BR112018010612B1

BR112018010612B1 - Composição de mistura de produto para tratamento de águas servidas em um biorreator de membrana, método de tratamento de águas servidas em um biorreator de membrana e uso de uma composição

Info

Publication number: BR112018010612B1
Application number: BR112018010612-7A
Authority: BR
Inventors: Mehrdad Hesampour; Fazlollah AZARNOUSH; Sakari Halttunen
Original assignee: Kemira Oyj
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2022-08-30
Also published as: JP7299022B2; CN108883955B; DK3380439T3; CN108883955A; EP3380439B1; WO2017089330A1; US10570036B2; JP2018535093A; BR112018010612A2; US20180354824A1; EP3380439A1

Abstract

COMPOSIÇÃO PARA TRATAMENTO DE ÁGUAS SERVIDAS EM UM BIORREATOR DE MEMBRANA, MÉTODO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS SERVIDAS EM UM BIORREATOR DE MEMBRANA, USO DE UMA COMPOSIÇÃO, E USO DE UM MÉTODO. A presente invenção refere-se a uma composição para tratamento de águas servidas em um biorreator de membrana que compreende uma mistura de coagulantes inorgânicos e polímero solúvel em água orgânico (ou polímeros solúveis em água orgânicos), em que os coagulantes inorgânicos são selecionados dentre compostos que contêm ferro e/ou alumínio e os polímeros solúveis em água orgânicos são selecionados dentre o grupo que consiste em polímeros aniônicos, catiônicos, não iônicos, polissacarídeos e compostos polifenólicos e qualquer combinação dos mesmos. A presente invenção refere-se, adicionalmente, a um método para tratamento de águas servidas em um biorreator de membrana, e usos do mesmo.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A presente invenção refere-se ao tratamento de água servida com o uso de biorreatores de membrana.

ANTECEDENTES

[002] Águas servidas podem ser tratadas e purificadas de muitos modos diferentes. Um modo de purificar águas é usar biorreatores de membrana. Um processo que usa biorreator de membrana (MBR) combina a técnica de filtração por membrana com o tratamento biológico de água servida. A membrana é uma barreira que permite que apenas determinados componentes atravessem a mesma, o permeado. A seletividade da membrana pode ser controlada por seu diâmetro de poro. Os sólidos e micro-organismos suspensos do tratamento biológico são separados da água tratada com o uso de membranas adequadas, por exemplo, membranas de ultrafiltração ou microfiltração. As membranas podem ser imersas no tanque de reator biológico, isto é, integrais com o tanque de reator biológico, ou as membranas podem ser dispostas fora do reator biológico em uma unidade de processo separada, por meio de que uma etapa de bombeamento intermediária pode ser exigida.

[003] Os processos de MBR podem ter problemas com incrustação de membrana, o que reduz o fluxo através da membrana. A incrustação de membrana pode ser devido ao bloqueio devido aos tamanhos de partícula, ou a interação entre o material membranar e o licor de lodo ativado que compreende micro-organismos vivos e/ou mortos, materiais coloidais, compostos solúveis, etc. para impedir a incrustação de membrana, injeção de ar nas membranas e retrolavagem regular pode ser realizada. A limpeza química das membranas é também uma solução para isso. Tais etapas fornecem desvantagens, como custos de processo, consumo de energia e tempo ocioso de membrana aumentados, etc.

[004] Seria desejável encontrar novos modos que permitam uma melhor interação entre os componentes usados para reduzir os efeitos e as desvantagens que surgem devido à sua interação.

[005] Há uma demanda por soluções para melhorar o desempenho de membrana e a eficácia do tratamento de água de uma maneira econômica e ecológica.

SUMÁRIO

[006] O uso de MBR como um processo eficaz no tratamento de água servida está aumentando. Entretanto, o mesmo ainda não é amplamente usado devido à maior demanda de energia para aeração e incrustação de membrana.

[007] A presente invenção refere-se às possibilidades de desempenho de membrana e tratamento de água ao usar biorreatores de membrana. A composição e o método de acordo com a presente invenção fornecem precipitação melhorada de fósforo e um fluxo de permeado mais alto em biorreatores de membrana. A composição de acordo com a presente invenção é um produto de mescla que tem um papel de multifuncionalidade em biorreatores de membrana (MBR).

[008] A adição de produtos químicos no afluente do biorreator de membrana é considerada uma opção para melhorar o desempenho geral da operação. Coagulante inorgânico e polímero solúvel em água orgânico são considerados produtos químicos adequados para serem usados para esse propósito.

[009] O polímero solúvel em água orgânico parece não afetar a remoção de fósforo e nitrogênio a uma grande extensão, e afeta principalmente a permeabilidade da membrana ao mesmo tempo que coagulantes inorgânicos parecem ser eficazes no aumento da remoção de fósforo, mas não contra o declínio no fluxo. A presente composição refere-se a uma combinação dos efeitos. A presente invenção refere-se a um produto de mescla de coagulante inorgânico e polímero solúvel em água orgânico e ao uso no tratamento de água com biorreatores de membrana.

[010] As águas servidas a serem tratadas podem ser escolhidas a partir de águas servidas municipais ou industriais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[011] A Figura 1 mostra um desenho esquemático de uma modalidade de acordo com a presente invenção que inclui um processo de MBR com membrana submersa e etapas de desnitrificação e nitrificação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[012] Um objetivo da presente invenção é fornecer uma composição para tratamento de águas servidas em um biorreator de membrana que compreende uma mistura de coagulante inorgânico (ou coagulantes inorgânicos) e polímero solúvel em água orgânico (ou polímeros solúveis em água orgânicos), em que os coagulantes inorgânicos são selecionados dentre compostos que contêm ferro e/ou alumínio e os polímeros solúveis em água orgânicos são selecionados dentre o grupo que consiste em polímeros aniônicos, catiônicos e não iônicos e qualquer combinação dos mesmos. A mistura de coagulante inorgânico e polímero solúvel em água orgânico está, preferencialmente, em forma líquida. De acordo com uma modalidade, a presente composição pode estar em forma líquida, preferencialmente, a composição é uma composição aquosa.

[013] O polímero solúvel em água orgânico (ou polímeros solúveis em água orgânicos) pode ser polímero (ou polímeros) aniônico. Os polímeros aniônicos podem ser selecionados dentre polímeros com base em compostos selecionados dentre o grupo acrilamida (AMD), (ácido 2- acrilamido-2-metil-1-propanossulfônico) (AMPS) e ácido acrílico (AA) e qualquer combinação dos mesmos; preferencialmente, polímeros com base na combinação de acrilamida (AMD) e (ácido 2-acrilamido-2-metil-1- propanossulfônico) (AMPS) e/ou a combinação de ácido acrílico (AA) e (ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanossulfônico) (AMPS).

[014] O polímero solúvel em água orgânico (ou polímeros solúveis em água orgânicos) pode ser polímero catiônico (ou polímeros). Se polímeros catiônicos forem usados, os polímeros catiônicos podem ser selecionados dentre o grupo poliacrilamida catiônica, poli (cloreto de dialildimetilamônia), poliamina, resina de melamina- formaldeído e polidiciandiamida e qualquer combinação das mesmas. A poliacrilamida catiônica pode ser um copolímero de acrilamida e um monômero catiônico ou diversos dos mesmos, tal como qualquer um ou qualquer combinação de cloreto de acriloilóxi etiltrimetil amônio, cloreto de metacriloilóxi etiltrimetil amônio, cloreto de acrilamido propiltrimetilamônio e cloreto de metacril amidopropiltrimetil amônio.

[015] O polímero solúvel em água orgânico (ou polímeros solúveis em água orgânicos) pode ser polímero (ou polímeros) não iônico, em que o polímero solúvel em água orgânico não iônico pode ser selecionado dentre polímeros com base em compostos que compreendem acrilamida (AMD).

[016] Deve-se observar que os polímeros de um monômero incluído selecionado, por exemplo, acrilamida, podem ser fornecidos em diferentes formas (iônicas), por exemplo, formas aniônicas, catiônicas e não iônicas. O uso de diferentes comonômeros pode influenciar as formas iônicas.

[017] Alternativamente, o polímero solúvel em água orgânico podem ser polissacarídeos e/ou compostos polifenólicos e qualquer combinação dos mesmos. Os polissacarídeos podem ser selecionados dentre o grupo de compostos de celulose, amido, quitina e quitosano e qualquer combinação dos mesmos. Os polifenólicos podem ser selecionados dentre o grupo taninas e ligninas e qualquer combinação dos mesmos.

[018] Se um polímero (ou polímeros) aniônico for usado, a quantidade de polímero aniônico ativo na composição é cerca de 0,01 a 40% em peso, preferencialmente 0,01 a 20% em peso, com máxima preferência 0,01 a 0,6% em peso.

[019] Se um polímero (ou polímeros) catiônico for usado, a quantidade de polímero catiônico ativo na composição é, preferencialmente cerca de 0,01 a 40% em peso, preferencialmente 0,01 a 20% em peso, com máxima preferência 0,01 a 0,6% em peso.

[020] Se um polímero (ou polímeros) não iônico for usado, a quantidade de polímero não iônico ativo na composição é, preferencialmente cerca de 0,01 a 40% em peso, preferencialmente 0,01 a 20% em peso, com máxima preferência 0,01 a 0,6% em peso.

[021] Se polissacarídeos e/ou compostos polifenólicos e qualquer combinação dos mesmos compostos forem usados, a quantidade de polímero ativo na composição é preferencialmente cerca de 0,01 a 40% em peso, preferencialmente 0,01 a 20% em peso, com máxima preferência 0,01 a 0,6% em peso.

[022] Se uma combinação de qualquer um dos polímeros mencionados acima, isto é, selecionados dentre polímeros aniônicos, catiônicos, não iônicos, polissacarídeos e compostos polifenólicos, for usada, a concentração do polímero (ou polímeros) ativo em qualquer combinação dos mesmos é preferencialmente cerca de 0,01 a 40% em peso, preferencialmente 0,01 a 20% em peso, com máxima preferência 0,01 a 0,6% em peso.

[023] Os coagulantes inorgânicos, os compostos que contêm ferro e/ou alumínio, podem ser selecionados dentre o grupo que consiste em alumínio sulfato, sulfato de polialumínio, cloreto de alumínio, cloreto de polialumínio, clorossulfato de polialumínio, hidroxil clorossulfato de polialumínio, cloridrato de alumínio, aluminato de sódio, sulfato férrico, sulfato poliférrico, cloreto férrico, sulfato de cloreto férrico, cloreto poliférrico, sulfato ferroso, sulfato de cloreto ferroso, cloreto ferroso, triformato de alumínio, formato de polialumínio e nitrato de polialumínio e qualquer combinação dos mesmos. Os coagulantes inorgânicos estão preferencialmente na forma de uma solução, isto é, na forma líquida.

[024] A quantidade de metal, isto é, ferro e/ou alumínio, e qualquer combinação dos mesmos no coagulante inorgânico pode ser cerca de 1 a 15% em peso e preferencialmente cerca de 4 a 14% em peso.

[025] Outro objeto da presente invenção é fornecer um método para tratamento de águas servidas em um biorreator de membrana que compreende as etapas de

[026] fornecer uma corrente de água servida para um biorreator de membrana,

[027] adicionar uma composição de acordo com a presente invenção à água servida antes do e/ou para o biorreator de membrana,

[028] permitir reação da composição e água servida em uma etapa de tratamento biológico do biorreator de membrana e

[029] separar a água servida com o uso de uma membrana do reator de membrana e obter um permeado de água limpa, isto é, um efluxo limpo de água.

[030] A separação de membrana resulta em um afluente purificado obtido após a passagem da membrana e lodo retido, que é a matéria sem a capacidade para atravessar a membrana.

[031] Um processo de biorreator de membrana, MBR, combina a técnica de filtração por membrana com o tratamento biológico de água servida. Os sólidos e microorganismos suspensos do tratamento biológico são separados da água tratada com o uso de membranas adequadas, por exemplo, membranas de ultrafiltração ou microfiltração. As membranas podem ser ou imersas no tanque de reator biológico, isto é, integrais com o tanque de reator biológico (denominadas submersas), ou as membranas podem ser dispostas fora do reator biológico em uma unidade de processo separada (denominadas corrente secundária), através de que uma etapa de bombeamento intermediária pode ser exigida.

[032] Deve ser notado que o processo de MBR pode ser realizado sob condições aeróbicas e/ou anaeróbicas.

[033] Diferentes etapas de purificação biológica podem ser incluídas no processo de biorreator de membrana. Os exemplos de tais são etapas de nitrificação e desnitrificação, remoção de carbono orgânico. As mesmas podem ser incluídas no processo de biorreator de membrana como um todo.

[034] O processo de nitrificação envolve a oxidação biológica de amônia ou amônio em nitrito seguida pela oxidação do nitrito em nitrato. Nitrificação é um processo aeróbico realizado por micro-organismos.

[035] O processo de desnitrificação é um processo microbialmente facilitado de redução de nitrato que pode finalmente resultar em nitrogênio molecular (N2). Em geral, o mesmo ocorre sob condições anóxicas.

[036] A etapa de remoção de carbono orgânico remove materiais orgânicos. Essa etapa pode ser aeróbica ou anaeróbica. Uma etapa aeróbica produz CO2, água e biomassa. Uma etapa anaeróbica produz CH4 e biomassa tratada.

[037] A presente composição pode ser adicionada à água servida a ser tratada antes, isto é, ao influxo do MBR, e/ou adicionada ao MBR. Se a composição for adicionada ao MBR, a mesma é preferencialmente adicionada ao tanque de biorreator na etapa de tratamento biológico do MBR.

[038] A presente composição pode ser adicionada à água servida a ser tratada antes, em e/ou após uma etapa de desnitrificação do biorreator de membrana (MBR).

[039] A presente composição pode ser adicionada antes, em e/ou após uma etapa de nitrificação do biorreator de membrana (MBR).

[040] A presente composição pode ser adicionada antes e/ou em uma etapa de remoção de carbono orgânico do biorreator de membrana (MBR).

[041] Em uma modalidade, a etapa de desnitrificação é seguida pela etapa de nitrificação do biorreator de membrana (MBR).

[042] Se as etapas de desnitrificação e nitrificação forem usadas no processo de MBR, pode ser preferencial que parte da água servida tratada na etapa de nitrificação seja reciclada de volta para uma etapa de desnitrificação anterior. Opcionalmente também, pelo menos alguma parte do lodo retido na filtração por membrana é reciclada de volta para uma etapa de desnitrificação anterior (que tem uma etapa de nitrificação subsequente).

[043] Deve-se observar que a composição de acordo com a presente invenção pode ser adicionada em qualquer posição escolhida dentre antes, na ou após a desnitrificação opcional, antes, na ou após a desnitrificação opcional, entre a desnitrificação opcional e a nitrificação, mediante a entrada da etapa de tratamento biológico do MBR e na etapa de tratamento biológico do MBR ou qualquer combinação dos mesmos. Como as etapas de purificação biológica opcionais do processo de MBR são apenas opcionais, a composição pode ser adicionada antes ou ao MBR, ou seja, adicionada antes e/ou na etapa de tratamento biológico do MBR.

[044] O biorreator de membrana pode compreender uma membrana submersa ou membrana de corrente lateral.

[045] A composição de acordo com a presente invenção pode ser adicionada à água servida a ser tratada em uma dosagem de cerca de 1 a 1.000 mg/l, preferencialmente 30 a 250 mg/l, preferencialmente 40 a 150 mg/l. Deve ser notado que a dosagem está ligada ao influxo de água servida.

[046] A presente composição pode ser adicionada de modo contínuo ou intermitente à corrente de água servida. Uma adição contínua mantém a reação melhorada ao longo do tempo. Entretanto, foi constatado que, por uma adição intermitente, efeitos positivos são também observados, em particular se alguma parte do lodo obtido a partir da separação de membrana for reintroduzida no processo de tratamento de água servida.

[047] Assim, o retentado, o material retido na membrana do biorreator de membrana, isto é, o lodo, pode ser, completa ou parcialmente, reciclado de volta para a corrente de água servida a ser tratada com o uso do MBR. Se uma etapa de nitrificação e/ou uma etapa de desnitrificação estiverem presentes no processo de MBR, a recirculação do retentado da membrana pode ser encaminhada para pelo menos uma de tais etapas anteriores, preferencialmente a primeira na linha de processo, preferencialmente a etapa de desnitrificação.

[048] A presente invenção fornece o uso da presente composição para tratamento de água servida em um biorreator de membrana (MBR). Ademais, a presente invenção fornece o uso do presente método para tratar água servida municipal ou industrial.

EXEMPLO

[049] A composição de acordo com a presente invenção foi testada em uma usina piloto na usina de tratamento de água servida municipal local por cerca de três semanas. A usina piloto tinha duas linhas paralelas, e o fluxo afluente para cada linha era 1,5 m3/h. O esquema piloto é apresentado na Figura 1.

[050] A presente composição foi dosada antes ou diretamente no tanque de desnitrificação. A presente composição foi adicionada algumas vezes por dia à linha B com dosagem de cerca de 80 ppm ao mesmo tempo que, à outra linha, um produto de referência que compreende sulfato de ferro foi adicionado continuamente a taxas de dosagem de 50 e 150 mg/l, respectivamente.

RESULTADOS

[051] Os resultados mostraram que mesmo a adição intermitente de um produto novo melhora o efeito do tratamento de água e o desempenho da membrana.

[052] A remoção de fósforo foi 84% em comparação a 83% para linha de referência. A remoção de nitrogênio total foi 42% para 80 ppm da presente composição ao mesmo tempo que foi 33% para 150 ppm do produto de referência. Apesar de uma adição muito maior do produto de referência, o efeito da presente composição é consideravelmente mais eficaz. O fluxo de permeado mediante o uso da presente composição em comparação a nenhuma adição de produtos químicos aumentou de 160 a 340 l/(m2 h bar), resultando em 112% de aumento no fluxo de membrana. O fluxo de permeado foi apenas aumentado 16% para linha de referência.

[053] Tabela 1.

[054] Conforme pode ser visto a partir dos resultados, a presente composição e o método melhoram o desempenho da membrana e a eficácia do tratamento de água.

Claims

1. COMPOSIÇÃO DE MISTURA DE PRODUTO PARA TRATAMENTO DE ÁGUAS SERVIDAS EM UM BIORREATOR DE MEMBRANA, caracterizada por compreender uma mistura de coagulante inorgânico e polímero solúvel em água orgânico, em que o coagulante inorgânico é selecionado dentre compostos que contêm ferro e/ou alumínio e o polímero solúvel em água orgânico é selecionado dentre o grupo que consiste em polímeros aniônicos, em que os polímeros aniônicos solúveis em água orgânicos são selecionados a partir de polímeros com base em compostos selecionados do grupo acrilamida (AMD), (ácido 2-acrilamido-2-metil-1- propanossulfônico) (AMPS) e ácido acrílico (AA) e qualquer combinação dos mesmos.

2. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelos compostos que contêm ferro e/ou alumínio serem selecionados dentre o grupo que consiste em sulfato de alumínio, sulfato de polialumínio, cloreto de alumínio, cloreto de polialumínio, clorossulfato de polialumínio, hidroxiclorossulfato de polialumínio, cloridrato de alumínio, aluminato de sódio, sulfato férrico, sulfato poliférrico, cloreto férrico, sulfato de cloreto férrico, cloreto poliférrico, sulfato ferroso, sulfato de cloreto ferroso, cloreto ferroso, triformato de alumínio, formato de polialumínio e nitrato de polialumínio e qualquer combinação dos mesmos.

3. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo(s) polímero(s) solúvel(is) em água orgânico(s) aniônico(s) ser(em) selecionado(s) dentre polímeros com base na combinação de acrilamida (AMD) e (ácido 2-acrilamido-2-metil-1- propanossulfônico) (AMPS) e/ou combinação de ácido acrílico (AA) e (ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanossulfônico) (AMPS).

4. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pela quantidade de polímero ativo, selecionado dentre o grupo de polímeros aniônicos, na composição de mistura de produto ser de 0,01 a 40% em peso, preferencialmente, 0,01 a 20% em peso, com máxima preferência, 0,01 a 0,6% em peso.

5. COMPOSIÇÃO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pela quantidade de metal na forma de ferro e/ou alumínio em coagulante inorgânico ser de 1 a 15% em peso e, preferencialmente, de 4 a 14% em peso.

6. MÉTODO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS SERVIDAS EM UM BIORREATOR DE MEMBRANA, caracterizado por compreender as etapas de fornecer uma corrente de água servida para um biorreator de membrana, adicionar uma composição de mistura de produto, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, à água servida antes do e/ou para o biorreator de membrana, permitir a reação da composição de mistura de produto e água servida em uma(s) etapa(s) de tratamento biológico do biorreator de membrana separar a água servida com o uso de uma membrana do reator de membrana e obter um permeado de água limpa.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela composição de mistura de produto ser adicionada à água servida em um tanque de biorreator na(s) etapa(s) de tratamento biológico do reator de membrana.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 ou 7, caracterizado pelo biorreator de membrana compreender uma membrana submersa ou membrana de corrente lateral.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pela composição de mistura de produto ser adicionada à água servida em uma dosagem de 1 a 1.000 mg/l, preferencialmente, 30 a 250 mg/l, preferencialmente, 40 a 150 mg/l de água servida a ser tratada.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pela composição de mistura de produto ser adicionada de modo contínuo ou intermitente à corrente de água servida a ser tratada.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caracterizado por ser para tratar água servida municipal ou industrial.

12. USO DE UMA COMPOSIÇÃO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por ser para tratamento de água servida em um biorreator de membrana.