610, contendo materiais orgânicos dissolvidos sendo produzidos como um resultado da oxidação de biofilme de gás metano também introduzido no biorreator, é alimentada em um Tanque de Aeração para enriquecer a água a ser tratada com uma fonte de carbono que dá suporte e promove a desnitrificação no Tanque de Aeração. A água desnitrificada incluindo sólidos suspensos é então submetida à remoção de sólidos em um Purificador a partir do qual os sólidos são removidos ou para uma unidade de descarga de lama ou são devolvidos para o Tanque de Aeração. A água tratada (purificada) é descarregada para a saída de Efluente Desnitrificado com, às vezes, pelo menos uma parte desta sendo transferida/circulada para o biorreator 610, para uso posterior. A água da qual os sólidos foram removidos ou é introduzida no biorreator 610 ou é coletada como efluente desnitrificado. Às vezes, a água saindo do biorreator 610 pode ser retransferida para o Tanque de Aeração.

[00182] Às vezes, e embora não ilustrado, o metanol, acetato ou outras fontes de matéria orgânica biodegradável disponível no mercado podem ser usada para facilitar o processo de desnitrificação anóxico. Além disso, às vezes, o gás contendo metano pode ser recebido como biogás de um reator anaeróbico, por exemplo, a partir de um digestor de lama, tratando o excesso de lama de um processo de tratamento de água residual biológica.

[00183] As configurações operacionais acima solucionam os problemas dos recursos insuficientes (doadores de elétron) para desnitrificação para os níveis exigidos pelas regulamentações. Uma solução comum para tal falta de recursos é comprar metanol ou um acetato ou um material orgânico biodegradável solúvel diferente a ser alimentado para uma parte de desnitrificação anóxica do processo de tratamento biológico. O processo ilustrado nas Figuras 12A- 12C permite um processo de desnitrificação mais eficiente devido ao fornecimento contínuo das espécies doadoras de elétrons exigidas.

[00184] Segue-se a partir do acima exposto que a presente revelação também provê método para produção da solução contendo composto orgânico. O método compreende (i) submersão em água de um compartimento alongado compreendendo uma parede separando de uma via alongada interna dentro do dito compartimento e espaço de tratamento de água externo ao dito compartimento alongado, a parede compreendendo uma membrana impermeável à água e permeável ao metano; (ii) fluxo do gás metano dentro na dita via alongada interna; e (iii) transferência da água tratada para um tanque de lama ativada onde a solução contendo composto orgânico é produzida.

[00185] Em algumas realizações, o método compreende descarregar o ar (ou qualquer outro gás incluindo pelo menos espécies contendo oxigênio) no dito espaço de tratamento da água. O biofilme oxida o metano na presença das espécies contendo oxigênio introduzidas na água e produz, entre outros, compostos orgânicos na solução. Os compostos orgânicos podem ser, por exemplo, metanol, acetato, butirato, etc. Esta solução pode então ser usada como solução doadora de elétron nos processos de desnitrificação, tal como aqueles aqui descritos. Em algumas realizações, o gás metano é um biogás derivado dos reatores anaeróbicos.

[00186] Agora com relação à Figura 13, é provido um diagrama do fluxo de processo ilustrando as etapas operacionais para o tratamento aeróbico da água, de acordo com ainda outra realização da presente revelação, e fazendo uso do biorreator 610 de um tipo ilustrado na Figura 8C. Neste exemplo, são particularmente ilustrados elementos de monitoramento e controle. A água a ser tratada é introduzida no biorreator 610 com o compartimento de gás sendo alimentado com gás contendo oxigênio usando o soprador GB. A operação do soprador GB é controlada pelo Controlador que controla a duração na qual o soprador GB está ativo (T1) ou fechado (T2) e desta forma o gás é difundido no biorreator 610 através de seu arranjo difusor (não ilustrado). Os períodos de tempo T1 e T2 são determinados para prover, entre outros, um equilíbrio entre a mistura da matéria suspensa na água, lavagem suficiente/eficaz das paredes do compartimento e estabilização da lama no biorreator. Como percebido, T1 e T2 podem ser adaptados durante a operação do sistema, de acordo com a necessidade, e esta adaptação pode ser controlada pelo Controlador.

[00187] A Figura 13 também ilustra um módulo identificador de fluxo “FI” possibilitando o monitoramento do fluxo de água a partir de uma fonte de água para o sistema, e um módulo indicador de qualidade “QI” incluindo um ou mais sensores para detectar a qualidade da água tratada existente no biorreator 610. Os sensores podem prover o Controlador com dados incluindo parâmetros indicativos de qualquer concentração de íon de amônia, concentração de COD, posição da redução de oxidação (ORP), turvação, etc. conforme descrito acima. O Controlador recebe os dados e é configurado para pelo menos causar uma mudança em qualquer de T1 e T2, por exemplo, aumentando T1 e/ou diminuindo T2 em resposta a qualquer indicação de declínio na qualidade do efluente.

[00188] É ilustrada ainda na Figura 13 uma válvula que pode estar em uma configuração aberta ou fechada conforme ditado pelo Controlador e, em algumas realizações, está fechada quando o soprador GB está ativo.

[00189] Finalmente, segue-se o acima que a presente revelação também provê um método para determinação da programação de aeração da água durante o tratamento da água, o método compreende o recebimento de dados relacionados à qualidade da água e modificação da programação de difusão/descarga de gás, de acordo com os ditos dados. Em algumas realizações, os ditos dados são recebidos a partir de um indicador de qualidade de um tipo descrito aqui. Em algumas realizações, a programação de aeração compreende a duração das aerações do arranjo difusor de gás de um tipo descrito aqui.

Claims (17)

1. MÓDULO DE TRATAMENTO DE ÁGUA (100, 300, 500,600), compreendendo:pelo menos um compartimento de gás alongado (110; 210; 310; 510; 610) compreendendo uma entrada de gás (112,512) e duas paredes verticais (114; 116; 214; 216; 314; 316),pelo menos uma parede vertical compreendendo uma membrana impermeável à água e permeável a gás tendo um lado voltadopara a água (114a, 116a) e um lado voltado para o gás (114b,116b), as duas paredes verticais tendo uma extremidade superior (118) e uma extremidade inferior (120), as duas paredes verticais sendo vedadas longitudinalmente na extremidade superior (118) e na extremidade inferior (120), e separando a água externa ao dito compartimento e o gás dentro do dito compartimento, o compartimento de gás (110; 210; 310; 510;610) estando em uma configuração enrolada ou dobrada para assim definir uma via horizontal corrugada e um ou mais espaços para tratamento da água (122) formado entre os lados opostos voltados para água do compartimento; eum arranjo difusor (126; 226; 326; 402; 526; 626)compreendendo difusores de gás configurados para introduzir um fluxo de gás em um ou mais espaços de tratamento da água paracausar a mistura da água no mesmo, sendo que os difusores de gás (132) compreendem aberturas de liberação de gás (134; 232;334) que são posicionadas abaixo de um ou mais espaços de tratamento de água (122);o dito módulo de tratamento de água, caracterizado por compreender uma estrutura de reforço que inclui um elemento de suporte superior (140, 540, 640), e um elemento de suporteinferior (142, 542, 642) que são conectados a uma parte superior e uma parte inferior do dito compartimento e configurado para manter o compartimento em sua configuração de via horizontal corrugada pretendida quando submerso na água, o dito elemento de suporte inferior (142, 542, 642) sendoestruturado como uma malha para possibilitar a passagem de ar a partir do dito arranjo difusor para todo um ou mais espaços de tratamento da água, assim como a passagem de água nos um ou mais espaços de tratamento da água.

2. MÓDULO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um ou mais primeiros elementos espaçadores (150) dispostos dentro do dito compartimento alongado de gás (110; 210; 310; 510; 610) e configurados paramanter uma primeira distância mínima entre os lados opostos voltados para o gás (14b, 16b) das duas paredes verticais e umou mais segundos elementos espaçadores (160) dispostos dentrodo um ou mais espaços de tratamento (122) para manter uma segunda distância mínima entre os ditos lados opostos voltados para água (114a, 116a).

3. MÓDULO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por qualquer dos um ou mais elementos espaçadores (150, 160) compreenderem elementos tridimensionais individuaise discretos distribuídos ligados a pelo menos um lado de pelo menos uma das paredes verticais (114, 116) e configurados paramanter uma distância ditada pela espessura dos elementos discretos.

4. MÓDULO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelas ditas duas paredes verticais serem integralmente formadas em uma manga alongada e pela dita manga alongada ser enrolada em uma espiral.

5. MÓDULO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela membrana compreender um tecido polimérico não tecido formado a partir de uma primeira extrusão de folha polimérica revestida ou laminada com uma segunda camada polimérica voltada para água.

6. MÓDULO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos um difusor de gás (132) tendo:um primeiro conduto geralmente vertical, segundo conduto geralmente vertical e uma câmara de gás/líquido (378, 4 7 8);o primeiro conduto estando em comunicação de gás na sua parte superior com uma ou mais aberturas de gás e estando em comunicação fluida na sua parte inferior com o segundo conduto;o segundo conduto estando em comunicação fluida na sua parte superior com a câmara de gás/líquido (378, 478); ea câmara de gás/líquido (378, 478) tendo uma parte superior vedada, estando em comunicação de gás com uma fonte de gás em uma pressão suficiente para deslocar líquido para fora da dita câmara e pelo menos uma abertura na sua parte inferior para uma fonte de líquido.

7. MÓDULO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela dita configuração enrolada ser uma espiral e o módulo compreender um tubo vertical central (144) configurado para receber a dita água e o canalizá-la para o um ou mais espaços de tratamento da água.

8. BIORREATOR (610), caracterizado por compreender um tanque de tratamento de água (602) com uma entrada de alimentação de água e uma saída de água tratada e um ou mais módulos, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

9. BIORREATOR, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender um tanque de separação para receber a água tratada e para remover os sólidos suspensos da dita água tratada.

10. BIORREATOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado por compreender, em uma parte superior do dito tanque de tratamento, uma comporta represa (608) configurada para receber a água tratada essencialmente livre de sólidos suspensos e comunicando a água tratada para a saída de água.

11. BIORREATOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado por compreender uma câmara de tratamento da água em que a dita membrana permeável a gás e impermeável a água serem dispostas e uma segunda câmara integralmente formada dentro do dito biorreator de água, a segunda câmara configurada para receber água a ser tratada e comunicar a dita água para a câmara de tratamento de água.

12. MÉTODO PARA TRATAMENTO DE ÁGUA, compreendendo:- a introdução da água em um ou mais espaços de tratamento da água (122) de um biorreator (610) compreendendo um tanque de tratamento de água (602) com uma entrada de alimentação de água (605) e uma saída de água tratada e um ou mais módulos de tratamento da água (100; 300; 500; 600), o módulo de tratamento da água compreendendo:pelo menos um compartimento alongado de gás (110;210; 310; 510; 610) compreendendo uma entrada de gás (112; 512) e duas paredes verticais (114; 116; 214; 216; 314; 316), pelo menos uma parede vertical compreendendo uma membrana impermeável à água e permeável a gás tendo um lado voltadopara água (114a; 116a) e um lado voltado para o gás (114b;116b), as duas paredes verticais tendo uma extremidade superior (118) e uma extremidade inferior (120), as duas paredes verticais sendo vedadas longitudinalmente na extremidade superior (118) e na extremidade inferior (120), e separando água externa ao dito compartimento e gás dentro do dito compartimento, o compartimento de gás (110; 210; 310; 510;610) estando em uma configuração enrolada ou dobrada para assim definir uma via horizontal corrugada e um ou mais espaços de tratamento de água (122) formados entre os lados opostos voltados para água (114a, 116a) do compartimento; eum arranjo difusor (126; 226; 326; 402; 526; 626)compreendendo difusores de gás (132) configurado para introduzir um fluxo de gás em um ou mais espaços de tratamento da água para causar a mistura da água no mesmo, sendo que os difusores de gás (132) compreendem aberturas de liberação de gás (134; 232; 334) que são posicionadas abaixo do um ou maisespaços de tratamento de água (122);o dito módulo de tratamento de água caracterizado por:- o módulo compreender uma estrutura de reforço que inclui um elemento de suporte superior (140, 540, 640), e umelemento de suporte inferior (142, 542, 642) que são conectadosa uma parte superior e uma parte inferior do dito compartimento e configurado para manter o compartimento em sua configuração de via horizontal corrugada pretendida quando submerso na água, o dito elemento de suporte inferior (142, 542, 642) sendoestruturado como uma malha para possibilitar a passagem de ar do arranjo difusor (126) para todo um ou mais espaços de tratamento da água, assim como a passagem de água nos um ou mais espaços de tratamento da água;- introduzir um gás de tratamento de água no pelo menos um compartimento alongado de gás (110; 210; 310; 510; 610);- introduzir gás no arranjo difusor (126; 226;326; 402; 526; 626) para assim provocar a descarga de um fluxo de gás no um ou mais espaços de tratamento de água (122); e- coletar água tratada.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo dito gás de tratamento de água ser um gás contendo oxigênio ou um gás contendo metano.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizado por compreender operação do dito arranjo difusor (126; 226; 326; 402; 526; 626) para intermitentemente introduzir gás no dito espaço de tratamento de água (122) .

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado por compreender adicionalmente a separação dos sólidos da água tratada fora do dito tanque de tratamento (602) e circulando pelo menos uma parte dos ditos sólidos no dito tanque de tratamento.

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado por compreender adicionalmente a separação dos sólidos da água tratada dentro do dito tanque de tratamento (602) e descarga de pelo menos uma parte da água tratada a partir do local superior do dito tanque de tratamento (602), nos períodos operacionais quando o arranjo difusor (126, 226, 326, 402, 526, 626) estiver inativo, o tanque de tratamento (602) retendo os sólidos de biomassa e descarregando a água tratada purificada através do transbordamento da água purificada em uma comporta represa (608) localizada na parte superior do tanque de tratamento (602) .

17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, caracterizado por compreender o recebimento de dados representando a qualidade da dita água tratada e operação de controle de pelo menos o dito arranjo difusor (126; 226; 326; 402; 526; 626) com base nos ditosdados.

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